CN107868899A - 一种注塑用透气钢及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透气钢，由1～5wt％的Cu、0.2～0.4wt％的C、12～15wt％的Cr、0.5～1wt％的Mo、0.3～0.5wt％的V、以及余量Fe组成。本发明还提供一种上述透气钢的制备方法，步骤包括：将含有C、Cr、Mo和V的铁基预合金粉末进行球磨，获得改性预合金粉末；将雾化球形Cu粉末和水基粘结剂与改性预合金粉末混合、再制粒、干燥；将制粒好的粉末装入模具中进行压制，压制好的生坯置于烧结炉中进行烧结。本发明制备的透气钢不仅通过量高，而且力学性能优异且孔径范围狭窄可控，耐腐蚀性能优异等优点。

Description

一种注塑用透气钢及制备方法

技术领域：

本发明涉及一种注塑模具用高通量透气钢及其制备方法。

技术背景：

透气钢是一种由细颗粒圆球粉末不锈钢经高温烧结而成，内部各个方向均匀布满微小排气孔，常用于注塑模具排气。

在注塑过程中，高压塑料熔体被射入模腔中，如果模腔中的气体无法排出或排出不及时，容易出现各种注塑缺陷和产生不良影响，比如：1)造成塑料熔体不能充满型腔；2)高压气体渗入塑料内部，造成气孔、空洞，组织疏松等质量缺陷。3)气体压缩升温，导致熔体分解、烧灼，局部碳化和烧焦现象。4)使进入各型腔的熔体速度不同，因此易形成流动痕和熔合痕，并使注塑件的力学性能降低。5)使充模速度降低，降低生产效率、增加能耗。采用透气钢作为模具排气镶件，可以使气体快速排出，不仅注塑品质提升还解决能耗问题。

注塑是一种高压、高速和精密成型过程，透气钢应用于注塑模具需满足以下几点要求：1)模具用透气钢厚度往往超过8mm厚，厚度引起的沿程阻力增大导致通量不足，要求通过量足够高保证及时排除气体；2)孔径尺寸小且可控，不能高于塑料的溢流值，比如注塑成型聚乙烯时孔径要求透气钢孔径低于20μm，部分塑料可适度提高至100μm；3)能承受住高达150MPa的注塑压力，因此其疲劳强度应高于150MPa，静态拉伸性能应不低于450MPa。4)具有一定的抗腐蚀能力，能耐大气腐蚀和有机酸气体腐蚀。而目前金属多孔材料多用于过滤行业，但其抗拉强度不高于150MPa，且厚度一般为2mm左右，因此有必要开发一种适用于注塑模具的高通量、小孔径、力学性能优异的透气钢材料。

透气钢作为一种结构功能一体化的烧结金属粉末多孔材料，其通过量与力学性能和孔径尺寸是相互制约的关系，一般来讲孔径越小、力学性能越优异，其通过量越低。

发明内容：

本发明首先要解决的技术问题是提供一种高通过量透气钢，并且力学性能优异、孔径范围狭窄可控、耐腐蚀性能优异。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种注塑用透气钢采用粉末冶金工艺制备，其成分由1-5wt％的Cu、0.2-0.4wt％的C、12-15wt％的Cr、0.5-1wt％的Mo、0.3-0.5wt％的V、余量为Fe组成；

其中，Cu以雾化球形粉末加入，粉末粒径为10-20μm，其它元素以预合金粉末加入。

该透气钢的孔径为10-100μm，通过量大于1L/cm2·min·bar，抗拉强度大于450Mpa，微观维氏硬度大于500HV。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种注塑用透气钢的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)粉末改性：将含有0.2-0.4wt％的C、12-15wt％的Cr、0.5-1wt％的Mo、0.3-0.5wt％的V铁基预合金粉末进行球磨，获得改性预合金粉末，球磨后粉末粒径应在60～150μm之间；

3)混粉：称取按步骤1)中配比的1-5wt％的雾化球形Cu粉末，与步骤1)中的预合金粉末混匀；

4)制粒：混粉后的粉末按照质量比1:10-13.5加入水基粘结剂，35-48℃下搅拌20-40min，后进行制粒；

5)干燥：粉末制粒后置于20％以上的真空状态并通入40-45℃的温热风进行吹风干燥，干燥2小时以上；

6)压制烧结：将造粒好的粉末装入模具中进行压制，压制压力200～300MPa，压制好的生坯置于烧结炉中进行烧结，烧结温度大于1200℃，烧结至少2小时以上得到毛坯件；

7)切割成型：切割成型后的切割面会产生堵孔，可采用电火花加工开孔。

上述透气钢采用粉末冶金工艺制备，Cu以雾化球形的单质Cu粉末加入，其余金属以预合金粉末加入。预合金粉末为不规则粉末，经过球磨改性后与Cu粉均匀混合粘结，再压制烧结成型。加入0.2～0.4wt％的C保证透气钢基体本身具有较高的力学性能；加入12～15wt％的Cr保证透气钢基体材料具有耐腐蚀性能，加入0.5～1wt％的Mo提高材料回火稳定性和红硬性，加入0.3～0.5wt％的V可避免烧结时组织晶粒长大，也可控制透气钢在后续热处理过程的晶粒长大，从而提高材料的强度和韧性。

上述透气钢基体孔径主要依靠预合金粉末的粒径和形貌来调控，预合金粉末经过球磨后形貌变圆滑，通过调控球形粉末粒径范围能更精确的调控透气钢的孔径。此外雾化球形Cu粉末的粒径在10～20μm之间，保证原位生成的孔洞不大于20μm。

雾化球形Cu粉末作为金属基烧结促剂和造孔剂，在烧结时形成液相作为粉末烧结时的扩散通道，不仅能促使预合金粉末间的烧结颈发育良好，还能使孔道圆滑，提升材料疲劳强度。此外Cu液化后原位形成微小的孔洞能增加孔道数量和使孔道相互贯通，解决透气钢具有高通过量的同时，还具有小孔径和高力学性能这一矛盾关系，实验发现不加雾化球形Cu粉末的条件下，透气钢在1bar的压力下未能测出透气。除此之外，Cu固溶在Fe中能提高钢的耐腐蚀性能，尤其是耐大气腐蚀，还能提高强度，尤其是屈服强度、冲击韧性、淬透性等。虽然在1100℃时Cu在γ-Fe中固溶度最高为7.23wt％，但室温时在α-Fe中固溶度只有1.5wt％左右，因此过高的Cu会导致其析出偏聚长大而降低力学性能，因此本发明将Cu含量控制在1～5wt％以内。

本发明具有如下有益的技术效果：

一、本发明的透气钢在具有高通量的同时，兼具优良的力学性能和小孔径范围，其力学性能优异，孔径可调，孔道圆滑，可广泛应用于注塑模具中的排气过程，解决各种因排气不良导致的缺陷。

二、由于Cr和Cu的协同效应，透气钢具有优良的抗腐蚀能力，特别是耐大气和有机气体的腐蚀。

三、使用厚度大于50mm以上时，仍具有明显的透气性能。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对透气钢的制备方法和由此制备方法得到的透气钢性能进行具体说明。

实施例1。

将含有0.2wt％的C、13wt％的Cr、0.5wt％的Mo、0.3wt％的V铁基预合金粉末进行球磨，粉末粒径为60～80μm之间，经过6h球磨后颗粒变得圆滑。再将粒径范围为10μm的雾化球形Cu粉末和水基粘结剂加入改性预合金粉末中进行混合，Cu添加量为3％，将混好的粉末进行制粒、干燥。将制粒好的粉末装入模具中进行压制，压制压力250MPa，压制好的生坯置于烧结炉中进行烧结，烧结温度1200℃。制得的透气钢气体通过量大于1L/cm2·min·bar(测试厚度15mm)，抗拉强度大于600MPa，微观维氏硬度大于500HV，大于95％的微孔孔径尺寸在10-20μm之间，并且孔洞圆滑。

实施例2。

将含有0.3wt％的C、14wt％的Cr、0.6wt％的Mo、0.4wt％的V铁基预合金粉末进行球磨，粉末粒径为80～100μm之间，经过10h球磨使颗粒变得圆滑；再将粒径范围为15μm的雾化球形Cu粉末和水基粘结剂加入改性预合金粉末中进行混合，Cu添加量为5％，将混好的粉末进行制粒、干燥；将制粒好的粉末装入模具中进行压制，压制压力300MPa，压制好的生坯置于烧结炉中进行烧结，烧结温度1200℃。制得的透气钢气体通过量大于1.5L/cm2·min·bar(测试厚度20mm)，抗拉强度大于550MPa，微观维氏硬度大于500HV，大于95％的微孔孔径尺寸在25-50μm之间，并且孔洞圆滑。

实施例3。

将含有0.4wt％的C、15wt％的Cr、1wt％的Mo、0.5wt％的V铁基预合金粉末进行球磨，粉末粒径为100～150μm之间，经过20h球磨使颗粒变得圆滑；再将粒径范围为20μm的雾化球形Cu粉末和水基粘结剂加入改性预合金粉末中进行混合，Cu添加量为5％，将混好的粉末进行制粒、干燥；将制粒好的粉末装入模具中进行压制，压制压力200MPa，压制好的生坯置于烧结炉中进行烧结，烧结温度1250℃。制得的透气钢气体通过量大于2L/cm2·min·bar(测试厚度18mm)，抗拉强度大于450MPa，微观维氏硬度大于500HV，大于95％的微孔孔径尺寸在50-100μm之间,并且孔洞圆滑。

Claims (2)

1.一种注塑用透气钢采用粉末冶金工艺制备，其特征是，该透气钢的材料由1-5wt％的Cu、0.2-0.4wt％的C、12-15wt％的Cr、0.5-1wt％的Mo、0.3-0.5wt％的V、余量为Fe组成；

其中，Cu以雾化球形粉末加入，其粉末状的粒径为10-20μm，其它元素以预合金粉末加入。

该透气钢的孔径为10-100μm之间可调，渗透系数大于1L/cm2·min·bar，抗拉强度大于450Mpa，微观维氏硬度大于500HV。

2.一种注塑用透气钢的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

1)粉末改性：将含有0.2-0.4wt％的C、12-15wt％的Cr、0.5-1wt％的Mo、0.3-0.5wt％的V铁基预合金粉末进行球磨，获得改性预合金粉末，球磨后粉末粒径应在60～150μm之间；

3)混粉：称取按步骤1)中配比的1-5wt％的雾化球形Cu粉末，与步骤1)中的预合金粉末混匀；

4)制粒：混粉后的粉末按照质量比1:10-13.5加入水基粘结剂，35-48℃下搅拌20-40min，后进行制粒；

5)干燥：粉末制粒后置于20％以上的真空状态并通入40-45℃的温热风进行吹风干燥，干燥2小时以上；

6)压制烧结：将造粒好的粉末装入模具中进行压制，压制压力200～300MPa，压制好的生坯置于烧结炉中进行烧结，烧结温度大于1200℃，烧结至少2小时以上得到毛坯件；

7)切割成型。