CN109702205A - 一种奥氏体不锈钢金属粉末注射成型零部件热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种奥氏体不锈钢金属粉末注射成型零部件热处理工艺，涉及奥氏体不锈钢热处理技术领域，本发明包括以下步骤：将烧结后的不锈钢成型零部件进行加热升温，升温到1050℃‑1200℃，然后将升温后的不锈钢成型零部件进行固溶处理，在80kpa氮气分压下固溶，热处理温度为1050℃‑1200℃，处理总时间为2‑8h，其中保温时间为2h，然后进行淬火处理，通过氮气快速冷却，冷却速率为6000℃/h，降温到180℃‑380℃，然后进行回火处理，热处理温度为180℃‑380℃，处理总时间为6‑24h，其中保温时间为3h，最后通过氮气快速冷却处理，冷却速率为6000℃/h，本发明具有工艺合理、热处理后的零部件理论密度可达98％、制得的零部件保持无磁性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及奥氏体不锈钢热处理技术领域，更具体的是涉及一种奥氏体不锈钢金属粉末注射成型零部件热处理工艺。
背景技术
镍元素因为具有优异的耐腐蚀、防锈、抗氧化的能力，在高温和恶劣的工作环境中得到了非常广泛的应用，随着更多深入的研究，它的一些负面影响也就逐渐复现出来。比如由于接触金属镍引起的过敏已经在工业化国家越来越多的关注，如果和镍元素有重复或连续性的接触，约10-15％的女性和2-5％男性有经历过镍过敏之苦，含有的镍元素部件由于腐蚀溶出除了对人体产生过敏反应外，还存在致畸、致癌的危害性，医用无镍不锈钢的研究和开发将会避免镍的危害，大大提高生物植入材料的长期使用安全性。镍是从镍的涂层(电镀、真空蒸镀、溅镀)转移，常见的产品有眼镜框架或是镍合金高的硬币、手镯或是来自奥氏体铬镍不锈钢。防止镍过敏的话题一起了极大的关注，因此这样的限制镍含量的镍指令，手术刀(限0.05％)作为身体刺穿部位，来限制产品的镍释放量。在当前被广泛应用的医用奥氏体不锈钢中，镍是一种重要的合金化元素，它的主要作用是使不锈钢形成稳定的奥氏体结构，从而改善不锈钢的耐腐蚀性、可塑性、可焊接性和韧性等性能，稳定的奥氏体结构还可以使不锈钢具备无磁性，医用316L和317L奥氏体不锈钢中的镍含量要求在10％-14％，医用304L不锈钢中的镍含量也在8％-10％。但是，镍又是一种潜在的致敏因子，大量的临床表现已经证明，镍及其化合物会对人类产生危害，其中最常见的损害是镍接触性皮炎，发病率较高，过敏性强者会发生湿疹。因此，巴斯夫商业开发出Catamold产品Panacea(X150rMnMoN17-11-3)的金属注射成型专用喂料，它是一种低镍高氮的预合金铁素体钢粉末，在烧结或在烧结后的固溶退火工艺中与以氮化处理而获得，从而确保它仍然保持不锈钢其优异的抗腐蚀性、抗侵蚀性和耐磨性，即使已经大幅度地降低了镍元素的含量。更应引起人们警惕的是：镍离子在生物体内富集还可能诱发毒性效应，发生细胞破坏和发炎反应，对生物体有致畸、致癌的危害性，而含镍医用金属材料植入人体后，由于不可避免的腐蚀、磨损，镍离子等金属离子会释放到临近组织，易诱发过敏、感染等组织反应，特别是对镍过敏的患者尤为严重。著名医学杂志《柳叶刀》(The Lancet)曾经有报道指出，不锈钢心血管支架中镍、铬和钼等金属离子释放引起的过敏反应可能是心血管支架再狭窄的间接原因之一。
用传统的冷壁真空批次炉，能够烧结出完全奥氏体微观结构和烧结密度为理论值的95％以上的金属注射成型零部件，在给定烧结温度下，因为面心立方相(奥氏体)的扩散系数要比高体心立方相(铁素体)低约两个幂数量级，全奥氏体相的零部件的进一步致密化相对更加困难，需要更长的烧结周期和更高的烧结温度，为了获得更高的烧结密度，却需要以损失烧结体中的氮含量为代价，为了提高其烧结密度，需要将保温温度升高到1270℃，增加了烧结工程中熔化的机率，由于真空批次炉烧结的冷却过程中，冷却速率不够快，导致大量氮化物的析出，降低了工件的机械性能和零部件的抗腐蚀能力，特别是氮化物偏析在晶界周围，使得延伸率明显降低，在烧结后的正常真空炉内冷却，一但出现氮化铬(Cr2N)此沉淀物，铬的防锈能力就消失，不锈钢的铬因和氮结合失去防锈能力。低镍高氮奥氏体不锈钢的金属粉末注射零部件在真空批次炉烧结后，其烧结密度只有95％，氮含量偏低只有0.55％-0.65％，而且分布不均匀，很多以氮化物的颗粒析出，并且聚集在晶界附近，另外冷却速度缓慢而带有磁性，不能满足客户无磁性的应用要求。
故如何解决上述技术问题，对于本领域技术人员来说很有现实意义。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有通过真空批次炉烧结的奥氏体不锈钢金属粉末注射成型零部件的烧结密度和氮含量低都偏低，且带有一定磁性，不满足使用要求的技术问题，本发明提供一种奥氏体不锈钢金属粉末注射成型零部件热处理工艺。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种奥氏体不锈钢金属粉末注射成型零部件热处理工艺，包括以下步骤：
S1：将烧结后的不锈钢成型零部件进行加热升温，升温到1050℃-1200℃；
S2：将升温后的不锈钢成型零部件进行固溶处理，在80kpa氮气分压下固溶，热处理温度为1050℃-1200℃，处理总时间为2-8h，其中保温时间为2h；
S3：然后进行淬火处理，通过氮气快速冷却，冷却速率为6000℃/h，降温到180℃-380℃；
S4：然后进行回火处理，热处理温度为180℃-380℃，处理总时间为6-24h，其中保温时间为3h，最后通过氮气快速冷却处理，冷却速率为6000℃/h。
进一步地，包括以下步骤：
S1：将烧结后的不锈钢成型零部件进行加热升温，升温到1170℃；
S2：将升温后的不锈钢成型零部件进行固溶处理，在80kpa氮气分压下固溶，热处理温度为1170℃，处理总时间为4-6h，其中保温时间为2h；
S3：然后进行淬火处理，通过氮气快速冷却，冷却速率为6000℃/h，降温到280℃；
S4：然后进行回火处理，热处理温度为280℃，处理总时间为8-12h，其中保温时间为3h，最后通过氮气快速冷却处理，冷却速率为6000℃/h。
进一步地，在步骤S1中，加热升温分为三个阶段，分别为第一升温阶段、第二升温阶段和第三升温阶段，第一升温阶段升温速率为200-300℃/h，升温到800±10℃，保温时间为2h，第二升温阶段升温速率为80-100℃/h，升温到1050±10℃，保温时间为2h，第三升温阶段升温速率为40-60℃/h，升温到固溶处理所需温度。
本发明的有益效果如下：
1、经过高温氮气固溶处理后的金属注射成型零部件，对比巴斯夫商业专用喂料烧结机械性能，它的氮含量可以达到0.80-0.90％的高位，烧结的密度可以达到98％的理论密度，硬度可达洛氏硬度HRC35以上，屈服强度提高5％，且拉伸强度提高8-10％，零部件保持无磁性，烧结零件中铬、锰和钼元素的含量还是保持，具有优异的抗腐蚀性能。采用本零部件材料的抛光效果也优于奥氏体不锈钢SUS316，后续进行喷砂处理后，能够完全满足客户的应用要求。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供一种奥氏体不锈钢金属粉末注射成型零部件热处理工艺，包括以下步骤：
S1：将烧结后的不锈钢成型零部件进行加热升温，升温到1050℃；
S2：将升温后的不锈钢成型零部件进行固溶处理，在80kpa氮气分压下固溶，热处理温度为1050℃，处理总时间为2-8h，其中保温时间为2h；
S3：然后进行淬火处理，通过氮气快速冷却，冷却速率为6000℃/h，降温到180℃；
S4：然后进行回火处理，热处理温度为180℃，处理总时间为6-24h，其中保温时间为3h，最后通过氮气快速冷却处理，冷却速率为6000℃/h。
进一步地，在步骤S1中，加热升温分为三个阶段，分别为第一升温阶段、第二升温阶段和第三升温阶段，第一升温阶段升温速率为200-300℃/h，升温到800±10℃，保温时间为2h，第二升温阶段升温速率为80-100℃/h，升温到1050±10℃，保温时间为2h，第三升温阶段升温速率为40-60℃/h，升温到固溶处理所需温度。
实施例2
本实施例提供一种奥氏体不锈钢金属粉末注射成型零部件热处理工艺，包括以下步骤：
S1：将烧结后的不锈钢成型零部件进行加热升温，升温到1170℃；
S2：将升温后的不锈钢成型零部件进行固溶处理，在80kpa氮气分压下固溶，热处理温度为1170℃，处理总时间为4-6h，其中保温时间为2h；
S3：然后进行淬火处理，通过氮气快速冷却，冷却速率为6000℃/h，降温到280℃；
S4：然后进行回火处理，热处理温度为280℃，处理总时间为8-12h，其中保温时间为3h，最后通过氮气快速冷却处理，冷却速率为6000℃/h。
进一步地，在步骤S1中，加热升温分为三个阶段，分别为第一升温阶段、第二升温阶段和第三升温阶段，第一升温阶段升温速率为200-300℃/h，升温到800±10℃，保温时间为2h，第二升温阶段升温速率为80-100℃/h，升温到1050±10℃，保温时间为2h，第三升温阶段升温速率为40-60℃/h，升温到固溶处理所需温度。
实施例3
本实施例提供一种奥氏体不锈钢金属粉末注射成型零部件热处理工艺，包括以下步骤：
S1：将烧结后的不锈钢成型零部件进行加热升温，升温到1200℃；
S2：将升温后的不锈钢成型零部件进行固溶处理，在80kpa氮气分压下固溶，热处理温度为1200℃，处理总时间为2-8h，其中保温时间为2h；
S3：然后进行淬火处理，通过氮气快速冷却，冷却速率为6000℃/h，降温到380℃；
S4：然后进行回火处理，热处理温度为380℃，处理总时间为6-24h，其中保温时间为3h，最后通过氮气快速冷却处理，冷却速率为6000℃/h。
进一步地，在步骤S1中，加热升温分为三个阶段，分别为第一升温阶段、第二升温阶段和第三升温阶段，第一升温阶段升温速率为200-300℃/h，升温到800±10℃，保温时间为2h，第二升温阶段升温速率为80-100℃/h，升温到1050±10℃，保温时间为2h，第三升温阶段升温速率为40-60℃/h，升温到固溶处理所需温度。
上述实施例中，经过高温氮气固溶处理后的金属注射成型零部件，对比巴斯夫商业专用喂料烧结机械性能，它的氮含量可以达到0.80-0.90％的高位，烧结的密度可以达到98％的理论密度，硬度可达洛氏硬度HRC35以上，屈服强度提高5％，且拉伸强度提高8-10％，零部件保持无磁性，烧结零件中铬、锰和钼元素的含量还是保持，具有优异的抗腐蚀性能。采用本零部件材料的抛光效果也优于奥氏体不锈钢SUS316，后续进行喷砂处理后，能够完全满足客户的应用要求。
上述三个实施例与巴斯夫商业专用喂料烧结机械性能对比表如下表1：
表1机械性能对比表
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书所作的等同变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种奥氏体不锈钢金属粉末注射成型零部件热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将烧结后的不锈钢成型零部件进行加热升温，升温到1050℃-1200℃；
S2：将升温后的不锈钢成型零部件进行固溶处理，在80kpa氮气分压下固溶，热处理温度为1050℃-1200℃，处理总时间为2-8h，其中保温时间为2h：
S3：然后进行淬火处理，通过氮气快速冷却，冷却速率为6000℃/h，降温到180℃-380℃；
S4：然后进行回火处理，热处理温度为180℃-380℃，处理总时间为6-24h，其中保温时间为3h，最后通过氮气快速冷却处理，冷却速率为6000℃/h。
2.根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢金属粉末注射成型零部件热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将烧结后的不锈钢成型零部件进行加热升温，升温到1170℃；
S2：将升温后的不锈钢成型零部件进行固溶处理，在80kpa氮气分压下固溶，热处理温度为1170℃，处理总时间为4-6h，其中保温时间为2h；
S3：然后进行淬火处理，通过氮气快速冷却，冷却速率为6000℃/h，降温到280℃；
S4：然后进行回火处理，热处理温度为280℃，处理总时间为8-12h，其中保温时间为3h，最后通过氮气快速冷却处理，冷却速率为6000℃/h。
3.根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢金属粉末注射成型零部件热处理工艺，其特征在于，在步骤S1中，加热升温分为三个阶段，分别为第一升温阶段、第二升温阶段和第三升温阶段，第一升温阶段升温速率为200-300℃/h，升温到800±10℃，保温时间为2h，第二升温阶段升温速率为80-100℃/h，升温到1050±10℃，保温时间为2h，第三升温阶段升温速率为40-60℃/h，升温到固溶处理所需温度。
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