金屬注射成形HK30不銹鋼的尺寸穩(wěn)定性與力學(xué)性能

湯志豪，潘超梅，何鵬江，羅浩，宋信強(qiáng)，曾克里

金屬注射成形HK30不銹鋼的尺寸穩(wěn)定性與力學(xué)性能

湯志豪1, 2，潘超梅2，何鵬江2，羅浩2，宋信強(qiáng)2，曾克里1, 2

(1. 中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083；2. 廣東省科學(xué)院廣東省材料與加工研究所，廣州 510650)

采用金屬注射成形工藝制備HK30不銹鋼車用增壓渦輪，研究金屬注射成形工藝參數(shù)對(duì)增壓渦輪尺寸穩(wěn)定性及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，采用成分為90%POM+4%PP+2.5%PW+1%SA+2%EVA+0.5%EBS (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的多組元塑基黏結(jié)劑時(shí)，成形件具有最佳的保形性；喂料的最佳粉末裝載量(體積分?jǐn)?shù))為60%，此時(shí)喂料的熔融流動(dòng)指數(shù)為1 220.7 g/10 min，燒結(jié)收縮均勻性最佳；最佳的注射條件為注射溫度190 ℃、注射壓力為237.6 MPa，所得增壓渦輪注射坯的形狀完好且質(zhì)量一致性最好；最佳燒結(jié)溫度為1 310 ℃，此時(shí)渦輪各葉片的尺寸穩(wěn)定性最佳，合金的相對(duì)密度達(dá)到99.72%，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為600 MPa和289 MPa，硬度(HV)為170。

金屬注射成形；HK30不銹鋼；增壓渦輪；尺寸穩(wěn)定性；力學(xué)性能

渦輪增壓技術(shù)是提高柴油和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率和輸出功率的最有效方法[1?4]。增壓渦輪是渦輪增壓器中至關(guān)重要的轉(zhuǎn)子組件。增壓渦輪具有復(fù)雜的幾何形狀，其高尺寸精度是實(shí)現(xiàn)高壓力比和動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)鍵，這對(duì)增壓渦輪成形技術(shù)提出了極大挑戰(zhàn)[5?6]。金屬注射成形技術(shù)(metal injection molding, MIM) 是傳統(tǒng)粉末冶金和塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的一門新興近凈成形技術(shù)[7?9]。與傳統(tǒng)精密鑄造相比，MIM可顯著改善材料的微觀結(jié)構(gòu)，減少成分偏析，使材料內(nèi)部組織更均勻，力學(xué)性能更好，并且材料利用率可達(dá)到95%以上[10?11]，是增壓渦輪成形工藝的可靠選擇。近年來(lái)在應(yīng)用MIM技術(shù)制備增壓渦輪的研究取得了一定的成果。MURRAK等[12]研究認(rèn)為氣霧化 HK-30 粉末是生產(chǎn)高性能MIM渦輪增壓器零件的理想原料；PARK等[13]通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬MIM制備 HK30增壓渦輪的成形過(guò)程，確定了最佳的注射條件；楊福寶等[14]提出MIM增壓渦輪“空芯結(jié)構(gòu)”的設(shè)想，可有效解決實(shí)芯增壓渦輪在燒結(jié)過(guò)程中由于熱區(qū)過(guò)大和收縮應(yīng)力大而產(chǎn)生裂紋等問(wèn)題；章林等[15?16]采用MIM技術(shù)制備具有空芯結(jié)構(gòu)的鎳基高溫合金增壓渦輪，經(jīng)真空燒結(jié)與熱等靜壓處理后，力學(xué)性能遠(yuǎn)高于鑄造合金性能。上述研究更多的是關(guān)注MIM技術(shù)制備增壓渦輪的組織與力學(xué)性能，而針對(duì)MIM工藝參數(shù)對(duì)增壓渦輪尺寸穩(wěn)定性影響的研究很少。增壓渦輪的尺寸穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)其動(dòng)態(tài)平衡的重要保障，因此采用MIM技術(shù)制備尺寸穩(wěn)定性良好的增壓渦輪具有重大的經(jīng)濟(jì)與科研意義。本文以MIM增壓渦輪為出發(fā)點(diǎn)，研究喂料、注射參數(shù)以及燒結(jié)溫度對(duì)渦輪尺寸穩(wěn)定性的影響，并測(cè)定真空燒結(jié)后HK30不銹鋼的力學(xué)性能，為增壓渦輪制備工藝提供新的途徑與理論支持。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

所用原材料為廣州有研粉末材料科技有限公司提供的水?氣聯(lián)合霧化HK30不銹鋼粉末，粉末的SEM形貌與粒度分布如圖1所示。從圖中看出粉末顆粒主要呈球形且粒度分布較寬，中位徑50=8.92 μm，振實(shí)密度為4.95 g/cm3，應(yīng)用于復(fù)雜零部件的注射成形時(shí)成形件具有良好的保形性。

黏結(jié)劑的選擇對(duì)于保持增壓渦輪注射坯的形狀非常重要。既要保證黏結(jié)劑各組分能夠順利地從注射生坯內(nèi)脫除，同時(shí)也要保證黏結(jié)劑的各組元被分步脫除，以防止脫脂坯發(fā)生坍塌變形。因此本研究選用以聚甲醛(polyformaldehyde，POM)為主要成分的塑基多組元黏結(jié)劑體系，其中大量的POM提供喂料的流動(dòng)性；適量熔點(diǎn)較高的聚丙烯(polypropylene，PP)作為骨架材料，使注射坯體具有足夠的強(qiáng)度；少量硬脂酸(stearic acid, SA)和石蠟(paraffin wax, PW)分別作為表面活性劑和潤(rùn)滑劑；少量乙烯?乙酸乙烯共聚物(ethylene vinyl acetate copolymer, EVA)和乙撐雙硬脂酰胺(ethylene bis stearamide, EBS)作為表面擴(kuò)散劑。設(shè)計(jì)3種不同配比的黏結(jié)劑，如表1所列，研究黏結(jié)劑配方對(duì)喂料性能以及MIM HK30不銹鋼尺寸穩(wěn)定性的影響。

圖1 水?氣聯(lián)合霧化HK30粉末的SEM形貌與粒度分布

表1 注射成形HK30不銹鋼用黏結(jié)劑的配方

1.2 注射成形與真空燒結(jié)

取HK30不銹鋼粉末2 500 g，按照不同的粉末裝載量(體積分?jǐn)?shù), %)，計(jì)算出所需黏結(jié)劑的質(zhì)量，結(jié)果列于表2。在HK30不銹鋼粉末中加入黏結(jié)劑，于KY- 3220-IL型混煉機(jī)上混煉1 h，混煉溫度為190 ℃，得到7組具有不同粉末裝載量的喂料。將喂料破碎后，在JPH80E型注射成形機(jī)中進(jìn)行注射成形，保持模具溫度為120 ℃，保壓時(shí)間為20 s，采用不同的注射溫度(175、180、185、190、195和200 ℃)和注射壓力，確定最佳的注射條件。注射機(jī)的最大注射壓力為264 MPa，本文用相對(duì)壓力(即成形壓力與最大注射壓力的比值)表示注射成形壓力，分別為70%、75%、80%、85%、90%和95%。注射試樣如圖2所示，其中的條狀試樣尺寸為48.95 mm×10 mm×4.95 mm，增壓渦輪的葉片外緣最大輪廓外徑為50mm，葉片數(shù)量為9個(gè)。在HT-220LTZL脫脂爐中進(jìn)行催化脫脂，脫脂溫度為120 ℃，硝酸通入量為2.2 mL/min，脫脂4 h，可脫除注射坯內(nèi)大部分黏結(jié)劑。隨后將脫脂坯放入真空燒結(jié)爐，在1 050 ℃保溫2 h，使脫脂坯中殘存的黏結(jié)劑組分高溫分解全部脫除，并使脫脂坯保持一定的強(qiáng)度。然后以升溫速率2 ℃/min分別升至 1 220、 1 250、1 280和1 310 ℃，保溫2 h，隨爐冷卻，得到條狀HK30不銹鋼樣品和增壓渦輪。

1.3 組織與性能表征

用ZRZ1452熔體流動(dòng)速率試驗(yàn)機(jī)測(cè)試喂料的MPF (melt flow index，熔融流動(dòng)指數(shù))，表征喂料的流動(dòng)性能。用FA12004電子天平稱量MIM成形坯體的質(zhì)量，每組稱量20個(gè)樣品，取平均值，計(jì)算坯體質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差。采用Archimedes法測(cè)定坯體的密度，每組取15個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)定，取平均值。計(jì)算長(zhǎng)條形試樣線性收縮率的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以表征尺寸穩(wěn)定性。對(duì)于形狀復(fù)雜的HK30不銹鋼增壓渦輪，用VL-570/530高精度三維掃描測(cè)量?jī)x進(jìn)行實(shí)體掃描，通過(guò)軟件獲得3D掃描增壓渦輪葉片尺寸，具體方法如圖3所示。圖3(a)為增壓渦輪實(shí)物3D掃描圖，沿圖3(a)中的9～17標(biāo)記圓作模擬豎直切割，得到圖3(b)所示剖面，葉片的切割剖面清晰可見。再將圖3(b)葉片切割剖面依次水平展開，如圖3(c)所示。通過(guò)軟件依次測(cè)量葉片切割剖面最高點(diǎn)的豎直高度和相鄰葉片切割剖面最高點(diǎn)的水平距離，將兩組數(shù)據(jù)作標(biāo)準(zhǔn)偏差分析，以評(píng)測(cè)增壓渦輪葉片的尺寸穩(wěn)定性。

表2 喂料中黏結(jié)劑用量和粉末裝載量

圖2 注射成形條狀樣品和增壓渦輪

圖3 HK30不銹鋼增壓渦輪的高精度三維掃描測(cè)量

(a) Physical scan; (b) Blade profile; (c) Blade profile dimension measurement

在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)Zwick/Roell Z010上對(duì)長(zhǎng)條狀HK30不銹鋼樣品進(jìn)行室溫力學(xué)性能測(cè)試，每組取3個(gè)樣品，計(jì)算平均值。通過(guò)ZHμ-S顯微硬度計(jì)測(cè)定不銹鋼的維氏硬度(HV)，載荷1.96 N(200 g)，保壓10 s。每個(gè)樣品測(cè)15個(gè)點(diǎn)，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 喂料對(duì)HK30不銹鋼尺寸穩(wěn)定性的影響

2.1.1 喂料的黏結(jié)劑配方

分別采用表1中的3種不同黏結(jié)劑配方，制備粉末裝載量(體積分?jǐn)?shù))為60%的喂料，表3所列為喂料的熔融流動(dòng)指數(shù)(MPF)和注射成形長(zhǎng)條狀試樣的燒結(jié)收縮率標(biāo)準(zhǔn)偏差。從表3看出，隨黏結(jié)劑中PP含量增加，喂料的MPF降低，同時(shí)增大，即尺寸穩(wěn)定性降低。其中用1#黏結(jié)劑制備的喂料具有最好的流動(dòng)性。對(duì)于形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的增壓渦輪，喂料良好的流動(dòng)性對(duì)減少注射生坯缺陷至關(guān)重要。同時(shí)采用1#黏結(jié)劑時(shí)，材料最小，即樣品的收縮均勻程度最高，更有利于增壓渦輪的尺寸穩(wěn)定性控制。

表3 黏結(jié)劑配比對(duì)喂料MPF和燒結(jié)收縮率標(biāo)準(zhǔn)偏差δ的影響

2.1.2 粉末裝載量

一般而言，喂料的粉末裝載量越高，則產(chǎn)品的收縮率越低，越有利于增壓渦輪的尺寸穩(wěn)定性。但裝載量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致喂料流變性能降低，并容易引起粉末與黏結(jié)劑兩相分離，因此對(duì)喂料臨界裝載量的研究尤為重要。粉末裝載量可用下式計(jì)算：

式中：為粉末裝載量，即喂料中粉末的體積分?jǐn)?shù)；p和b分別為金屬粉末和黏結(jié)劑的質(zhì)量；p和b分別為金屬粉末和黏結(jié)劑的密度。喂料的密度用下式 計(jì)算：

即

式中：ρ、ρp和ρb分別為喂料、粉末和黏結(jié)劑的理論密度。從式(3)可知喂料的密度與粉末裝載量呈線性關(guān)系。當(dāng)粉末裝載量超過(guò)某值時(shí)，喂料的實(shí)際密度低于理論密度，此臨界值即為喂料的臨界裝載量。根據(jù)式(3)得出圖4所示喂料密度與粉末裝載量的關(guān)系曲線。從圖4可看出，當(dāng)粉末裝載量達(dá)到64%時(shí)，出現(xiàn)拐點(diǎn)，喂料的實(shí)際密度低于理論密度，這是由于此時(shí)喂料中的粉末體積分?jǐn)?shù)過(guò)高，黏結(jié)劑不足以填充粉末顆粒間的孔隙，使得喂料內(nèi)部存在大量的孔隙，從而導(dǎo)致喂料的實(shí)際密度低于理論密度，因此從圖4得出喂料的臨界裝載量為64%。過(guò)高的粉末裝載量導(dǎo)致喂料的流動(dòng)性能變差，不利于形狀復(fù)雜的增壓渦輪注射成形與尺寸穩(wěn)定性的控制。

根據(jù)以往的研究，喂料的最佳裝載量一般低于臨界裝載量，考慮到增壓渦輪復(fù)雜的形狀與結(jié)構(gòu)，本文進(jìn)一步研究裝載量對(duì)喂料流動(dòng)性能與條狀HK30不銹鋼燒結(jié)收縮均勻性的影響，以確定喂料的最佳裝載量。圖5(a)所示為粉末裝載量對(duì)喂料熔融流變指數(shù)(MPF)和樣品燒結(jié)收縮率標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響。從圖5(a)看出，隨粉末裝載量增加，MPF不斷減小，即喂料的流動(dòng)性能降低。隨粉末裝載量從45%提高到66%，喂料的MPF從250 0 g/10 min下降至325 g/10 min。從圖5(b)看出，隨粉末裝載量增加，長(zhǎng)條狀樣品的燒結(jié)收縮率標(biāo)準(zhǔn)偏差減小，在裝載量為60%時(shí)達(dá)到最小值，即尺寸穩(wěn)定性最佳；隨后隨裝載量進(jìn)一步增加而增大。這是由于粉末裝載量過(guò)低時(shí)，脫脂后粉末顆粒間隙過(guò)大，脫脂坯容易變形且收縮較大，從而使燒結(jié)后的尺寸穩(wěn)定性較差；另外，當(dāng)粉末裝載量過(guò)大時(shí)，注射件成分不均勻，燒結(jié)時(shí)各部位收縮不同，故尺寸穩(wěn)定性較差。綜上所述，當(dāng)HK30不銹鋼粉末裝載量為60%時(shí)，喂料的流動(dòng)性較好，MPF為1 220.7 g/10 min，并且坯體的燒結(jié)收縮均勻性最佳，即尺寸穩(wěn)定性最好。因此喂料的最佳粉末裝載量為60%。

圖5 粉末裝載量對(duì)喂料熔融流變指數(shù)(MPF)和燒結(jié)收縮率標(biāo)準(zhǔn)偏差(δ)的影響

2.2 注射參數(shù)對(duì)增壓渦輪尺寸穩(wěn)定性的影響

喂料成分的均勻性對(duì)于增壓渦輪尺寸穩(wěn)定性至關(guān)重要。注射參數(shù)影響喂料成分的均勻性，從而影響增壓渦輪的尺寸穩(wěn)定性。同批次增壓渦輪生坯的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差是喂料成分均勻程度的表觀體現(xiàn)，生坯質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，表明喂料的成分均勻程度越高，越有利于提高渦輪的尺寸穩(wěn)定性。為此，本文作者研究注射溫度和注射壓力對(duì)增壓渦輪生坯質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差()的影響，結(jié)果如圖6所示。從圖6(a)看到，隨注射溫度升高，增壓渦輪生坯的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差先持續(xù)減小，然后趨于穩(wěn)定。這是由于在相同的注射壓力與注射速率下，喂料中黏結(jié)劑對(duì)溫度較敏感；當(dāng)溫度低于190 ℃時(shí)，喂料還未達(dá)到黏結(jié)劑的熔化溫度，因而喂料的黏度過(guò)高，流動(dòng)性較差，在膜腔內(nèi)容易發(fā)生黏結(jié)劑與粉末分離，使喂料成分不均勻，從而使增壓渦輪生坯的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差較大；當(dāng)注射溫度高于190 ℃時(shí)，達(dá)到黏結(jié)劑的熔化溫度，喂料的黏度降低，成分均勻，增壓渦輪生坯的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，有利于提高增壓渦輪的尺寸穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明，增壓渦輪的最佳注射溫度為190 ℃。從圖6(b)可見，隨注射壓力從注射機(jī)最大注射壓力的70%增加至90%時(shí)，增壓渦輪生坯質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差持續(xù)減小，即喂料成分的均勻程度不斷提高。這是由于在相同的注射溫度和注射速率下，注射壓力過(guò)小會(huì)導(dǎo)致增壓渦輪生坯內(nèi)部存留大量孔隙，且氣孔分布不均勻，從而導(dǎo)致增壓渦輪生坯質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差較大。隨注射壓力增大，增壓渦輪生坯內(nèi)部的氣孔消失，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差減小。但當(dāng)注射壓力高于90%時(shí)，增壓渦輪生坯的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差增大，即喂料的成分均勻程度降低。這是由于MIM喂料呈現(xiàn)假塑體流變學(xué)行為，在高剪切速率下喂料黏度減小。過(guò)高的注射壓力導(dǎo)致剪切速率過(guò)大，喂料變稀，黏度過(guò)小，黏結(jié)劑對(duì)金屬粉末的承載作用較差，引起黏結(jié)劑與粉末兩相分離，從而使喂料的成分均勻程度降低，增壓渦輪質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差增大。因此增壓渦輪最佳的注射壓力為注射機(jī)最大注射壓力的90%。

圖6 注射條件對(duì)渦輪注射坯質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差(δ)的影響

(a) Injection temperature; (b) Injection pressure

2.3 燒結(jié)溫度對(duì)渦輪尺寸穩(wěn)定性的影響

圖7所示為不同燒結(jié)溫度的渦輪葉片切割剖面相鄰最高點(diǎn)的水平距離與豎直高度這2個(gè)尺寸的標(biāo)準(zhǔn)偏差。從圖看出，在1 050 ℃預(yù)燒后的增壓渦輪，兩個(gè)尺寸的標(biāo)準(zhǔn)偏差均最小，即該燒結(jié)溫度下增壓渦輪的尺寸穩(wěn)定性最好。這是由于該溫度下粉末顆粒相互接觸形成燒結(jié)頸，液相較少，致密化過(guò)程剛開始，渦輪整體未發(fā)生較大收縮。預(yù)燒后的增壓渦輪在1 220 ℃燒結(jié)后，尺寸穩(wěn)定性降低，這是由于燒結(jié)收縮的驅(qū)動(dòng)力通常由孔隙表面張力與孔隙內(nèi)部氣體壓力之差決定。高溫?zé)Y(jié)時(shí)氣孔快速消失，致密化程度不斷提高，但增壓渦輪不同部位孔隙的分布與尺寸都存在一定的差異，導(dǎo)致收縮動(dòng)力不一致，故尺寸穩(wěn)定性較差。隨燒結(jié)溫度從1 220 ℃升高至1 250 ℃，增壓渦輪兩個(gè)尺寸的標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)一步增大，尺寸穩(wěn)定性持續(xù)降低。這是因?yàn)闊Y(jié)溫度提高使得增壓渦輪發(fā)生較大收縮，大量孔隙在較短時(shí)間內(nèi)消除，且氣孔分布不均勻，孔隙形狀各不相同，導(dǎo)致增壓渦輪各部位收縮驅(qū)動(dòng)力的差異進(jìn)一步增大，因此收縮不均勻性增大，尺寸穩(wěn)定性降低。但燒結(jié)溫度從1 250 ℃升高至1 310 ℃時(shí)，渦輪各葉片的尺寸穩(wěn)定性提高。這是因?yàn)檫_(dá)到一定燒結(jié)溫度后，隨燒結(jié)溫度進(jìn)一步升高，大部分氣孔已經(jīng)消除，剩余孔隙數(shù)量較少且尺寸較小，在表面張應(yīng)力的作用下，燒結(jié)頸進(jìn)一步長(zhǎng)大，各部位的燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力差異較小，收縮較均勻。當(dāng)溫度達(dá)到1 310 ℃時(shí)，孔隙基本消除，此時(shí)渦輪整體收縮基本完畢，最終的收縮均勻性較好，所有葉片的尺寸相近，尺寸穩(wěn)定性高。

圖7 燒結(jié)溫度對(duì)渦輪葉片尺寸穩(wěn)定性的影響

(a)of horizontal distance between adjacent blades; (b)of vertical height of turbine blade

2.4 MIM HK30不銹鋼的力學(xué)性能

圖8所示為不同溫度燒結(jié)的長(zhǎng)條狀HK30不銹鋼性能。從圖8(a)看出，不銹鋼密度隨燒結(jié)溫度升高而提高。脫脂坯體在1 050 ℃預(yù)燒結(jié)時(shí)，致密化剛開始，相對(duì)密度僅為65.09%。經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)后密度顯著提高，并隨燒結(jié)溫度升高而提高，在溫度達(dá)到1 310 ℃時(shí)相對(duì)密度達(dá)到99.75%，基本實(shí)現(xiàn)全致密。從圖8(b)看出，隨燒結(jié)溫度升高，HK30不銹鋼的力學(xué)性能提高。在1 310 ℃燒結(jié)的接近全致密的不銹鋼抗拉強(qiáng)度達(dá)到600 MPa，屈服強(qiáng)度為289 MPa，硬度(HV)為170，基本達(dá)到鑄造態(tài)HK30不銹鋼的性能水平。本研究的結(jié)果表明，采用MIM注射方法制備HK30不銹鋼增壓渦輪，其尺寸精度和力學(xué)性能均可滿足渦輪的應(yīng)用需求。

圖8 燒結(jié)溫度對(duì)MIMHK30不銹鋼性能的影響

3 結(jié)論

1) 選用聚甲醛(POM)作為主要組元的塑基黏結(jié)劑，添加4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的PP作為第2組元，可使HK 30不銹鋼喂料具有較好的保形性能，注射坯的燒結(jié)收縮均勻性高。提高PP含量不利于喂料的流動(dòng)性和注射坯的燒結(jié)收縮均勻性。

2) 當(dāng)粉末裝載量為60%時(shí)，喂料的MPF為1 220.7 g/10 min，HK30不銹鋼注射坯的燒結(jié)收縮均勻性最佳。最佳的注射條件為：注射溫度190 ℃，注射壓力為注射機(jī)最大注射壓力的90%。獲得的渦輪注射坯質(zhì)量均勻。

3) 注射成形HK30增壓渦輪葉片的尺寸穩(wěn)定性隨燒結(jié)溫度升高先提高后降低，在1 310 ℃燒結(jié)時(shí)葉片的尺寸穩(wěn)定性最佳。當(dāng)燒結(jié)溫度為1 310 ℃時(shí)，金屬粉末注射成形HK30不銹鋼的相對(duì)致密度達(dá)到99.72%，接近全致密，抗拉強(qiáng)度到達(dá)600 MPa，屈服強(qiáng)度為289 MPa，硬度為170 HV，基本達(dá)到鑄造態(tài)HK30不銹鋼的力學(xué)性能。

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Dimensional stability and mechanical properties of HK30 stainless steel by metal injection molding

TANG Zhihao1, 2, PAN Chaomei2, HE Pengjiang2, LUO Hao2, SONG Xinqiang2, ZENG Keli1, 2

(1. College of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410000, China; 2. Guangdong Institute of Materials and Processing, Guangdong Academy of Sciences, Guangzhou 510000, China)

The automotive turbine wheels of HK30 stainless steel were prepared by the metal injection molding (MIM). The effects of MIM process parameters on the dimensional stability and mechanical properties of the turbine wheels were investigated. The results show that when the multi-component plastic-based binder formulation is 90%POM +4%PP+2.5%PW+1%SA+2%EVA+0.5%EBS, the molding has the best shape retention. The optimum powder loading (volume fraction) of feedstock is 60%. The melt flow index (MPF) of feedstock is 1 220.7 g/10 min and the sintering shrinkage uniformity of the samples is the optimal. The best injection conditions are the injection temperature of 190 ℃ and the injection pressure of 237.6 MPa. The shape of the injection blank is intact and the quality consistency is the best. The optimum sintering temperature is 1 310 ℃. The turbine blades has the best dimensional stability at 1 310 ℃, and the relative density of the sample is 99.72%, and the tensile strength, yield strength and hardness (HV) are 600 MPa , 289 MPa and 170, respectively.

metal injection molding; HK30 stainless steel; turbine wheel; dimensional stability; mechanical properties

TF124

A

1673-0224(2021)04-313-07

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2018YFB1106000)

2021?01?06；

2021?02?30

曾克里，教授級(jí)高級(jí)工程師。電話：13928867032；E-mail: 13928867032@139.com

(編輯 湯金芝)