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高硬度耐蝕性能強的MIM材料
發布日期：[2024/10/25]
440B和440C的馬氏體不銹鋼是MIM制造中常用的材料，但他們液相燒結的溫度范圍非常窄，燒結過程中變形、局部坍塌等不良品較多。
高硬度、耐腐蝕要求限制了MIM材料的選擇
MIM件應用于手動工具，切割磨削工具（例如刀具，刮胡刀，外科手術工具），小五金（例如手機零部件）以及汽車發動機中的汽油噴嘴零部件等場合時，通常要求材料的硬度大于55HRC，還要有一定的耐蝕性能。
MIM工藝中能滿足這些性能的材料相對較少。通常用的是440B和440C的馬氏體不銹鋼。然而，這些材料很難燒結；液相燒結的溫度范圍非常窄，這導致了在同一個燒結爐中密度分布不均，尺寸收縮變化大以及零件部分熔化坍塌。
為了減少變形以及部分坍塌，通常是將440B和440C通過固相燒結燒到孔隙閉合的中等密度，再通過無模熱等靜壓致密，額外的工藝大大增加了整個制造的費用。
注：HRC是采用150Kg載荷和120°金剛石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料。壓痕越淺，HR值越大，材料硬度越高。
改良性馬氏體不銹鋼440C-Nb
一種改良型的馬氏體不銹鋼“440C-Nb出現了，這種合金有更寬的燒結窗。
440C-Nb體系可以得到一個寬度約為25°C的燒結窗（溫度范圍定義在燒結密度不低于7.63g/cm3而不引起坍塌和部分熔化）。這個溫度范圍對于標準的工業燒結爐，不論是批次爐還是連續爐都相對容易達到。
為什么440C-Nb擁有更寬的燒結窗？
在440C（1.0% C）燒結的過程中，當溫度超過固相線溫度1285°C時，發生了如下共晶反應：
γ+ M7C3?液相
共晶反應導致瞬間形成了7.5%的液相。隨著溫度的升高液相的量不斷增加：在1289°C時，液相的量為10.5%，在1294°C時到了12.6%。
相對應，440C-Nb (1.2% C)體系中固相線溫度為1281°C，只比440C低一點。當溫度超過固相線時，只有4%的液相形成，當溫度繼續升高到1294℃時，液相的量依然是4%（因為NbC的存在，大量的C被以NbC的形式固定下來，γ + M7C3?液相共晶反應受到抑制）。當溫度升高到1350℃時，此時超過液相線溫度70℃，440C-Nb的液相含量仍然低于440C。
這很好地解釋了440C燒結遇到的問題：在燒結爐中不同位置甚至同一零件不同位置輕微的溫度變化產生的液相的量不同。而對于440C-Nb液相的量更少，而且隨著溫度的增加液相增加不多，因此這樣的問題就很少出現。
總而言之，這種新型的材料可以很好的充當MIM工藝中所需要的高硬度耐蝕性能強的材料。
高硬度、耐腐蝕要求限制了MIM材料的選擇
MIM件應用于手動工具，切割磨削工具（例如刀具，刮胡刀，外科手術工具），小五金（例如手機零部件）以及汽車發動機中的汽油噴嘴零部件等場合時，通常要求材料的硬度大于55HRC，還要有一定的耐蝕性能。
MIM工藝中能滿足這些性能的材料相對較少。通常用的是440B和440C的馬氏體不銹鋼。然而，這些材料很難燒結；液相燒結的溫度范圍非常窄，這導致了在同一個燒結爐中密度分布不均，尺寸收縮變化大以及零件部分熔化坍塌。
為了減少變形以及部分坍塌，通常是將440B和440C通過固相燒結燒到孔隙閉合的中等密度，再通過無模熱等靜壓致密，額外的工藝大大增加了整個制造的費用。
注：HRC是采用150Kg載荷和120°金剛石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料。壓痕越淺，HR值越大，材料硬度越高。
改良性馬氏體不銹鋼440C-Nb
一種改良型的馬氏體不銹鋼“440C-Nb出現了，這種合金有更寬的燒結窗。
440C-Nb體系可以得到一個寬度約為25°C的燒結窗（溫度范圍定義在燒結密度不低于7.63g/cm3而不引起坍塌和部分熔化）。這個溫度范圍對于標準的工業燒結爐，不論是批次爐還是連續爐都相對容易達到。
為什么440C-Nb擁有更寬的燒結窗？
在440C（1.0% C）燒結的過程中，當溫度超過固相線溫度1285°C時，發生了如下共晶反應：
γ+ M7C3?液相
共晶反應導致瞬間形成了7.5%的液相。隨著溫度的升高液相的量不斷增加：在1289°C時，液相的量為10.5%，在1294°C時到了12.6%。
相對應，440C-Nb (1.2% C)體系中固相線溫度為1281°C，只比440C低一點。當溫度超過固相線時，只有4%的液相形成，當溫度繼續升高到1294℃時，液相的量依然是4%（因為NbC的存在，大量的C被以NbC的形式固定下來，γ + M7C3?液相共晶反應受到抑制）。當溫度升高到1350℃時，此時超過液相線溫度70℃，440C-Nb的液相含量仍然低于440C。
這很好地解釋了440C燒結遇到的問題：在燒結爐中不同位置甚至同一零件不同位置輕微的溫度變化產生的液相的量不同。而對于440C-Nb液相的量更少，而且隨著溫度的增加液相增加不多，因此這樣的問題就很少出現。
總而言之，這種新型的材料可以很好的充當MIM工藝中所需要的高硬度耐蝕性能強的材料。
注：固相線溫度：開始熔化的溫度。
