Onderzoek naar het sintergedrag van roestvrij staal 316L-poeder in het MIM-proces

MIM-procesoverzicht

Metaalspuitgieten MIM is een geavanceerd productieproces dat poedermetallurgie en kunststofspuitgiettechnologie combineert. Het is bijzonder geschikt voor de productie van kleine en complexe metalen onderdelen. Roestvast staal 316L is een van de meest gebruikte materialen in het MIM-proces geworden vanwege de uitstekende corrosieweerstand en goede mechanische eigenschappen. Het MIM-proces omvat vier hoofdstappen: mengen, spuitgieten, ontvetten en sinteren. Sinteren is de meest kritische stap, die de uiteindelijke dichtheid, maatnauwkeurigheid en mechanische eigenschappen van het onderdeel bepaalt. Een diepgaand onderzoek naar het sintergedrag van 316L-poeder is van groot belang voor het optimaliseren van procesparameters en het verbeteren van de productkwaliteit.

Poedereigenschappen en sintermechanisme

De eigenschappen van 316L roestvrij staalpoeder hebben een aanzienlijke invloed op het sintergedrag. De deeltjesgrootte van het poeder wordt gewoonlijk geregeld binnen het bereik van 10-30 μm, en de deeltjesgrootteverdeling beïnvloedt de sinterverdichtingssnelheid en de uiteindelijke dichtheid. De poedermorfologie is voornamelijk bolvormig, wat gunstig is voor de vloeibaarheid en pakkingsdichtheid. Tijdens het sinterproces worden poederdeeltjes verdicht door diffusiemechanismen, waaronder oppervlaktediffusie, korrelgrensdiffusie en volumediffusie. De sintertemperatuur ligt gewoonlijk in het bereik van 1300-1400°C en de verblijftijd bedraagt ​​1-3 uur. Een hogere temperatuur versnelt het diffusieproces, maar een te hoge temperatuur kan leiden tot grove korrels en een ongecontroleerde grootte. De sinteratmosfeer maakt gewoonlijk gebruik van waterstof of vacuüm. Waterstof kan oppervlakteoxiden verminderen en sinteren bevorderen.

Analyse van het verdichtingsproces

Het sinterverdichtingsproces kan worden onderverdeeld in drie fasen: de beginfase, de middenfase en de late fase. In het vroege stadium vindt voornamelijk de vorming en groei van intergranulaire halzen plaats en neemt de dichtheid toe van ongeveer 60% tot ongeveer 75%. In de middelste fase wordt een verbonden poriënnetwerk gevormd en neemt de dichtheid toe van ongeveer 75% tot ongeveer 90%. In het latere stadium worden de poriën gesloten en geleidelijk geëlimineerd, en kan de dichtheid meer dan 95% bereiken. De verdichtingssnelheid wordt beïnvloed door vele factoren, zoals temperatuur, tijd, poedereigenschappen en initiële groendichtheid. De verdichtingsvergelijking beschrijft de verandering van de dichtheid met de tijd en temperatuur, en biedt een theoretische basis voor procesoptimalisatie.

Dimensionele krimpcontrole

Dimensionale krimp tijdens het sinterproces is een van de problemen bij het MIM-proces. Lineaire krimp bedraagt ​​gewoonlijk 15-20% en de krimp van isotrope materialen moet uniform zijn. Bij het daadwerkelijke sinteren is de krimp echter, als gevolg van factoren zoals zwaartekracht en wrijving, anisotroop, wat resulteert in maatafwijkingen van onderdelen. Methoden om de uniformiteit van de krimp te controleren zijn onder meer: ​​het optimaliseren van het ontvettingsproces om restspanningen te verminderen; gebruik van steunconstructies om vervorming te voorkomen; het regelen van de verwarmingssnelheid om thermische stress te voorkomen; en het nauwkeurig voorspellen van krimp voor schimmelcompensatie. Nauwkeurige voorspelling van krimp is de sleutel tot het garanderen van de maatnauwkeurigheid van onderdelen.

Mechanische eigenschappen en kwaliteitscontrole

De gesinterde 316L roestvrijstalen onderdelen moeten mechanische eigenschappen bereiken die dicht bij die van gesmede materialen liggen. Typische prestatie-indicatoren zijn onder meer: ​​dichtheid groter dan 7,6 g/cm3, hardheid HRB70-80, treksterkte 450-550 MPa en rek 30-40%. Mechanische eigenschappen worden beïnvloed door factoren zoals dichtheid, korrelgrootte en poriemorfologie. Kwaliteitscontrole omvat dichtheidstesten, maatmetingen, testen van mechanische eigenschappen en metallografische analyse. Dichtheidstests maken gebruik van de methode van Archimedes of drainagemethode. Bij dimensionale metingen wordt gebruik gemaakt van een driedimensionale coördinatenmeetmachine of een speciaal inspectiehulpmiddel. Het testen van mechanische eigenschappen omvat trekproeven, hardheidstesten en impacttesten. Metallografische analyse observeert de poriënverdeling, korrelgrootte en insluitingsgehalte. Zet een compleet kwaliteitsmanagementsysteem op om ervoor te zorgen dat de prestaties van elke partij producten stabiel en betrouwbaar zijn.