阅读说明：本技术 一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料及其加工工艺 (High-density and high-hardness vacuum sintering stainless steel material and processing technology thereof ) 是由 申承秀 于 2020-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及粉末冶金技术领域,具体涉及一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料及其加工工艺,所述不锈钢材料包括18.0％～20.0％的Cr、8.0％～12.0％的Ni、以及余量为Fe的微量元素。本发明通过将铜粉、镍粉和铁元素混合后制成不锈钢材料,并经过混合、压制成形、烧结、整形等工艺加工而成；经测试,烧结体的密度达到7.2g/cm<Sup>3</Sup>以上,硬度超过60HRB,其硬度达到客户要求,经用户试装,产品无变形,满足使用要求。(The invention relates to the technical field of powder metallurgy, in particular to a high-density and high-hardness vacuum sintering stainless steel material and a processing technology thereof, wherein the stainless steel material comprises 18.0-20.0% of Cr, 8.0-12.0% of Ni and the balance of trace elements of Fe. The invention mixes copper powder, nickel powder and iron element to produce stainless steel material, andthe material is processed by the processes of mixing, press forming, sintering, shaping and the like; the density of the sintered body reaches 7.2g/cm through testing 3 The hardness exceeds 60HRB, the hardness meets the requirements of customers, and the product has no deformation after trial assembly by users and meets the use requirements.)

一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料及其加工工艺

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料及其加工工艺。

背景技术

粉末冶金不锈钢是用粉末冶金方法制造的不锈钢，其优点是减少合金元素偏析，细化显微组织，改善性能，节约材料、节约能耗、降低成本，广泛应用汽车、家用电器、医疗器械等领域。粉末冶金不锈钢粉压缩性差，常温下压制，生坯经常规真空烧结后密度只有6.8g/cm3左右，表观硬度30HRB左右。由于产品硬度低，组装后易变形，达不到使用要求。若采用推舟炉、氨分解作为保护气氛进行烧结，硬度达到要求，组装后也不变形，但由于烧结时有氮化物产生，在后序组装时有异物飞溅，吸附在对偶件上，严重影响产品的功能，因此不可采用这种烧结方式。

为了扩大粉末冶金不锈钢应用领域，促进粉末冶金不锈钢技术和生产工艺的进一步发展，急需对目前生产工艺进行优化，提高真空烧结后的硬度和密度，使材料烧结密度达到7.2g/cm3以上、硬度达60HRB以上，如应用于空调、医疗器械等对密度、硬度、强度要求高的产品上。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料及其加工工艺，通过将铜粉、镍粉和铁元素混合后制成不锈钢材料，并经过混合、压制成形、烧结、整形等工艺加工而成，使得不锈钢烧结体的硬度达到客户要求，满足使用要求。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料，以质量百分比计，所述不锈钢材料包括18.0％～20.0％的Cr、8.0％～12.0％的Ni、以及余量为Fe的微量元素。

优选的，所述不锈钢材料还包括润滑剂，所述润滑剂为硬脂酸锂，所述润滑剂占不锈钢材料总重量的1.5％。

本发明还提供了一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料的加工工艺，包括以下步骤：

(1)制粉，将Cr、Ni和Fe元素混合，经雾化后进行球磨、过筛，制得不锈钢材料混合粉末；

(2)混合，压制成形，将不锈钢材料混合粉末置于模具中压制成形，制得不锈钢毛坯；

(3)烧结，将不锈钢毛坯置于专用不锈钢真空炉中烧结，然后冷却，制得不锈钢材料烧结体。

(4)整形，将上述不锈钢材料烧结体去毛刺后，采用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的尺寸精度。

优选的，所述步骤(1)中，不锈钢材料混合粉末的粒径为45um～110um。

优选的，在所述步骤(2)之前，先在不锈钢材料混合粉末中加入润滑剂，采用三维运动混料机加球磨混合，转速为12转/分钟，时间为45分钟。

优选的，所述步骤(2)中，不锈钢材料混合粉压制的压力为600-700MPa。

优选的，所述步骤(3)中，在不锈钢真空炉中通入惰性气体为保护气氛，且烧结温度为1120-1280℃，冷却温度为600-800℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所述的一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料及其加工工艺，通过将铜粉、镍粉和铁元素混合后制成不锈钢材料，并经过混合、压制成形、烧结、整形等工艺加工而成；经测试，烧结体的密度达到7.2g/cm³以上，硬度超过60HRB，其硬度达到客户要求，经用户试装，产品无变形，满足使用要求。

具体实施方式

下面结合若干优选实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件。

一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料，以质量百分比计，所述不锈钢材料包括18.0％～20.0％的Cr、8.0％～12.0％的Ni、以及余量为Fe的微量元素。

优选的，所述不锈钢材料还包括润滑剂，所述润滑剂为硬脂酸锂，所述硬脂酸锂占不锈钢材料总重量的1.5％。

实施例1

一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料的加工工艺，包括以下步骤：

(1)制粉，将18.0％的Cr、12.0％的Ni和余量为Fe的微量元素混合，经雾化后进行球磨、过60目筛网，制得不锈钢材料混合粉末，保证粉末的均匀性，减少偏析；

(2)混合，压制成形，将不锈钢材料混合粉末置于模具中压制成形，制得不锈钢毛坯；

(3)烧结，烧结处理是在主要元素的熔点温度下进行的热处理，将不锈钢毛坯置于专用不锈钢真空炉中烧结，然后冷却，制得不锈钢材料烧结体。

(4)整形，将上述不锈钢材料烧结体去毛刺后，采用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的尺寸精度。

优选的，所述步骤(1)中，不锈钢材料混合粉末的粒径为45um～110um，这里按一定比例的不同目数的不锈钢粉进行混合，可提高生坯的密度和强度。

优选的，在所述步骤(2)之前，先在不锈钢材料混合粉末中加入润滑剂，采用三维运动混料机加球磨混合，转速为12转/分钟，时间为45分钟；这里添加1.5％的润滑剂目的是：粉末冶金不锈钢粉的压缩性差且极易损伤模具，形成拉毛等现象，经过充分试验和验证，1.5％的润滑剂既能减少压制时对模具的损伤，又能保证生坯的强度和烧结的脱脂的效果。同时采用三维运动混料机加球磨混合，保证混合后粉体的均匀性，减少偏析。

优选的，所述步骤(2)中，不锈钢材料混合粉压制的压力为600MPa，可使不锈钢毛坯的压制密度达到6.45～6.55g/cm³，为后期进一步提高密度提供良好的基础条件。

优选的，所述步骤(3)中，在不锈钢真空炉中通入惰性气体(氩气)为保护气氛，且烧结温度为1120℃，冷却温度为600℃。

经测试，本实施例制得的烧结体的密度为6.82g/cm³，硬度为30HRB。

实施例2

一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料的加工工艺，包括以下步骤：

(1)制粉，将20.0％的Cr、8.0％的Ni和余量为Fe的微量元素混合，经雾化后进行球磨、过60目筛网，制得不锈钢材料混合粉末，保证粉末的均匀性，减少偏析；

(2)混合，压制成形，将不锈钢材料混合粉末置于模具中压制成形，制得不锈钢毛坯；

(3)烧结，烧结处理是在主要元素的熔点温度下进行的热处理，将不锈钢毛坯置于专用不锈钢真空炉中烧结，然后冷却，制得不锈钢材料烧结体。

(4)整形，将上述不锈钢材料烧结体去毛刺后，采用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的尺寸精度。

优选的，所述步骤(1)中，不锈钢材料混合粉末的粒径为45um～110um，这里按一定比例的不同目数的不锈钢粉进行混合，可提高生坯的密度和强度。

优选的，在所述步骤(2)之前，先在不锈钢材料混合粉末中加入润滑剂，采用三维运动混料机加球磨混合，转速为12转/分钟，时间为45分钟；这里添加1.5％的润滑剂目的是：粉末冶金不锈钢粉的压缩性差且极易损伤模具，形成拉毛等现象，经过充分试验和验证，1.5％的润滑剂既能减少压制时对模具的损伤，又能保证生坯的强度和烧结的脱脂的效果。同时采用三维运动混料机加球磨混合，保证混合后粉体的均匀性，减少偏析。

优选的，所述步骤(2)中，不锈钢材料混合粉压制的压力为700MPa，可使不锈钢毛坯的压制密度达到6.45～6.55g/cm³，为后期进一步提高密度提供良好的基础条件。

优选的，所述步骤(3)中，在不锈钢真空炉中通入惰性气体(氩气)为保护气氛，且烧结温度为1120℃，冷却温度为800℃。

经测试，本实施例制得的烧结体的密度为6.82g/cm³，硬度为30HRB。

实施例3

一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料的加工工艺，包括以下步骤：

(1)制粉，将19.0％的Cr、9.0％的Ni和余量为Fe的微量元素混合，经雾化后进行球磨、过60目筛网，制得不锈钢材料混合粉末，保证粉末的均匀性，减少偏析；

(2)混合，压制成形，将不锈钢材料混合粉末置于模具中压制成形，制得不锈钢毛坯；

(3)烧结，烧结处理是在主要元素的熔点温度下进行的热处理，将不锈钢毛坯置于专用不锈钢真空炉中烧结，然后冷却，制得不锈钢材料烧结体。

(4)整形，将上述不锈钢材料烧结体去毛刺后，采用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的尺寸精度。

优选的，所述步骤(1)中，不锈钢材料混合粉末的粒径为45um～110um，这里按一定比例的不同目数的不锈钢粉进行混合，可提高生坯的密度和强度。

优选的，在所述步骤(2)之前，先在不锈钢材料混合粉末中加入润滑剂，采用三维运动混料机加球磨混合，转速为12转/分钟，时间为45分钟；这里添加1.5％的润滑剂目的是：粉末冶金不锈钢粉的压缩性差且极易损伤模具，形成拉毛等现象，经过充分试验和验证，1.5％的润滑剂既能减少压制时对模具的损伤，又能保证生坯的强度和烧结的脱脂的效果。同时采用三维运动混料机加球磨混合，保证混合后粉体的均匀性，减少偏析。

优选的，所述步骤(2)中，不锈钢材料混合粉压制的压力为600MPa，可使不锈钢毛坯的压制密度达到6.45～6.55g/cm³，为后期进一步提高密度提供良好的基础条件。

优选的，所述步骤(3)中，在不锈钢真空炉中通入惰性气体(氩气)为保护气氛，且烧结温度为1200℃，冷却温度为600℃。

经测试，本实施例制得的烧结体的密度为6.96g/cm³，硬度为45HRB。

实施例4

一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料的加工工艺，包括以下步骤：

(1)制粉，将18.0％的Cr、10.0％的Ni和余量为Fe的微量元素混合，经雾化后进行球磨、过60目筛网，制得不锈钢材料混合粉末，保证粉末的均匀性，减少偏析；

(2)混合，压制成形，将不锈钢材料混合粉末置于模具中压制成形，制得不锈钢毛坯；

(3)烧结，烧结处理是在主要元素的熔点温度下进行的热处理，将不锈钢毛坯置于专用不锈钢真空炉中烧结，然后冷却，制得不锈钢材料烧结体。

(4)整形，将上述不锈钢材料烧结体去毛刺后，采用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的尺寸精度。

优选的，所述步骤(1)中，不锈钢材料混合粉末的粒径为45um～110um，这里按一定比例的不同目数的不锈钢粉进行混合，可提高生坯的密度和强度。

优选的，在所述步骤(2)之前，先在不锈钢材料混合粉末中加入润滑剂，采用三维运动混料机加球磨混合，转速为12转/分钟，时间为45分钟；这里添加1.5％的润滑剂目的是：粉末冶金不锈钢粉的压缩性差且极易损伤模具，形成拉毛等现象，经过充分试验和验证，1.5％的润滑剂既能减少压制时对模具的损伤，又能保证生坯的强度和烧结的脱脂的效果。同时采用三维运动混料机加球磨混合，保证混合后粉体的均匀性，减少偏析。

优选的，所述步骤(2)中，不锈钢材料混合粉压制的压力为700MPa，可使不锈钢毛坯的压制密度达到6.45～6.55g/cm³，为后期进一步提高密度提供良好的基础条件。

优选的，所述步骤(3)中，在不锈钢真空炉中通入惰性气体(氩气)为保护气氛，且烧结温度为1200℃，冷却温度为800℃。

经测试，本实施例制得的烧结体的密度为6.95g/cm³，硬度为50HRB。

实施例5

一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料的加工工艺，包括以下步骤：

(1)制粉，将19.0％的Cr、11.0％的Ni和余量为Fe的微量元素混合，经雾化后进行球磨、过60目筛网，制得不锈钢材料混合粉末，保证粉末的均匀性，减少偏析；

(2)混合，压制成形，将不锈钢材料混合粉末置于模具中压制成形，制得不锈钢毛坯；

(3)烧结，将不锈钢毛坯置于专用不锈钢真空炉中烧结，然后冷却，制得不锈钢材料烧结体。

(4)整形，将上述不锈钢材料烧结体去毛刺后，采用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的尺寸精度。

优选的，所述步骤(1)中，不锈钢材料混合粉末的粒径为45um～110um，这里按一定比例的不同目数的不锈钢粉进行混合，可提高生坯的密度和强度。

优选的，在所述步骤(2)之前，先在不锈钢材料混合粉末中加入润滑剂，采用三维运动混料机加球磨混合，转速为12转/分钟，时间为45分钟；这里添加1.5％的润滑剂目的是：粉末冶金不锈钢粉的压缩性差且极易损伤模具，形成拉毛等现象，经过充分试验和验证，1.5％的润滑剂既能减少压制时对模具的损伤，又能保证生坯的强度和烧结的脱脂的效果。同时采用三维运动混料机加球磨混合，保证混合后粉体的均匀性，减少偏析。

优选的，所述步骤(2)中，不锈钢材料混合粉压制的压力为600MPa，可使不锈钢毛坯的压制密度达到6.45～6.55g/cm³，为后期进一步提高密度提供良好的基础条件。

优选的，所述步骤(3)中，在不锈钢真空炉中通入惰性气体(氩气)为保护气氛，且烧结温度为1280℃，冷却温度为600℃。

经测试，本实施例制得的烧结体的密度为7.28g/cm³，硬度为55HRB。

实施例6

一种高密度、高硬度真空烧结不锈钢材料的加工工艺，包括以下步骤：

(1)制粉，将20.0％的Cr、9.0％的Ni和余量为Fe的微量元素混合，经雾化后进行球磨、过60目筛网，制得不锈钢材料混合粉末，保证粉末的均匀性，减少偏析；

(2)混合，压制成形，将不锈钢材料混合粉末置于模具中压制成形，制得不锈钢毛坯；

(3)烧结，烧结处理是在主要元素的熔点温度下进行的热处理，将不锈钢毛坯置于专用不锈钢真空炉中烧结，然后冷却，制得不锈钢材料烧结体。

(4)整形，将上述不锈钢材料烧结体去毛刺后，采用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的尺寸精度。

优选的，所述步骤(1)中，不锈钢材料混合粉末的粒径为45um～110um，这里按一定比例的不同目数的不锈钢粉进行混合，可提高生坯的密度和强度。

优选的，在所述步骤(2)之前，先在不锈钢材料混合粉末中加入润滑剂，采用三维运动混料机加球磨混合，转速为12转/分钟，时间为45分钟；这里添加1.5％的润滑剂目的是：粉末冶金不锈钢粉的压缩性差且极易损伤模具，形成拉毛等现象，经过充分试验和验证，1.5％的润滑剂既能减少压制时对模具的损伤，又能保证生坯的强度和烧结的脱脂的效果。同时采用三维运动混料机加球磨混合，保证混合后粉体的均匀性，减少偏析。

优选的，所述步骤(2)中，不锈钢材料混合粉压制的压力为700MPa，可使不锈钢毛坯的压制密度达到6.45～6.55g/cm³，为后期进一步提高密度提供良好的基础条件。

优选的，所述步骤(3)中，在不锈钢真空炉中通入惰性气体(氩气)为保护气氛，且烧结温度为1280℃，冷却温度为800℃。

经测试，本实施例制得的烧结体的密度为7.26g/cm³，硬度为70HRB。

通过上述六种方案进行工艺试验，采用不同的烧结温度、冷却温度进行烧结，得出了如下数据：

经测试，方案六的烧结体密度达到7.2g/cm3以上，硬度超过60HRB。

综上所述，由上六种方案试验的测试数据得出，只有方案六做出的产品，硬度达到客户要求，经用户试装，产品无变形，满足使用要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。