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金屬注射成型 (MIM)中的熱處理增強(qiáng)性能：全面概述
2024-07-15
金屬注射成型 (MIM)是生產(chǎn)小型復(fù)雜金屬部件的合適工藝。與其他傳統(tǒng)方法(如機(jī)械加工)相比，鋼部件的 MIM 更簡(jiǎn)單、成本更低、可以在更短的時(shí)間內(nèi)大批量生產(chǎn)。許多應(yīng)用需要比燒結(jié)部件更高的硬度。進(jìn)行熱處理工藝是為了實(shí)現(xiàn)所需的冶金性能。熱處理過(guò)程會(huì)隨著溫度和時(shí)間的變化而改變金屬，以提高耐用性并釋放金屬的潛力以適應(yīng)各種應(yīng)用，旨在改變微觀結(jié)構(gòu)并有助于改善剪切強(qiáng)度等物理性能并提高耐磨性。
密封淬火爐是一種氣氛爐，使用混合氣體為滲碳、淬火和其他工藝創(chuàng)造受控環(huán)境。該爐還具有油淬火系統(tǒng)，能夠以受控方式快速冷卻加熱的金屬部件，稱為淬火。該爐設(shè)計(jì)有密封室，可防止工件氧化和污染。
真空熱處理爐利用真空環(huán)境對(duì)材料進(jìn)行高溫處理，具有防止氧化、減少污染、提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，采用高壓惰性氣體對(duì)零件進(jìn)行淬火。
低壓滲碳真空爐具有雙加熱室容量。它用于提高生產(chǎn)率和產(chǎn)量。它確保尺寸精度并減少零件變形，同時(shí)防止?jié)B碳過(guò)程中的晶間氧化。與單室真空爐相比，它最大限度地減少了能量損失和排放。它提高了生產(chǎn)能力和工藝重復(fù)性。
金屬注射成型 (MIM) 中的熱處理工藝步驟
脫脂
這是從綠色部件中去除粘合劑的工藝。該工藝可以通過(guò)催化方式實(shí)現(xiàn)，使用催化添加劑、溶劑和水的組合去除粘合劑，也可以通過(guò)熱方式實(shí)現(xiàn)，這需要在熔爐或烤箱中的改良?xì)夥障逻M(jìn)行熱處理。所需方法取決于所用原料的類型。經(jīng)過(guò)此工藝的部件隨后被稱為“棕色”部件。
根據(jù)所用原料的類型，可能需要對(duì)部件進(jìn)行化學(xué)和熱脫脂?；瘜W(xué)工藝將去除大部分粘合劑，而熱工藝將去除殘留粘合劑，也稱為“主干粘合劑”。該工藝通常稱為“剩余脫脂”。
燒結(jié)
這是對(duì)經(jīng)過(guò)脫脂工藝(棕色部件)的金屬注射成型 (MIM) 部件進(jìn)行熱處理的過(guò)程。燒結(jié)的目的是改變部件的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，以提高其整體密度，并最終提高強(qiáng)度。這是通過(guò)在惰性氣氛下將金屬部件放入爐子或烤箱中加熱到金屬熔點(diǎn)以下約 20% 的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使原子擴(kuò)散通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)并融合在一起形成更致密的結(jié)構(gòu)。在燒結(jié)過(guò)程中，金屬部件將經(jīng)歷一些收縮，尺寸會(huì)縮小 15-22%，具體取決于所用的金屬和部件的最終密度。
在脫脂和燒結(jié)過(guò)程中，必須非常精確地控制爐內(nèi)的溫度曲線、氣氛和溫度均勻性，以避免變形和形成裂紋和氣泡。惰性或還原氣氛對(duì)于防止部件氧化也很重要。
整個(gè)金屬注射成型 (MIM) 過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)變化
1. 坯件微觀結(jié)構(gòu)
將原料注入模具并成型為所需形狀。粘合劑以藍(lán)色和綠色突出顯示。此時(shí)，MIM 部件被稱為“綠色部件”。
2. 催化脫脂后
在催化/化學(xué)脫脂過(guò)程中，主要粘合劑(藍(lán)色)被去除，僅留下主粘合劑(綠色)，必須在爐中通過(guò)熱方式去除。
3. 熱(靜置)脫脂后
在剩余脫脂過(guò)程中，主鏈粘合劑(綠色)被去除，MIM 部件現(xiàn)在被稱為“棕色部件”。為了增加部件的密度和強(qiáng)度，現(xiàn)在必須對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)。此時(shí)，顆粒已經(jīng)開始擴(kuò)散并相互粘附。
4. 燒結(jié)過(guò)程中
在燒結(jié)過(guò)程中，MIM 部件內(nèi)的原子通過(guò)結(jié)構(gòu)擴(kuò)散并融合在一起，從而增加部件的整體密度。
5. 燒結(jié)后微觀結(jié)構(gòu)
在爐中燒結(jié)時(shí)，MIM 部件的微觀結(jié)構(gòu)明顯更致密，原子之間的間隙更少。燒結(jié)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致一些收縮，一些部件的尺寸縮小高達(dá) 22%。這是金屬注射成型 (MIM) 工藝的正常部分，應(yīng)在模具的初始設(shè)計(jì)中考慮到這一點(diǎn)。
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