YT5硬质合金注射成形.pdf

第 19 卷第 3 期 Vol.19No .3 硬　质　合　金 CEMENTED CARBIDE 2002 年 9 月 Sep.2002 材料工艺 YT 5 硬质合金注射成形3 祝宝军　曲选辉　陶　颖　肖平安　秦明礼Ξ (中南大学粉末冶金国家重点实验室, 长沙 410083 ) 摘　要　开发了一种适合于硬质合金注射成形的“改进型蜡基粘结剂”和一种称作“高 压冷凝溶剂脱脂”的新的脱脂方法。实验结果表明: 使用该粘结剂, 硬质合金注射混合料 流变性能良好, 临界固体粉末装载量达到 65%。新的脱脂方法脱脂速率快, 脱脂坯强度 高。采用优化的工艺制备了 PIM YT 5 硬质合金试样, 其抗弯强度、硬度和密度分别达到 2100MPa 、HRA 90.4 和 12.83 g?cm3, 制品保形性良好, 尺寸偏差小于±0.04 mm。 关键词　注射成形　硬质合金　流变性　力学性能　尺寸精度 1　引　言 粉末注射成形 (PIM ) 是从塑料注射成形发展过 来的一种粉末冶金近净成形技术[1-3] 。该技术能大 批量生产复杂形状制品, 是传统零件制备方法如模 压、机加工和铸造的一种重要补充[4-6] 。与传统的压 制?烧结法相比, PIM 法生产尺寸小、形状复杂的硬 质合金制品具有很大的技术和成本优势[7-8] 。由于 注射成形过程中熔融态喂料流动充模, 模腔充填均 匀, 避免了密度梯度的产生。因而, PIM 硬质合金期 望得到更均匀的组织结构和更好的力学性能。此外, 注射混合料的重复利用和机加工费用的减少可降低 零件的制造成本[9-11] 。 本文研究了 YT 5 硬质合金注射成形工艺, 以掌 握 PIM 各工艺过程的基本规律及其相互关系, 推广 粉末注射成形技术在硬质合金领域的应用。 2　试验过程 实验原料: YT 5 硬质合金混合粉由株洲硬质合 金厂提供。其形貌为不规则多角状, 并且有一定程度 的团聚。其性能如表 1 所示。粘结剂为蜡基多组元 粘结剂, 各组元的含量及性质如表 2 所示。 粘结剂各组元首先在自制共混装置上共混 2 小 时, 共混温度为 160℃。然后粘结剂与硬质合金混合 粉在扭矩流变仪上混炼 2 小时, 流变仪转速为 30rpm , 混炼温度为 140℃。喂料在 SZ-28 ?250 型注 射成形机上注射得到所需形状的成形坯, 注射温度 为 165℃, 注射压力为 75MPa , 模具温度为 30℃。采 用高压冷凝溶剂脱脂和热降解方法对成形坯进行脱 脂, 溶剂为正庚烷。热脱脂在一定的保护气氛下进 行, 其升温制度如下:20 ℃ 30min 600℃ certain - time 600℃ furnace - cooling 20℃。脱 脂 后 的 脱 脂 坯 在 1480℃下进行真空烧结, 真空度为 20Pa。 用 Instron 3211 型毛细管流变仪测量注射混合 料的粘度, Instron 材料试验机测试制品力学性能。 接触角是用润湿仪在 170℃温度下测定的。 表 1　YT 5 混合粉末的性质 C t ,% O ,% Co,% Ti ,% 松装密度, g?cm3 振实密度,g?cm3 平均粒度,Λm 6.43 0.27 9.05 5.06 2.32 3.39 1.22Ξ 3 国家杰出青年科学基金 )和国家重点基础研究发展规划 (G2000067203 )资助课题。 　　作者简介: 祝宝军, 男,30 岁, 博士研究生, 中南大学粉末冶金研究所。 表 2　粘结剂各组元的配比及性质 组元 含量, % 单体结构 熔点, ℃ 密度 Θ, g?cm3 PW 60 CnH 2n+2 58 0.9 LPW 5 CnH 2n+2 - 0.855 HDPE 10 _ CH n- CH 2β n 139 0.95 PP 10 CH β n_ CH 2 CH 3 142 0.9 DOP 5 C24- H 38O 4 18.1 0.978 EPDM 5 CH CH 2 CH 2β nCH 2_ CH 2 142 0.9 SA 5 CH 3 [CH 2 ]16COOH 66 0.96 表 3　ZB—5 和典型蜡基粘结剂性质的对比 粘结剂 临界固体 装载量,% 稳态扭矩, N ·m 强度, MPa 接触角, ° 灰分, ppm ZB-5 65 2.05 1.89 3.78 2500 80% PW + 20% HDPE 60 2.75 1.96 5.62 3500 表 4　不同剪切速率下喂料的粘度 温度, ℃ 粘度, Pa·s 12.11 s -1 36.12 s -1 121.3 s -1 356.7 s -1 1185s -1 160 1189 634.8 276 127.5 57.84 170 974.5 479.4