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高氮不锈钢作为一种资源节约型材料,由于其优良的力学性能、耐蚀性能和较佳的生物相容性等特点,近年来在多个行业的应用得到迅速发展。采用粉末冶金方法能较容易地获得更高含氮量,细晶组织和细小沉淀相,已经成为当前高氮钢研究中最重要的方向之一。本文以27μm高氮不锈钢粉末和石蜡基粘结剂为原料,采用金属注射成形技术与热等静压技术相结合的方法制得了高氮无镍不锈钢制品,研究了粉末冶金高氮不锈钢的致密化行为、渗氮行为,并考察了氮元素对材料的力学、耐蚀性能及组织结构的影响。
装载量为64vol.%时喂料的综合流变学性能较好,适合进行注射成形。当注射压力为100MPa、温度为170℃时,获得表观无缺陷、内部无两相分离的注射坯体。注射坯体浸泡于三氯乙烯8h可脱去50%以上的石蜡;再经过合理的热脱脂-预烧结工艺,能够获得具有足够强度的无缺陷脱脂坯体。
在1340℃×120min氮气中烧结后,试样性能最佳,相对密度达到95.30%,含氮量为0.75wt.%,屈服强度σ0.2、抗拉强度σb、延伸率δ5、断面收缩率φ分别为470MPa、760MPa、36.5%、35.1%。经过HIP致密化处理后(温度1320℃,压力130MPa,保温时间180min),试样的相对密度为99.7%,σ0.2、σb、δ5、φ分别提高到560MPa、930MPa、48%、46.1%。经1150℃×90min固溶处理后水冷,烧结体形成均一的全奥氏体组织。
1340℃×120min烧结试样经固溶处理后表现出较好的耐腐蚀性能,在3.5wt.%NaCl溶液中的点蚀电位达到927mV,高于316L钢点蚀电位670mV。
坯体在N2气氛下进行脱脂-预烧结能够吸收大量的氮进行合金化。700℃后粉末态中含氮量急剧上升,1000℃渗氮60min可使材料中含氮量接近4wt.%,为最终制品的含氮量提供了基础。
对粒度为55μm和27μm的高氮不锈钢粉末进行SPS快速烧结。两种粉末经过800℃~1100℃烧结后能够获得全奥氏体组织的高氮无镍不锈钢。和传统烧结方式相比,在同等烧结致密化程度的条件下,SPS烧结温度要低300℃~500℃;900℃后试样致密化速度加快,1000℃接近全致密化。