B元素对粉末注射成形304L不锈钢粉末的影响

金属注射成形(Metal Injection Molding，MIM)是一种近净成形的粉末冶金技术，该技术特点是适用材料范围宽、产品性能优异、可连续生产复杂形状的精密部件，已广泛应用于不锈钢、硬质合金、钛合金、Kovar合金及磁性材料等多种材料体系[1-4]．304L不锈钢是一种典型的奥氏体不锈钢，因其具有良好的综合力学性能及比316L相对便宜的特性，且能生产形状复杂、尺寸精度高的MIM不锈钢产品，在化工、石油、海洋等领域中都有广阔的应用前景[5-6]．然而由于304L烧结温度较高(高于1365 ℃)，以及致密度和硬度偏低，不宜用于制作承受较重负荷及对硬度有较高要求的设备或部件，从而在一定程度上限制了其应用范围．

为了提高不锈钢致密度和改善物理性能，通常在不锈钢的制备过程中添加某些低熔点的烧结助剂，如铜、硼、硅、铝、钼和镍等助剂，通过其在烧结时形成的液相，可以使不锈钢的孔隙度大大地降低，从而提高不锈钢的致密度和力学性能[7-9]．硼作为烧结助剂已广泛应用于不锈钢的液相烧结改性中，其化合物FeB，NiB，CrB2，Cr3B2和BN等与不锈钢均有较好的润湿性，可降低表面能，且烧结产生的液相可提高质量传递速率、活化烧结[10]．FeCrBSi是一种添加有B和Si等元素的铁基预合金粉末，其自熔性和润湿性能好，具有优良的耐磨性和坚韧性，生产成本低廉，在烧结时易形成液相而填充不锈钢颗粒间的孔隙，从而提高不锈钢的致密度和硬度，使得其有很大的应用优势[11]．因此，本实验在304L不锈钢基体中添加一定量的FeCrBSi铁基预合金粉末作为烧结助剂，利用烧结时产生的液相来改善MIM法制备的304L不锈钢(MIM 304L)的烧结性能，降低MIM 304L不锈钢的生产成本．

1 试验部分

1.1 粉末性能与形貌

实验原料为普通304L不锈钢粉末和FeCrBSi预合金粉末．FeCrBSi预合金粉末采用高压水雾化法生产，其作为烧结助剂，硬度为44 HRC、熔融温度为1200 ℃，成分列于表1．

表1 FeCrBSi预合金粉末组成成分

Table 1 Composition of FeCrBSi prealloyed powder

成分CCrSiBNiFe含量w/%0.1114.321.711.3813.22余量

用BT-9300S型激光粒度分析仪测试原料粉末的粒径及粒径分布、HY-100型粉体密度仪测量振实密度、ON-1000型氧氮分析仪分析氧含量、用JXA-8100型扫描电子显微镜观察表面形貌．304L与FeCrBSi的粉末物理性能列于表2，表面形貌如图1所示．

表2 304L与FeCrBSi粉末的物理性能

Table 2 Physical properties of 304L and FeCrBSi powder

粉末粒径分布/μmD10D50D90平均粒径/μm振实密度/(g·cm-3)氧含量/(mg·L-1)304L粉末2.4169.00025.17013.8104.9503413FeCrBSi预合金粉末7.45016.74027.45017.1005.100835

图1 304L (a)与FeCrBSi (b)粉末的表面形貌图 Fig.1 Surface morphology of 304L (a) and FeCrBSi (b) powder

1.2 实验方法

首先将原料粉末用POM系塑基粘结剂混炼成为喂料，然后在亘易隆MIM88型注塑机上注射成50 mm×10 mm×5 mm的方条，其中注射温度为190 ℃、压力为90 MPa.然后在星特烁STZ-C300L型脱脂炉中进行催化脱脂，脱脂温度为120 ℃、时间4 h，脱脂率为7.9%.最后脱脂坯在恒普VM40/40/150型真空烧结炉中烧结，烧结温度为1340 ℃、保温时间2 h．

由表3可知，FeCrBSi添加量为7%时试样发生变形，无法进行同一条件下标准的力学试验，其余不同添加量的试样指标均能满足304L不锈钢标准，烧结件的耐腐蚀性能也得到少许提升，但差异不大．当FeCrBSi添加量为3%时，试样的屈服强度、抗拉强度及断后伸长率均表现优异．

由此可知，在1340 ℃烧结温度下加入的FeCrBSi预合金粉末与304L不锈钢发生了液相共晶反应，其液相和铁的互溶性很低，包围在固相晶粒周围形成了典型的超固相线液相烧结(Supersolids Liquid Phase Sintering， SLPS)[12]．SLPS是将完全预合金化的粉末加热至固线相与液相线之间某一温度，使每个预合金粉末的颗粒表面、晶界处及晶粒内部均形成液相．液相对固相有润湿作用，且由于毛细管力的作用，液相能够迅速扩散至颗粒接触区或颗粒内的晶界处，使晶粒间及晶粒内部发生粘性流动的晶粒重排．与此同时，奥氏体晶粒开始在液相中发生溶解-析出，颗粒表面曲率较大的地方将优先溶解，通过液相流动传质，在大颗粒凹陷处或孔隙处再析出来，达到快速传递物质的目的，从而使304L不锈钢迅速致密化．

2 结果与讨论

2.1 显微组织的影响

传统课堂上推行的“填鸭式”教学不容许学生对书本知识持怀疑态度，默不作声的听讲也能够获得高分.但是，不怀疑不能见真理，这对高中化学的学习同样适用.要引起学生对实验探究的兴趣，就应当想方设法创设各类问题情境.为了在实验探究时迁移学生知识，所设计的问题应当环环相扣，由浅入深，让学生在享受成功的喜悦中去探索、验证问题.

图2为不同添加量FeCrBSi对304L不锈钢试样显微组织的影响．从图2可以看出：当FeCrBSi添加量为1%时，孔隙较多不规则，且大都分布在晶界处，这是由于烧结试样中液相量较少导致的；随着添加量的增加，液相在晶界处、气孔-晶粒边界处及颗粒接触处迅速发生扩散，孔隙由不规则形状逐渐球化且孔隙度明显减少，晶粒开始长大；当FeCrBSi添加量增大到7%时，孔隙进一步球化，但晶粒出现异常长大的现象，表现为大晶粒吞并小晶粒，显微组织粗化．

图2 不同FeCrBSi添加量的304L烧结试样的显微组织 (a) 0；(b) 1%；(c) 3%；(d) 5%；(e) 7 % Fig.2 Microstructure of sintered 304L with different FeCrBSi addition

用ZMD-2型电子密度计，采用排水法测量烧结试样的烧结密度；用Leica DM4000型显微镜，对烧结试样的横截面进行孔隙度测试；用DM400M型金相显微镜，对烧结试样进行显微组织分析；用HR-150A型洛氏硬度计，测量试样的硬度(HRB)．

2.2 烧结密度和孔隙度的影响

对不同添加量FeCrBSi的烧结试样进行相关力学性能及盐雾试验测试，其中耐腐蚀性测试条件为温度35 ℃下5%的NaCl中性盐雾，测试结果列于表3．

图4为FeCrBSi添加量对304L不锈钢硬度的影响．从图4可见，随着FeCrBSi添加量的增加，烧结试样的硬度呈现先增加后降低的趋势．在添加量为3%时出现一个峰值，硬度达到最大值75 HRB．而随着添加量继续增加，硬度却开始下降，在添加量为7%时硬度急剧降低，只有60 HRB．这是因为在FeCrBSi添加量低于3%时，硬度的变化主要与试样的致密度有关，硬度会随着其致密度的上升而提高，故FeCrBSi添加量增大会有利于硬度的提升，同时FeCrBSi中的大量高硬质相，如Cr7C3(1450 HV)，Fe2B(1290～1680 HV)和CrB2 (1800 HV)等化合物，也可进一步提高烧结硬度；而当FeCrBSi添加量高于5%，此时虽然致密度增加，但由于液相量过多，晶粒开始长大变粗，致使硬度降低．

图3 不同添加量的FeCrBSi对304L烧结密度和孔隙度的影响 Fig.3 Effects of different amounts of FeCrBSi addition on sintered density and porosity of 304L

当FeCrBSi添加量为1%时，试样烧结密度变化不大，孔隙较多，这是因为这时液相相对较少，表现为密度提高不大；随着添加量的增大，烧结密度提高显著，孔隙度逐渐降低，这是由于随着FeCrBSi添加量的增加，产生的液相越来越多，其几乎完全包覆在固相晶粒周围，从而使试样的致密度有较大提高，烧结密度明显提高；而当FeCrBSi添加量增至7%时，烧结密度大幅提高，但此时样品出现了一些熔融变形，且试样表面变得粗糙，这是因为形成的液相过多，颗粒致密化速度过快，且由于高温下液相中的小颗粒不断溶解，在大颗粒凹陷处不断析出，从而使大颗粒长得过大，出现烧结变形．

2.3 硬度的影响

随着财务会计与管理会计的有效结合，会计工作环境也会发生相应的变化，基于这种变化，企业要注重会计人员的培训。一方面，要加强会计人员对财务会计与管理会计方面知识的学习，使其了解财务会计与管理会计的特征，提高其专业知识水平；另一方面，要强化能力的培养，定期开展培训，有针对性地提高会计工作人员的实务能力，进而更好地服务企业发展。作为会计人员，更要主动去学习新知识、新方法、新技术，根据财务会计与管理会计工作特点来开展相应的工作，进而提高会计工作效率。

图4 不同添加量的FeCrBSi对304L烧结硬度的影响 Fig.4 Effects of different amounts of FeCrBSi on sintered hardness of 304L

2.4 力学性能及耐腐蚀性能的影响

当FeCrBSi添加量分别为0，1%，3%，5%和7 %时，对MIM 304L不锈钢试样烧结性能的影响进行了研究．图3为不同添加量FeCrBSi对304L试样的烧结密度和孔隙度的影响．从图3可见，在1340 ℃烧结温度下，烧结密度随着FeCrBSi添加量的增加而提高，分别为7.69，7.74，7.80，7.85和7.89 g/cm3，而孔隙度则反之，表明FeCrBSi的添加对试样在较低温度下烧结时的致密度有增强作用．

表3 304L烧结件的力学性能及耐腐蚀性

Table 3 Mechanical properties and corrosion resistance of 304L sintered parts

w(FeCrBSi)/ %烧结密度 /(g·cm-3)硬度(HRB)屈服强度Rp0.2/(N·mm-2)抗拉强度Rm/(N·mm-2)断后伸长率A/ %耐腐蚀性时间/h07.69671513973314217.74711994064216137.80752044475518557.85721934024518577.8960———72

李树化的钢琴曲《钱塘江幻想曲》谱写于1934年，这在他的手稿上写得非常明确。乐谱右上角的“一九三四，西湖”这几个字虽然曾被用笔画掉，但字迹仍明晰可见。

3 结 论

(1)在304L不锈钢基体中添加了1%～7%的FeCrBSi作为烧结助剂，在烧结温度为1340 ℃时，试样的烧结密度随着FeCrBSi添加量的增加而升高，但孔隙度逐渐降低．当添加量为3%～5%时，烧结密度达到7.80～7.85 g/cm3．

以住的语文课堂教学方式都比较单一，教师在讲台上讲课，学生被动接收，课堂上很少有信息的交流，都是教师一直的“灌输”，教师讲什么学生只能被动地增收。这样一来学生自主学习的能力就会被弱化，没有交流，一些不同的意见和观点也会被一致化，即只有教师教的才是对的。这样的教学结果也可想而知。

(2)预合金粉FeCrBSi与304L发生了液相共晶反应，即超固相线液相烧结，液相的增加有利于烧结致密化，但当添加量增至7%时，过多的液相会使晶粒长大，烧结试样出现变形．

(3)烧结硬度随着其致密度的上升而提高，在FeCrBSi添加量为3%时达到最大值75 HRB，而高于5%时由于晶粒长大变粗，硬度呈下降趋势．

(4)当FeCrBSi添加量为3%时，304L的屈服强度、抗拉强度及断后伸长率均表现优异．

定植方式和穴距对露地辣椒农艺性状和产量的影响………………………… 崔聪聪，王秀芝，曲宝茹，张晓梅，孟令强，李 杰（99）

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