MPIF標(biāo)準(zhǔn)35金屬注射成形零件材料標(biāo)準(zhǔn)

1、美國(guó) MPIF 標(biāo)準(zhǔn) 35-金屬注射成形零件材料標(biāo)準(zhǔn) 一、MIM零件材料標(biāo)準(zhǔn)的注釋和定義 （1） MIM材料命名 在制定MIM材料的技術(shù)規(guī)范時(shí)，MIM協(xié)會(huì)采用的牌號(hào)系統(tǒng)和 AISI-SAE相同。 之所以選用這些牌號(hào)名稱是因?yàn)?MIM零件多用于替代已在使用的相應(yīng)鍛軋材料 的制品。當(dāng)表示某種材料是用 MIM工藝制造時(shí)，應(yīng)在材料之前加“ MIM。例如， 用MIM工藝制造的316L不銹鋼，可用“ MIM316L ”來表示。 在選擇某一具體材料之前，需要仔細(xì)分析零件的設(shè)計(jì)與其最終用途， 其中包 括尺寸公差、零件設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)。另外， MIM零件的制造廠家和買方必須商定 對(duì)成品零件的最終性能要求。也可規(guī)定

2、諸如靜態(tài)與動(dòng)態(tài)負(fù)載、耐磨性、切削性及 耐蝕性之類的問題。 （2） 一些基本概念與定義 最小值概念 金屆粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)對(duì)于用于結(jié)構(gòu)零件的粉末冶金材料采用 了最小力學(xué)性能值概念。采用MIM工藝制造零件時(shí)，可用這些值作為用戶選擇具 體應(yīng)用材料的一個(gè)依據(jù)。為有助于用戶選擇材料，除最小力學(xué)性能值外，還列出 了其它性能得標(biāo)準(zhǔn)值。從而，使用戶可選擇與確定合適的 MIM材料與對(duì)具體用途 最合適的性能。提供的數(shù)據(jù)規(guī)定了材料的最小力學(xué)性能值，并列出了在工業(yè)生產(chǎn) 條件下可達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)性能值。通過較復(fù)雜的工藝過程可增強(qiáng)力學(xué)性能和改進(jìn) 其它使用性能。要選擇一種在性能與價(jià)格兩方面都可行的最佳材料，用戶與 MIM 零件制

3、造廠家一起討論零件的用途最為重要。 最小值 MIM材料的最小值，對(duì)于燒結(jié)態(tài)和（或）熱處理態(tài)的所有材料都是 用屈服強(qiáng)度（0.2%殘余變形法）、極限抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率來表示的。因?yàn)?MIM材 料的密度接近真密度，故其性能和鍛軋材料相似。 為建立本標(biāo)準(zhǔn)，所用拉伸性能都是由拉伸試樣測(cè)定的， 拉伸試樣是為評(píng)定材 MIM料專門制備的 （關(guān)于 MIM材料試樣的詳情見 MPIF標(biāo)準(zhǔn)50）。由批量生產(chǎn)的 零件切削加工的試樣或由非標(biāo)準(zhǔn)的 MIM試樣測(cè)定的拉伸性能，可能和按照 MPIF 標(biāo)準(zhǔn)50制備的試樣測(cè)定的結(jié)果不同。 在編制MIM材料的技術(shù)規(guī)范時(shí)，表明最小強(qiáng)度值的實(shí)際方法是由制造廠家 和用戶利用生產(chǎn)的第一批零件和

4、相互商定的對(duì)零件施加力的方法， 進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng) 態(tài)驗(yàn)收試驗(yàn)。例如，根據(jù)一給定零件的設(shè)計(jì)，商定破壞負(fù)荷必須大于某一給定的 力。倘若在驗(yàn)收試驗(yàn)中，超過了該規(guī)定值，就表明達(dá)到了最小強(qiáng)度值。 也可用第 一批零件在使用中進(jìn)行試驗(yàn)表明是合格的。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)斷裂負(fù)荷是分別測(cè)定的， 并要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以確定將來批量生產(chǎn)零件的最小破斷力。 將來批 量生產(chǎn)的零件只要超過了該最小力， 就表明達(dá)到了技術(shù)規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度。 也可用 拉伸試樣來證明強(qiáng)度合格。這些試樣和零件應(yīng)該是由同一批材料制造的， 并且和 零件的材料密度相同，同時(shí)是和生產(chǎn)的零件一起進(jìn)行燒結(jié)與熱處理的。 可是，實(shí) 際零件成形時(shí)產(chǎn)生的缺陷，可能會(huì)限制用拉

5、伸試樣測(cè)定的性能。倘若不采用驗(yàn)收 試驗(yàn)，為了能達(dá)到符合最小性能要求，可能需要對(duì)零件進(jìn)行補(bǔ)充質(zhì)量檢驗(yàn)， 諸如 X射線分析。 利用MPIF標(biāo)準(zhǔn)35來制定MIM材料技術(shù)條件，意味著除非買方和制造廠家 另有協(xié)議，材料將具有標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最小性能值。當(dāng)然，若用試樣來測(cè)定這個(gè)值， 試樣就應(yīng)該具有由制造廠家確定的和為在與零件生產(chǎn)相同條件下評(píng)定這類材料 專門制備的形狀與其它特性。 標(biāo)準(zhǔn)值 對(duì)于列出的每一種 MIM材料都對(duì)應(yīng)一組性能（即密度、硬度、伸 長(zhǎng)率等）的標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)于某一具體應(yīng)用，其中一些或全部性能可能都是很重要的。 對(duì)所列密度下的標(biāo)準(zhǔn)值都是用內(nèi)插法由平均力學(xué)性能 -密度曲線來確定的。力學(xué) 性能數(shù)據(jù)來源于試

6、樣的“循環(huán)”燒結(jié)和熱處理。 列出標(biāo)準(zhǔn)值只是為了一般性指導(dǎo)，不得將它們視為最小值。當(dāng)用于一般制造 工藝時(shí)，依據(jù)所選擇的零件測(cè)試區(qū)域或采用的具體制造工藝會(huì)稍有變化。 對(duì)于買 方要求的每一種材料，在制定技術(shù)條件以前都必須和 MIM 零件制造廠家對(duì)“標(biāo)準(zhǔn) 值欄”下面所列的性能進(jìn)行充分討論。 對(duì)于每一種MIM零件，除了以最小值表示 的性能外，對(duì)于所要求的性能值，都應(yīng)根據(jù)其預(yù)定用途分別規(guī)定。 化學(xué)成分 對(duì)于每一種材料的化學(xué)成分都列出了主要元素的最小與最大含 量。“其它元素”用差減法算出的，其中包括所有的其它元素（以最大含量進(jìn)行 報(bào)告）。這些元素中可能包括為特殊目的而添加的一些微量元素。 力學(xué)性能 力學(xué)性能

7、數(shù)據(jù)表明了最小性能值與標(biāo)準(zhǔn)性能值，若試樣所列的 密度與化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)這些性能值是能達(dá)到的。當(dāng)然，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中采 用的力學(xué)性能。都是要通過為材料評(píng)價(jià)特別制造的專用試樣以及在工業(yè)生產(chǎn)條件 下燒結(jié)的專用試樣進(jìn)行測(cè)定的。關(guān)于熱處理試樣的硬度值，首先給出了表觀硬度， 其次，可能的話，給出等效的顆?；蚧w硬度值。 殘留于MIM零件中孔隙對(duì)表觀 硬度讀數(shù)會(huì)有影響。以HRc所表示的基體硬度值都是由負(fù)荷為 100gf(0.981N)的 努氏顯微硬度測(cè)量值換算的。 熱處理 除奧氏體不銹鋼外，MIM材料都可進(jìn)行熱處理，以增高強(qiáng)度、硬 度及耐磨性?；咸己繛?0.3%或更高的MIM鐵基零件可以淬火硬化與回火

8、。 碳、合金元素及殘留孔隙的白分含量決定了在任何一給定的淬火條件下可淬硬的 程度。通過采用淬火可以將硬度提高到 55HRc (650HK)或更高。為了得到最佳 強(qiáng)度與耐磨性，淬火后需要進(jìn)行回火或消除應(yīng)力，回火溫度對(duì)于決定最終硬度是 一個(gè)重要因素。當(dāng)制造的MIM鐵基零件最終不含碳或含碳量低時(shí)， 可進(jìn)行表面滲 碳-淬火，以提高表面硬度和保持心部的韌性。馬氏體與沉淀硬化不銹鋼也可用 熱處理來提高硬度與強(qiáng)度。 對(duì)于MIM鐵基零件進(jìn)行熱處理和(或)滲碳推薦采用煤氣類氣余或真空處理。 為保證具有規(guī)定的含碳量，對(duì)熱處理過程必須很好地進(jìn)行控制。 大多數(shù)MIM材料 都很適應(yīng)于采用常規(guī)鍛軋材料的熱處理工藝。為使零

9、件的最終性能達(dá)到理想平 衡，建議對(duì)于任何MIM材料的熱處理工藝都要和 MIM零件的制造廠家共同制定。 表面粗糙度 MIM材料總的粗糙度與表面反射能力取決于密度、模具狀態(tài)、 顆粒大小以及后續(xù)加工。由于MIM材料的表面狀態(tài)和鍛軋材料的切削加工或磨削 加工表面不同，所以常規(guī)輪廓儀讀數(shù)給出的表面粗糙度輪廓曲線是不正確的。 顯微組織 MIM零件的顯微組織分析是一種診斷工具，可用于揭示零 MIM 件的燒結(jié)程度與對(duì)MIM工藝極為關(guān)鍵的其它冶金信息。因?yàn)橛肕IM工藝可達(dá)到高 密度，故MIM材料的顯微組織和相應(yīng)的鍛軋材料相似。 對(duì)于大部分燒結(jié)MIM材料 有幾項(xiàng)檢驗(yàn)是相同的，此簡(jiǎn)述如下： MIM材料的孔隙度一般不

10、大于 5%。只有考慮到形成缺陷時(shí)，選取 MIM零件 的特定橫截面才是重要的。粗拋光和細(xì)拋光要一直進(jìn)行到將殘余孔隙都顯露出來 為止?？紫抖鹊拿娣e白分率就意味著零件的密度。 往往首先分析于未腐蝕狀態(tài)的燒結(jié)零件。燒結(jié)正常時(shí)，在“ 200 X”下看不 到原顆粒界。孔隙呈均勻分布的、細(xì)小的、適當(dāng)圓孔的狀態(tài)者，其材料的強(qiáng)度、 塑性及沖擊強(qiáng)度就比較高。 對(duì)于MIM鋼，可根據(jù)珠光體的面積白分率比例來判斷其大致的含碳量。 體含量較少就意味著含碳量比例較低。元素銳合金化添加劑應(yīng)充分地進(jìn)行擴(kuò)散, 不要將富銳區(qū)誤判為鐵素體區(qū)。 一般應(yīng)避免表面脫碳,因?yàn)楸砻婷撎嫉脑?，硬?較低且耐磨性較差。若零件的含碳量在 0.6%

11、0.9%,則表層的含碳量低于0.6% 時(shí)就是明顯脫碳。少量的表面脫碳問題不大，但若脫碳層深度大于 0.254mm,可 能需要驗(yàn)證對(duì)功能有沒有損害了。 MIW氐合金鋼熱處理狀態(tài)通常全部為馬氏體組織。在淬硬的零件中，若出現(xiàn) 網(wǎng)狀碳化物，會(huì)使馬氏體脆化，因此，一般要避免這種情況。在零件外表層 0.127mm處含有少量碳化物一般是允許的，對(duì)于少量的殘余奧氏體和馬氏體組織 也是如此。因?yàn)闅堄鄪W氏體在使用中會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈择R氏體， 故一般要避免其白分 含量較高。 MIM不銹鋼的顯微組織一般和相應(yīng)鍛軋材料一樣均勻彌散的、 充分圓化的孔 隙表明燒結(jié)正常。晶界中的氧化物、氮化物或碳化物可能降低其性能。 珠光 在制備

12、顯微組織分析用的MIM試樣時(shí)，推薦采用下列腐蝕劑和方法。含碳的 鐵基零件通常在2%硝酸、乙醇腐蝕液中腐蝕。奧氏體不銹鋼與沉淀硬化不銹鋼 可采用glyceregia(10ml HNO3, 20ml HCl, 30ml甘油)腐蝕液中擦洗1 2min來 腐蝕，這種腐蝕液30min后就應(yīng)丟棄。 二、檢驗(yàn)方法 (1) 驗(yàn)收試驗(yàn) 大力推薦用戶與MIM零件制造廠家共同制定驗(yàn)收試驗(yàn)和(或)破壞試驗(yàn)方法， 以保證實(shí)際零件符合設(shè)計(jì)意圖，可能的話，應(yīng)將MIM零件的實(shí)際應(yīng)用情況聯(lián)系起 來，如破壞負(fù)荷、彎曲試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)等。驗(yàn)收試驗(yàn)的數(shù)據(jù)必須通過實(shí)際試驗(yàn)來 確定，建議將這類試驗(yàn)增補(bǔ)在圖紙上規(guī)定的材料技術(shù)條件中。 (2)

13、 密度 MIM材料的孔隙度一般不大于5%,因此，浸漬法不適用。一般使用的方法如 下： D=A 仃(A-C+E) 式中D 一密度，g/cm3； A一試樣在空氣中的質(zhì)量，g； c一試樣在水中的質(zhì)量，g； E一懸掛絲或筐在水中的質(zhì)量，g； 一在試驗(yàn)溫度下水的密度，g/cm3 4。 要注意：質(zhì)量A、C及E應(yīng)測(cè)量到1mg 水中必須添加0.1附國(guó)濕劑，以將稱量試樣時(shí)水的表面張力效應(yīng) 減小到最小值； 3 極限抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率 極限抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率的測(cè)定方法與常規(guī)鋼鐵材料相同。 4 表觀硬度 當(dāng)用一般壓痕硬度計(jì)測(cè)定時(shí)，MIM零件的硬度值叫做表觀硬度，這時(shí)它表示的 是基體硬度與殘余孔隙度效能

14、的綜合值。 對(duì)丁 MIM零件，殘留孔隙對(duì)硬度值的影 響很小，表觀硬度測(cè)定的是壓痕抗力。測(cè)定 MIM材料表觀硬度時(shí)要注意： 1、 規(guī)定測(cè)定區(qū)域； 2、 除去可能會(huì)因與壓頭或支承表面接觸而影響壓痕硬度讀數(shù)的任何毛刺; 3、 取五個(gè)硬度讀數(shù)的最小值； 測(cè)定時(shí)水的溫度與密度如表1所示。買賣雙方同意的話，也可用 氣體比重計(jì)測(cè)定密度。 表1水的溫度與密度的關(guān)系 溫度c 試驗(yàn)溫度卜水的密度 倒g/cm3 溫度c 試驗(yàn)溫度卜水的密度 伽g/cm3 15 0.9991 23 0.9975 16 0.9989 24 0.9973 17 0.9988 25 0.9970 18 0.9986 26 0.9968 19

15、 0.9984 27 0.9965 20 0.9982 28 0.9962 21 0.9980 29 0.9959 22 0.9978 30 0.9956 注：所列值取自 Metrolopical Handbook 145, Quality Assurance for Measurements 1990,NIST,P.9.10 和表示在空氣中于 1atm(1atm=101325Pa) 4、 取讀數(shù)的平均值； 5、 報(bào)告平均結(jié)果到最接近的整數(shù)值。 制造廠家和買方對(duì)丁每一試驗(yàn)的零件都應(yīng)商定硬度、測(cè)定方法及硬度標(biāo)度。 (5) 基體硬度(顯微硬度) 基體硬度是用顯微硬度計(jì)以努氏 (KHN或金剛石角錐硬

16、度(DPH壓頭測(cè)定 的。通過將孔隙度的影響降低到最低限度， 可測(cè)定組織的實(shí)際硬度。為了和其它 材料相比較，可將顯微硬度的測(cè)定值換算為等效的洛氏硬度值。 在將努氏硬度換算成 HRc硬度時(shí)應(yīng)注意，一般的換算圖表都基丁負(fù)荷為 500gf(4.9N)，而對(duì)丁 MIM材料，推薦的負(fù)荷為100gf(0.98N)。鑒丁熱處理的材 料會(huì)形成馬氏體、細(xì)珠光體以及貝氏體區(qū)域，故必須報(bào)告測(cè)試的相。將試樣拋光 到已顯露全部孔隙這一點(diǎn)是很重要的。 在壓頭壓入一潛隱的孔隙，則壓頭印痕的 邊緣將成曲線狀，這個(gè)讀數(shù)必須舍棄。 三、MIM材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) (1)低合金鋼 包括由預(yù)合金粉和鐵粉與其它合金元素(如 Ni、Al及C)粉末

17、的混合粉制 造的MIM材料。為獲得各種各樣的性能，每種元素添加的比例及熱處理?xiàng)l件可能 不同。合金可通過淬硬獲得很高的強(qiáng)度與適當(dāng)?shù)捻g度。 為了使表面耐磨和心部具 有韌性，含碳量較低的合金可進(jìn)行表面滲碳-淬火。 材料特性一般是燒結(jié)時(shí)合金元素進(jìn)行充分?jǐn)U散。組織均一者具有優(yōu)異的強(qiáng) 度性能。用MIM工藝可獲得高密度，因此這些材料也具有良好的韌性。 應(yīng)用 低合金鋼一般用丁輕型結(jié)構(gòu)零件，特別是經(jīng)過滲碳 -淬火處理時(shí)，它 們可用丁需要高強(qiáng)度與硬度的場(chǎng)合。 顯微組織殘余孔隙應(yīng)該很小，分布均勻并且相對(duì)圓化。燒結(jié)體的顯微組織 依據(jù)含碳量應(yīng)含有數(shù)量不同的鐵素體與共析體。 化學(xué)成分標(biāo)稱化學(xué)成分見表2,低合金鋼MIM材料

18、的性能與MIM低合金鋼 的物理-力學(xué)性能見表3。 表2 MIM低合金鋼的標(biāo)稱化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 材料牌號(hào) Fe Ni Mo C 其它 MIM-2200 余量 1.5 2.5 0.5 0.7 0.9 Si: 1.0 MIM-2700 余量 6.5 8.5 0.5 0.7 0.9 Si: 1.0 MIM-4600 余量 1.5 2.5 0.5 0.1 Si: 1.0 MIM-4605 余量 1.5 2.5 0.2 0.5 0.4 0.6 Si: 1.0 MIM-4650 余量 1.5 2.5 0.5 0.4 0.6 Si: 1.0 表3 MIM低合金鋼的物理-力學(xué)性能（美國(guó)MPIF標(biāo)準(zhǔn)35. 1

19、993-1994年版） 材料牌號(hào) （狀態(tài)） 最小值 標(biāo)準(zhǔn)值 拉伸性能 拉伸性能 密度 g/cm3 硬度（洛氏） 極限抗拉 強(qiáng)度 MPa 屈服強(qiáng)度 (0.2%) MPa 伸長(zhǎng)率（于 25.4mm 內(nèi)） % 極限抗 拉強(qiáng)度 MPa 屈服強(qiáng)度 (0.2%) MPa 伸長(zhǎng)率（于 25.4mm 內(nèi)） % 表觀 顯微 （換算的） MIM2200 燒結(jié)態(tài) 255 110 20.0 290 125 40 7.5 45HRb MIM2700 燒結(jié)態(tài) 379 267 20.0 414 255 26 7.6 69HRb MIM4600 燒結(jié)態(tài) 255 110 20.0 290 124 40 7.6 45HRb 55

20、HRc MIM4605 燒結(jié)態(tài) 380 205 11 415 255 15 7.5 62HRb MIM4605 淬火與回火 1485 1310 V 1.0 1655 1480 2 7.5 48HRb 55HRc MIM4650 燒結(jié)態(tài) 379 172 11.0 441 207 15 7.5 62HRb MIM4650 淬火與回火 1482 1310 V 1.0 1655 1482 2 7.5 48HRc （2）不銹鋼 包括由預(yù)合金分別或元素粉配制的不銹鋼制造的 MIM材料，其中包括的牌號(hào) 有奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼及沉淀硬化不銹鋼。 材料特性 由丁用MIM工藝可獲得高密度，從而提高了這些材料的

21、強(qiáng)度、韌 性及耐蝕性。應(yīng)用MIM不銹鋼有幾個(gè)牌號(hào)，每一牌號(hào)都具有特殊性能和廣闊的應(yīng) 用范圍。 1、 MIM-316L奧氏體不銹鋼：這個(gè)牌號(hào)用丁需要耐蝕性極好的場(chǎng)合，由這種 材料制造的零件都具有良好的綜合強(qiáng)度與韌性。 2、 MIM-雙相（316L）不銹鋼：所謂雙相是指這種不銹鋼具有鐵素體 -奧氏 復(fù)合組織。它和316L相比，耐蝕性相似，但表觀硬度較高，且力學(xué)性能或多或 少有所提高，這些合金都是鐵磁性的。 2、MIM-17-4PH沉淀硬化不銹鋼：在需要高強(qiáng)度與硬度的場(chǎng)合，可采用這種 牌號(hào)的不銹鋼。因含碳量低，其耐蝕性一般比400系列不銹鋼好，通過在熱處理時(shí)改變時(shí)效溫度，可獲得各種不同的性能與硬度 顯微組織 MIM材料除了具有的均勻彌散的、適當(dāng)圓化地孔隙外，其顯微組 織應(yīng)和鍛軋材料一樣，不得有原顆粒界形跡。內(nèi)部的氧化物、氮化物、