高氮奧氏體不銹鋼的早期發(fā)展多以鑄造技術(shù)為基礎(chǔ),即在金屬的熔融狀態(tài)下加入氮。由于氮在鐵水中的溶解度較低,因此需要使用較高的氮分壓,才能在鋼水中溶解足夠的氮。但這種方法需要使用昂貴的高溫高壓設(shè)備,具有一定的危險(xiǎn)性,阻礙了產(chǎn)業(yè)化推廣。
與此相比,氮在奧氏體中的固溶度遠(yuǎn)高于在鐵水中的固溶度,因此不銹鋼粉末在低壓下為固態(tài)時(shí)可以滲入更多的氮。這使得粉末冶金工藝成為一種更經(jīng)濟(jì)有效的高氮奧氏體不銹鋼制造方法。此外,采用粉末冶金技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的近凈形,減少后續(xù)加工,獲得比鑄造更均勻的組織和性能。
金屬注射成型技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域由注射成型工藝引入的一種新型近凈成型技術(shù)。在金屬注射成型過程中,首先選擇符合要求的金屬粉末和聚合物結(jié)合劑,然后在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下混合擠出,生產(chǎn)出均勻的粒狀飼料。其次,通過注射成型,將原料以熔融狀態(tài)注入模具型腔,形成坯體。最后,通過脫脂工藝去除生坯中的粘結(jié)劑,然后燒結(jié)得到致密的金屬制品。燒結(jié)后成品密度可達(dá)理論密度的96%~98%,力學(xué)性能接近鍛件材料。
金屬注射成型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以以極低的成本大批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜的精密金屬零件?,F(xiàn)在可以使用MIM技術(shù)制造高氮無鎳不銹鋼產(chǎn)品。目前業(yè)界應(yīng)用最廣泛的采用MIM技術(shù)制造的高氮無鎳不銹鋼是PANACEA。其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:碳≤0.2%、氮≥0.65%、鉻16.5%~17.5%、鎳≤0.1%、鉬3.0%~3.5%、錳10%~12%、硅≤0.1%,余量為鐵。產(chǎn)品原粉含氮量不超過0.3%,通過燒結(jié)工藝可將含氮量提高到0.65%以上,最終可制成性能良好的高氮無鎳奧氏體不銹鋼獲得。這種不銹鋼雖然性能優(yōu)異,但仍存在量產(chǎn)的技術(shù)壁壘。例如,這種材料中的氮是在燒結(jié)過程中滲入的,其含氮量的控制涉及對(duì)滲氮過程熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的理解;不銹鋼中氮的狀態(tài)與材料的熱處理工藝有關(guān);因?yàn)椴煌瑥S家使用的燒結(jié)爐不同,所以需要在生產(chǎn)初期充分驗(yàn)證最佳的燒結(jié)條件。這些因素都增加了這種材料穩(wěn)定生產(chǎn)的難度。
采用金屬注射成型技術(shù)制造的高氮無鎳不銹鋼比傳統(tǒng)的奧氏體不銹鋼具有更高的強(qiáng)度和硬度,優(yōu)異的耐腐蝕性能,無磁性。是制造電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的優(yōu)良材料。