【摘 要】
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高氮无镍奥氏体不锈钢具有优异的力学性能和耐腐蚀性能,在民用和军用产品上均有广泛应用。金属注射成型（MIM）是一种可用于大批量制备低成本高性能高氮无镍奥氏体不锈钢的先进工艺技术,具有很好的技术优势。然而目前使用粉末冶金或者金属注射成型技术制备高氮无镍奥氏体不锈钢的研究均未对渗氮过程和渗氮后的氮含量分布,氮含量对奥氏体分解的影响等进行讨论,也没有报道在线淬火和冷却气氛对MIM高氮无镍奥氏体不锈钢的组织
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目,《粉末冶金高氮无镍奥氏体不锈钢的制备、烧结渗氮机理及其扩散焊接行为研究》（51674124）
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高氮无镍奥氏体不锈钢具有优异的力学性能和耐腐蚀性能,在民用和军用产品上均有广泛应用。金属注射成型（MIM）是一种可用于大批量制备低成本高性能高氮无镍奥氏体不锈钢的先进工艺技术,具有很好的技术优势。然而目前使用粉末冶金或者金属注射成型技术制备高氮无镍奥氏体不锈钢的研究均未对渗氮过程和渗氮后的氮含量分布,氮含量对奥氏体分解的影响等进行讨论,也没有报道在线淬火和冷却气氛对MIM高氮无镍奥氏体不锈钢的组织和性能的影响等。基于此,采用气雾化Fe-Cr-Mn-Mo-N不锈钢粉末为原材料,以微晶蜡（MW）、高密度聚乙烯（HDPE）、乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）和硬脂酸（SA）为粘结剂体系,利用金属注射成型工艺制备了高氮无镍奥氏体不锈钢,并对其制备过程、组织和性能进行了研究和优化:1)烧结渗氮:研究了烧结温度（1200～1380℃）和时间（2～4 h）对MIM高氮无镍奥氏体不锈钢试样的氮含量、氮及氮化物分布、组织和性能的影响。研究表明,致密度随烧结温度的增加逐渐升高而氮含量随烧结温度的增加逐渐降低;氮和氮化物的含量随着烧结温度的升高逐渐减少;高氮含量在冷却过程中会促进奥氏体中析出氮化物并降低奥氏体的稳定性。在1200℃烧结2 h后试样可以获得最高的拉伸屈服强度（1087 MPa）和抗拉强度（1113 MPa）。在1320℃烧结2 h后可以获得具有较少铁素体和氮化物的组织及最高的伸长率（25%）和最好的耐腐蚀性能。2)固溶处理:研究了固溶处理温度（850～1150℃）和时间（1.5～3 h）对MIM高氮无镍奥氏体不锈钢氮化物析出、组织和性能的影响。研究表明,在850和950℃,氮化物主要以尺寸较大的长条状晶界和晶内氮化物为主,且其强烈地降低试样的力学性能。在1050℃下固溶处理时,主要析出细小的晶界氮化物,其可以提高试样的屈服强度而不会强烈的降低塑性;对比分析了不同温度（1200～1380℃）烧结渗氮缓冷试样在1150℃固溶处理1.5 h后的氮含量、组织和性能。结果表明,在1320℃及以下温度烧结时,固溶处理后可以获得单相奥氏体组织。当烧结温度为1320℃及烧结时间为2 h,经1150℃固溶处理后,试样具有最佳的力学性能和耐腐蚀性能。3)在线淬火和冷却气氛优化:研究了不同温度下在线淬火（750～1150℃）和冷却气氛优化（750～1320℃）对烧结渗氮试样的组织和性能的影响。研究发现,在较低温度（750和950℃）下淬火和切换为氩气气氛冷却时,试样表面层会析出铁素体和化物,不能获得单相奥氏体组织。当氩气切换温度为1320℃时,试样表面层形成大量的铁素体和析出相（σ）。而当淬火温度和氩气切换温度为1150℃时,试样整体为单相奥氏体组织,其力学和耐腐蚀性能最佳。本文全面的研究了金属注射成型高氮无镍奥氏体不锈钢的烧结渗氮、固溶处理、在线淬火工艺和冷却气氛优化,不仅为制备高性能的工程用高氮无镍奥氏体不锈钢带来了新的方法,还为工业生产低成本、组织性能可控的MIM高氮无镍奥氏体不锈钢提供了理论参考和新的途径。
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