本發(fā)明屬于鋼材料，具體涉及一種基于注射成型制備奧氏體時效鋼的方法。

背景技術(shù)：

1、奧氏體時效鋼是指在固溶處理后，通過時效處理（即在一定溫度下保持一段時間）來提高其強度和硬度的一類合金鋼；這類鋼材在固溶狀態(tài)下具有良好的塑性和韌性，經(jīng)過時效處理后，通過析出強化機制顯著提高其力學(xué)性能。奧氏體時效鋼是具有高強韌性和良好焊接性的合金鋼，因其優(yōu)異的力學(xué)性能和良好的加工性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、化工設(shè)備、能源等領(lǐng)域。金屬注射成型是將現(xiàn)代塑料注射成型技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門新型粉末冶金技術(shù)，一般可以制成粉的金屬或合金均可利用金屬注射成型技術(shù)加工，其廣泛適用于生產(chǎn)小型、三維復(fù)雜形狀以及具有特殊性能要求的制品。

2、中國專利（專利號為cn108907212b）公開了一種基于注射成型制備馬氏體時效鋼的方法，通過將原料粉末預(yù)制為霧化合金粉末與羰基合金粉末，重要元素co位于霧化合金粉末中，co被其他元素包裹，在硝酸催化脫脂時，可以避免硝酸腐蝕co，減小催化脫脂時催化劑對co的影響，可以有效解決現(xiàn)有技術(shù)中采用硝酸催化脫脂所帶來的副面影響，最終制備得到的產(chǎn)品的性能更加優(yōu)異。但是現(xiàn)在技術(shù)中奧氏體時效鋼依舊存在密度不高，抗拉強度、屈服強度和延伸率等力學(xué)性能不佳，同時硬度較低等問題，限制其使用場景。

3、因此，如何通過對奧氏體時效鋼的原料組分進行優(yōu)化處理，在提高奧氏體時效鋼的密度同時，增加其力學(xué)性能和硬度，成為了需要重點攻克的方向。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于注射成型制備奧氏體時效鋼的方法，旨在解決現(xiàn)有奧氏體時效鋼的密度不高，抗拉強度、屈服強度和延伸率等力學(xué)性能不佳，同時硬度較低等問題。

2、本發(fā)明使用硫碳-鉬復(fù)合粉末、氮-鎳復(fù)合粉末和硼磷-鉻復(fù)合粉末等改性原料，配合硅粉、錳粉和鐵粉等組分，通過注射成型獲得奧氏體時效鋼，在提高奧氏體時效鋼材料的密度同時，增加其力學(xué)性能和硬度。

3、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

4、本發(fā)明提供一種基于注射成型制備奧氏體時效鋼的方法，包括以下步驟：

5、步驟s1：將組分鉬粉、鎳粉、鉻粉、硅粉、錳粉和鐵粉混合后進行霧化處理，得到粒徑d50為6.5~8.5μm的霧化合金粉末；

6、步驟s2：將所述霧化合金粉末和聚甲醛混合進行密煉，密煉均勻后進行破碎得到粒狀喂料；

7、步驟s3：使用注射成型機將所述粒狀喂料注射成型，獲得粗坯；

8、步驟s4：將所述粗坯進行硝酸催化脫脂處理，獲得脫脂坯；

9、步驟s5：將所述脫脂坯進行燒結(jié)處理，獲得燒結(jié)坯；

10、步驟s6：將所述燒結(jié)坯進行熱處理，獲得奧氏體時效鋼；

11、所述組分以重量份計包括：2~3份的鉬粉、10~14份的鎳粉、16~18份的鉻粉、0.8~1份的硅粉、1.5~2份的錳粉和61.9~69.6份的鐵粉；所述鉻粉為硼磷-鉻復(fù)合粉末；所述硼磷-鉻復(fù)合粉末的制備方法包括：以重量份計，將2~4份五硼酸銨、1~2份硼酸、8~10份磷酸和0.5~0.8份十六烷基三甲基溴化銨加入到20~25份去離子水中攪拌1~2h，置于氬氣氛圍下，在180~185℃的條件下反應(yīng)10~12h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻到室溫，加入1~2份水合肼攪拌1~2h，然后離心得到上清液，將上清液冷凍干燥，得到硼摻雜磷量子點；將48~50份鉻粉和0.12~0.14份硼摻雜磷量子點混合均勻，置于氫氣氛圍下，在950~980℃的條件下處理2~4h，冷卻后得到硼磷-鉻復(fù)合粉末。

12、硼磷-鉻復(fù)合粉末中的磷量子點可以促進基體材料中細小、彌散分布的第二相粒子的析出，細小的第二相粒子可以有效地阻止位錯的滑移，從而提高奧氏體時效鋼的硬度。

13、以下作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，但不作為對本發(fā)明提供的技術(shù)方案的限制，通過以下優(yōu)選的技術(shù)方案，可以更好達到和實現(xiàn)本發(fā)明的目的和有益效果。

14、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s1所述鉬粉為硫碳-鉬復(fù)合粉末；所述硫碳-鉬復(fù)合粉末的制備方法包括：以重量份計，將6~8份l-胱氨酸鹽酸鹽和3~4份間苯二胺加入15~20份去離子水中，在160~180℃的條件下水熱反應(yīng)8~10h，反應(yīng)完成后離心，收集上清液；將10~12份所述上清液和2~4份聚丙烯酸加入15~20份去離子水，在45~50℃條件下攪拌8~10h，冷凍干燥，得到硫修飾碳量子點；將20~25份七鉬酸銨加入到100~120份去離子水中充分溶解，然后加入0.1~0.2份所述硫修飾碳量子點混合均勻，再加入0.01~0.03份一水檸檬酸和0.02~0.04份聚乙二醇，攪拌1~2h得到混合液，用甲酸將混合液的ph調(diào)為3~4，在60~80℃的條件下攪拌32~35h，得到硫碳-鉬溶膠；將所述硫碳-鉬溶膠在170~190℃的真空條件下保溫8~10h，得到硫碳-鉬溶凝膠；將所述凝膠在研磨皿中研磨成粉狀，過篩后進行氫氣還原處理，得到硫碳-鉬復(fù)合粉末。

15、優(yōu)選地，所述氫氣還原處理包括：以純度為99.99%的流動氫氣為還原載氣，氫氣流量為460~480ml/min，在840~850℃的條件下還原1~2h后，隨爐冷卻，得到硫碳-鉬復(fù)合粉末。

16、硫碳-鉬復(fù)合粉末通過將七鉬酸銨溶液和碳量子點混合，制備均勻的溶膠，然后通過凝膠化和熱處理制備復(fù)合粉末；在溶膠-凝膠過程中，通過化學(xué)反應(yīng)使碳量子點在鉬金屬基體中原位生長，實現(xiàn)碳量子點在鉬金屬基體中的均勻分散，減少團聚現(xiàn)象,同時硫修飾的碳量子點具有更多的活性官能團，有利于與其他分子或材料發(fā)生反應(yīng)，提高材料的致密性，另外碳量子點與鉬金屬基體之間的化學(xué)鍵合可以增強界面結(jié)合力，提高材料的整體密度。

17、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s1所述鎳粉為氮-鎳復(fù)合粉末；所述氮-鎳復(fù)合粉末的制備方法包括：以重量份計，將2~4份2-疊氮咪唑加入12~16份四氫呋喃中充分溶解，然后加入3~4份聚乙烯亞胺，在60~65℃的條件下反應(yīng)20~24h；反應(yīng)完成后加入1~2份去離子水，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋干四氫呋喃，再用乙酸乙酯萃取，水相溶液透析處理8~10h，濾膜過濾，濾液冷凍干燥，得到氮量子點；將5~8份硅烷偶聯(lián)劑kh550加入100~120份無水乙醇中攪拌10~20min，然后加入50~60份鎳粉，在50~60℃的條件下攪拌30~40min，過濾，洗滌，得到改性鎳粉；將20~28份所述改性鎳粉和0.1~0.2份氮量子點加入到100~120份去離子水中，進行等離子球化處理，干燥得到氮-鎳復(fù)合粉末。

18、優(yōu)選地，所述等離子球化處理的振蕩頻率為4~5mhz、等離子體陽極功率為20~22kw、送粉量為40~45g/min，載氣為氮氣、送氣量為0.3~0.4m3/h，邊氣為氬氣、送氣量為4~5m3/h，中心氣為氬氣、送氣量為1.2~1.5m3/h。

19、氮-鎳復(fù)合粉末中的氮量子點可以作為形核中心，促進奧氏體在冷卻過程中的細化，從而形成更細小的晶粒結(jié)構(gòu)，通過更小的晶粒尺寸減少位錯運動的空間，增加材料的力學(xué)性能；同時氮量子點通過固溶作用可以阻礙位錯的移動，并基于尺寸差異產(chǎn)生晶格畸變，進而增強奧氏體時效鋼的抗拉強度、屈服強度和延伸率。

20、優(yōu)選地，步驟s2中所述聚甲醛的加入量為霧化合金粉末質(zhì)量的8.9~9.2％。

21、優(yōu)選地，步驟s3中所述注射成型的條件：射嘴溫度為188~190℃，第一段溫度為178~180℃，第二段溫度為168~170℃，第三段溫度為158~160℃；注射壓力為95~100bar，注射速度為10~30cm3/s，保壓壓力為95~100bar，保壓速度為10~30cm3/s，保壓時間為1~5s。

22、優(yōu)選地，步驟s4中所述硝酸催化脫脂處理包括：采用濃度質(zhì)量分數(shù)為95％的濃硝酸在催化脫脂爐中脫脂，濃硝酸使用量為4~5g/min，催化脫脂溫度為90~130℃，采用氮氣作為保護氣體，氮氣供給量為40~50l/min。

23、優(yōu)選地，步驟s5中所述燒結(jié)處理包括：采用氬氣作為保護氣體，氬氣供給量為25~30l/min，燒結(jié)溫度為1380~1385℃，保溫時間為120~180min。

24、優(yōu)選地，步驟s6中所述熱處理包括：先進行固溶處理，然后再進行時效處理；所述固溶處理的溫度為1150~1200℃，固溶處理的時間為1~2h，固溶處理完成后水冷，所述時效處理的溫度為880~950℃，時效處理的時間為1~3h，時效處理完成后水冷。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

26、（1）本發(fā)明中硼磷-鉻復(fù)合粉末的硼元素可以與碳硫-鉬復(fù)合粉末中的碳量子點形成碳化硼，碳化硼與奧氏體時效鋼基體之間具有良好的界面結(jié)合有助于有效傳遞載荷，避免應(yīng)力集中，從而提高材料的綜合力學(xué)性能；同時硼元素與氮-鎳復(fù)合粉末中的氮量子點結(jié)合形成氮化硼，氮化硼顆粒在奧氏體時效鋼基體中的均勻分布可以形成彌散強化效應(yīng)，有效地阻礙位錯的移動，提高材料的整體硬度。

27、（2）本發(fā)明通過將七鉬酸銨溶液和碳量子點混合，制備均勻的溶膠，然后通過凝膠化和熱處理制備復(fù)合粉末；在溶膠-凝膠過程中，通過化學(xué)反應(yīng)使碳量子點在鉬金屬基體中原位生長，實現(xiàn)碳量子點在鉬金屬基體中的均勻分散，減少團聚現(xiàn)象,同時硫修飾的碳量子點具有更多的活性官能團，有利于與其他分子或材料發(fā)生反應(yīng)，提高材料的致密性，另外碳量子點與鉬金屬基體之間的化學(xué)鍵合可以增強界面結(jié)合力，提高材料的整體密度。

28、（3）本發(fā)明中氮-鎳復(fù)合粉末的氮量子點可以作為形核中心，促進奧氏體在冷卻過程中的細化，從而形成更細小的晶粒結(jié)構(gòu)，通過更小的晶粒尺寸減少位錯運動的空間，增加材料的力學(xué)性能；同時氮量子點通過固溶作用可以阻礙位錯的移動，并基于尺寸差異產(chǎn)生晶格畸變，進而增強奧氏體時效鋼的抗拉強度、屈服強度和延伸率。

29、（4）本發(fā)明中硼磷-鉻復(fù)合粉末的磷量子點可以促進基體材料中細小、彌散分布的第二相粒子的析出，細小的第二相粒子可以有效地阻止位錯的滑移，從而提高奧氏體時效鋼的硬度。