РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ГРАНУЛЯТА НА ОСНОВЕ ПОРОШКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 12Х18Н10Т ДЛЯ MIM-ТЕХНОЛОГИИ

Порошки нержавеющих сталей занимают важное место в современном материаловедении как перспективное сырье для производства высокоточных деталей сложной геометрии с минимальными допусками. Наибольшее распространение в промышленности получила технология металлопорошкового литья с применением полимерных связующих Metal Injection Molding (MIM), которая позволяет сочетать преимущества порошковой металлургии и пластического формования. Рассматриваемый метод особенно востребован при изготовлении миниатюрных компонентов ответственного машиностроительного назначения, где традиционные способы обработки оказываются экономически нецелесообразными или технологически ограниченными. Ключевыми достоинствами MIM-технологии при работе с нержавеющими сталями являются возможность достижения плотности спеченных изделий до 95 ‒ 98 % от теоретической, высокая повторяемость геометрических параметров, а также значительное сокращение механической постобработки. Особый интерес представляет применение аустенитной нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т в MIM-технологии, так как изделия на ее основе сочетают высокую коррозионную стойкость и жаропрочность, а также могут использоваться при работе в агрессивных условиях. Исследованы состав и технологические параметры получения гранулята для MIM-процесса с использованием отечественных материалов: порошки стали марки 12Х18Н10Т, полиформальдегидное связующее и технологические добавки (стеариновая кислота, пчелиный воск и полиэтилен высокого давления). Исходный порошок нержавеющей стали имеет правильную сферическую форму частиц размером от 5 до 25 мкм. Применение сканирующей электронной микроскопии, определение показателей текучести расплава термопластов, а также использование пикнометрического метода позволило изучить микроструктуру, реологические и физические свойства полученных гранулятов. Установлено, что образцы из разработанного гранулята соответствуют требованиям нормативных документов.

1. German R.M. Powder Metallurgy Science. Princeton, New Jersey, USA: Metal Powder Industries Federation, 1994:472.

2. German R.M., Bose A. Injection Molding of Metals and Ceramics. Princeton, New Jersey, USA: Metal Powder Industries Federation, 1997:414.

3. Васильев А.И., Путырский С.В., Коротченко А.Ю., Анисимова А.Ю. MIM-технология как способ изготовления точных деталей из металлопорошковых композиций, в том числе титановых сплавов. В кн.: Научно-технический журнал «ТРУДЫ ВИАМ». 2021;3:16‒27. https://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2021-0-3-16-27

4. Moghadam M.S., Fayyaz A., Ardestani M. Fabrication of titanium components by lowpressure powder injection moulding using hydride-dehydride titanium powder. Powder Technology. 2021;377:70‒79.

5. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.08.075

6. Hu K., Zou L., Shi Q., Hu R., Liu X., Duan B. Effect of titanium hydride powder addition on microstructure and properties of titanium powder injection molding. Powder Technology. 2020;367:225‒232. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.03.059

7. Askari A., Momeni V. Rheological investigation and injection optimization of Fe–2Ni–2Cu feedstock for metal injection molding process. Materials Chemistry and Physics. 2021;271:124926. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.124926

8. Пархоменко А.В., Амосов А.П., Самборук А.Р., Игнатов С.В., Костин Д.В., Шультимова А.С. Разработка отечественного порошкового гранулята со связующим на основе по-лиформальдегида для МИМ-технологии. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013;4:8‒13. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2013-4-8-13

9. Kumar A., Ashish P., Chaudhari P., Vemula P., Kanhu B. S., Nayak C., Date P. P. Effect of powder loading and testing condition on the different properties of metal injection molding parts. Materials Today: Proceedings. 2020;33(8):5492‒5497. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.309

10. Wermuth D.P., Paim T.C., Bertaco I., Zanatelli C., Naasani L.I.S., Slaviero M., Driemeier D., Tavares A.C., Martins V., Escobar C.F., Loureiro dos Santos L.A., Schaeffer L., Wink M.A. Mechanical properties, in vitro and in vivo biocompatibility analysis of pure iron po-rous implant produced by metal injection molding: A new eco-friendly feedstock from natural rubber. Materials Science & Engineering. 2021;13:112532. https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.112532

11. Tafti A.A., Demers V., Vachon G., Brailovski V. Influence of powder size on the moldability and sintered properties of irregular iron-based feedstock used in low-pressure powder injection molding. Powder Technology. 2023;420:118395. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.118395

12. Mukund B.N., Hausnerova B. Variation in particle size fraction to optimize metal injection molding of water atomized 17-4PH stainless steel feedstocks. Powder Technology. 2020;368:130‒136. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.04.058

13. Machaka R., Ndlangamandl P., Seerane M. Capillary rheological studies of 17-4 PH MIM feedstocks prepared using a custom CSIR binder system. PowderTechnology. 2018;326:37‒43. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.12.051

14. Krinitcyn M., Toropkov N., Pervikov A., Glazkova E., Lerner M. Characterization of nano/micro bimodal 316L SS powder obtained by electrical explosion of wire for feedstock application in powder injection molding. Powder Technology. 2021;394:225‒233.

15. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.08.061

16. García C., Martín F., Herranz G., Berges C., Romero A Effect of adding carbides on dry sliding wear behaviour of steel matrix composites processed by metal injection moulding. Wear. 2018;414-415:182‒193. https://doi.org/10.1016/j.wear.2018.08.010

17. Charpentier N., Barrière T., Bernard F., Boudeau N., Gilbin A., Vikner P. Procedia. PIM-like EAM of steel-tool alloy via bio-based polymer. Procedia CIRP. 2022;108:477–482. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.04.077

18. Liu Y., Pan Y., Sun J., Wu X., Zhang J., Kuang F., Lu X. Metal injection molding of high-performance Ti composite using hydride-dehydride (HDH) powder. Journal of Manufacturing Processes. 2023;89:328‒337.

19. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.01.064

20. Thavanayagam G., Swan J. E. A new model for predicting the flow properties of Ti‒6Al‒4V‒MIM feedstocks. Powder Technology. 2022;401:117306. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.117306

21. Dawari C.K., Haq I, Mönkkönen K., Suvanto M., Saarinen J.J. Reduced sliding friction on flat and microstructured metal injection molded (MIM) WC-Co hard metals with MoS2 composite lubricants. Tribology International. 2021;160:107020. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.107020

22. Zhao Z., Liu R., Chen J., Xiong X. Additive manufacturing of cemented carbide using analogous powder injection molding feedstock. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2023;111:106095. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2022.106095

23. Zhang Y., Ma R., Feng S., Cheng L., Davies P.A., Yu P. Microstructures and magnetic properties of Fe-35%Co alloy fabricated by metal injection molding Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2020;497:165982. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.165982

24. Ma R., Chang L., Dong Y., Ye S., Si J., Yao K., Yu P. Magnetic properties of soft magnetic composites fabricated by injection molding of bimodal amorphous Fe73Si11B11C3Cr2 and crystalline Fe50Co50 powders. Powder Technology. 2022;397:116986.

25. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.11.030

26. Naranjo J.A., Berges C., Campana R., Herranz G. Rheological and mechanical assessment for formulating hybrid feedstock to be used in MIM & FFF. Results in Engineering. 2023;19:101258. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101258

27. Пархоменко А.В., Амосов А.П., Самборук А.Р. Развитие применения металлических порошков для MIM-технологии. В кн.: Высокие технологии в машиностроении: Материалы XXI Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Самара: изд. Самарского гос. техн. ун-та. 2024:285–289.