Optimization of the Sintering Parameters for Materials Manufactured by Powder Injection Molding

Abstract

The properties of sintered and heat-treated steels produced from the Catamold 8740 material by powder injection molding were examined. Parts made of the Catamold 8740 low-alloy mild carbon steel are used in the military, automotive, and other industries where high reliability and resistance to dynamic loads are required. The Catamold 8740 chemical homogeneity was studied as a function of powder injection molding parameters: heating rate, sintering temperature, holding time, and subsequent heat treatment. Microscopic analysis showed that Catamold 8740 was a mechanical mixture of powders in various sizes (carbonyl iron, nickel, Fe-Mo, Fe-Cr, Fe-Si-Mo, Fe-Si). When the heating rate of the Catamold 8740 powder mixture increased from 2 to 5 °C/min, the microstructural heterogeneity caused by uneven compaction decreased and the alloy formation process activated at 900-1340°C. The impact strength of Charpy V-notch test samples changed from 10.39 to 11.52 J/cm 2 with higher sintering temperature and heating rate increasing from 2 °C/min (1270°C) to 5 °C/min (1340°C). When holding time increased from 30 to 90 min at a sintering temperature of 1340°C, the material became denser, the pores rounded, and the ferrite matrix homogeneous. However, the impact strength decreased by a factor of 1.4 because of coarser grain sizes and brittle fracture. Heat treatment processes reduced the impact strength after sintering. The results obtained were used to optimize the powder injection molding parameters. The influence of chemical and dimensional inhomogeneity of the starting Catamold 8740 powders and sintering kinetics on the structure and mechanical properties of parts operating under impact loads was established.

The use of self-fluxing alloys as a source of alloying elements in producing powder products of construction purpose from low-alloyed iron

“…Як показано в роботах [15], [16], одним із перспективних матеріалів для отримання порошкових матеріалів на основі заліза для виробів спеціального призначення є сплав заліза легованого нікелем, молібденом, тому вивчались умови отримання порошкових матеріалів із заліза, легованого нікелем, хромом, вуглецем, міддю. Як вихідні матеріали використовували порошки карбонільного заліза, а як джерело легувальних елементів -порошок СФС.…”

Вплив Термообробки На Напружено-Деформований Стан Матеріалів, Отриманих За Технологією Інжекційного Лиття Порошку

“…У роботах [3][4][5] встановлено вплив хімічної та розмірної неоднорідності вихідних порошків "Catamold 8740" та кінетики спікання на формування структури та механічні властивості деталей, що працюють в умовах ударних навантажень. Показано, що зі збільшенням швидкості нагрівання пресовок порошкової суміші "Catamold 8740" від 2°С/хв до 5°С/хв зменшується неоднорідність мікроструктури, що зумовлена локально неоднорідним ущільненням та активується сплавоутворення при температурах 900°С -1340°С.…”

“…Ударна в'язкість, визначена за методом Шарпі з V-подібним надрізом зі збільшенням температури спікання та швидкості нагріву від 2°С/хв (1270°С) до 5°С/хв. (1340°С) зростає від 10,39 Дж/см 2 до 11,52 Дж/см 2 [3]. Встановлено, що збільшення часу витримки за температури спікання 1340°С від 30 до 90 хв призводить до зменшення ударної в'язкості в 1,4 рази, що пов'язано зі збільшенням розміру зерен [4].…”