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CN118064805A - 一种注射成型材料、制得的具有超高屈服强度的马氏体时效钢及其应用 - Google Patents

一种注射成型材料、制得的具有超高屈服强度的马氏体时效钢及其应用 Download PDF

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CN118064805A
CN118064805A CN202310009273.1A CN202310009273A CN118064805A CN 118064805 A CN118064805 A CN 118064805A CN 202310009273 A CN202310009273 A CN 202310009273A CN 118064805 A CN118064805 A CN 118064805A
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CN
China
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injection molding
maraging steel
molding material
hours
heat treatment
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陈新国
方池强
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Huijin Atomizing Science Co ltd
Original Assignee
Huijin Atomizing Science Co ltd
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Abstract

本发明属于粉末冶金材料及智能制造技术领域，涉及一种金属材料，特别涉及一种注射成型材料、制得的具有超高屈服强度的马氏体时效钢及其应用。一种注射成型材料，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 16.5~19wt%，Co 8.5~15wt%，Mo 5.6~8wt%，C≤0.03wt%，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。该材料具有优异塑性，在这一成分范围内，可调整出屈服强度分别大于1800MPa、1900MPa、2000MPa的超高强度钢。本发明所述的马氏体时效钢可应用于航空航天、医疗器械，特别是“3C”智能穿戴设备中既需高强度、又需轻量化设计的应用场景。

Description

一种注射成型材料、制得的具有超高屈服强度的马氏体时效 钢及其应用
技术领域
本发明属于粉末冶金材料及智能制造技术领域，涉及一种金属材料，特别涉及一种注射成型材料、制得的具有超高屈服强度的马氏体时效钢及其应用。
背景技术
金属注射成形(Metal Injection Molding，简称MIM)是一种从粉末冶金、塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术。近年来，该技术发展为最大限度地提高固体粒子的含量并且在随后的烧结过程中完全除去粘结剂并使成形坯致密化。金属注射成形的基本工艺步骤是：首先是选取符合MIM要求的金属粉末和粘结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，经制粒后在注射成形，获得的成形坯经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品。
MIM对原料粉末要求较高，粉末的选择要有利于混炼、注射成形、脱脂和烧结，而这往往是相互矛盾的，对MIM原料粉末的研究包括：粉末形状、粒度和粒度组成、比表面等。
烧结是MIM工艺中的最后一步工序，烧结消除了粉末颗粒之间的孔隙.使得MIM产品达到全致密或接近全致密化。金属注射成形技术中由于采用大量的粘结剂，所以烧结时收缩非常大，其线收缩率一般达到13％－25％，这样就存在一个变形控制和尺寸精度控制的问题。
近年来，金属粉末注射成型(Metal Powder Injection Molding，简称MIM)制品涉及的相关产品主要是3C、汽车、航空航天等诸多工业领域关键零部件。当前，MIM行业新材料的研发以特种不锈钢、钛合金和超高强度钢等合金为重点，应用则向汽车(包括新能源汽车)、医疗(包括植入物)、航空和特种五金等高端领域逐步发展。
据报告，列出的10大先进制造技术中，将MIM列为第二大技术，且发展成熟度远高于列在第一位的增材制造(AM)技术，预示着MIM产业在全球范围内将继续蓬勃发展。而超高强度钢作为未来装备部件轻量化设计和节能减排的首选材料，其MIM制备工艺及新材料的开发也具有重要的军事意义和商业应用价值。
马氏体时效钢作为超高强度钢中最重要的一种材料，由于具有高强度、高韧性以及良好的焊接性被广泛的应用于航空航天、海洋开发以及军事领域。然而，在涉及到抗拉强度在2000MPa以上，同时延伸率大于5％的热烧结超高强度钢时，特别是18Ni系列马氏体时效钢，如C200，C250，C300，C350等，虽然用铸造，锻造等加工方式，可以获得性能优异材料，18Ni(350)或称C350，具有是否优良的机械性能，其屈服强度达到2400MPa。
但是，由于18Ni系列马氏体时效钢基体中含Al，Ti等高氧化性元素，与铸造、锻造等制备工艺不同，在以粉末技术为基础的注射技术中存在大量问题：(1)如粉末生产中氧化。由于粉体的比表面积大，可达铸造、锻造材料的1000～10000倍，如果形成的氧化物在高温烧结中不可还原，则将成为超高强度钢基体中十分敏感的夹杂缺陷，大幅度削弱材料性能；(2)金属粉末在喂料密炼制作、注射、酸脱脂等工艺中都处于不同程度的强氧化环境，会进一步加速粉末的工艺氧化。而正是这种注射成型工艺不可避免的工艺特征引起的材料过渡氧化，造成18Ni系列马氏体时效钢主要强化元素Al，Ti的作为金属简化合物形成元素的损耗，并在材料基体中形成氧化物夹杂，最终导致18Ni系列马氏体时效钢的MIM相关制品难以满足超高强度和高塑性的标准要求。引起这一问题的主要原因有以下4点：
1，18Ni系列马氏体时效钢，特别是抗拉强度大于2000MPa的马氏体时效钢，对钢中C、O以及N的含量要求苛刻，而MIM技术中的注塑工艺变相提高了钢中C、O以及N的含量，进而降低了材料的韧塑性；
2，18Ni系列马氏体时效钢中的强化元素Al，Ti在MIM过程中发生氧化损耗，造成材料强度的降低；
3，除马氏体组织中的晶粒度和亚结构以外，调控基体中残余奥氏体，也是增加塑性的有效途径，因此，如何通过合理的热处理工艺获得强度及塑性均满足要求的马氏体时效钢也是关键技术之一。
根据以上背景，在实际工程实践中，目前通过MIM技术成型的金属零部件难以同时达到屈服强度1800MPa以上，同时延伸率4％以上的高塑性标准。因此，通过合理的成分设计、热烧结工艺控制以及后续的热处理工艺设计可以获得超高抗拉强度、同时具有良好的塑性的注射成型烧结马氏体时效钢，进而扩展MIM制备的高强度钢在“3C”、汽车(包括新能源汽车)、医疗(包括植入物)、航空和特种五金等高端领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种注射成型材料，该材料具有优异塑性，抗拉强度大于1800MPa，且具有适宜的延伸率。
本发明还提供一种采用上述注射成型材料制成的具有超高屈服强度的马氏体时效钢。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种注射成型材料，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 16.5～19wt％，Co 8.5～15wt％，Mo 5.6～8wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。
作为优选，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 16.5～18.7wt％，Co8.5～15wt％，Mo 5.6～7.0wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。该配方下，制成的马氏体时效钢具有较高的屈服强度，高延伸率4.0-4.6％。
作为优选，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 17～19wt％，Co13～15wt％，Mo 7.0～8.0wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。该配方下，制成的马氏体时效钢具有高于2000MPa的高屈服强度。
作为优选，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 17～19wt％，Co13～15wt％，Mo 7.0～7.5wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。该配方下，制成的马氏体时效钢具有高于2000MPa的高屈服强度且适合的延伸率2.2-4.2％。进一步优选的是，该材料中Ni含量为17.5～19wt％。进一步优选的是，Ni 18.5～18.7wt％，Co 13～15wt％，Mo 7.0～7.2wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。该配方下，制成的马氏体时效钢具有高于2000MPa的高屈服强度且高延伸率4.0-4.2％。
作为优选，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 17.5～19wt％，Co10～15wt％，Mo 6.5～7.0wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。进一步优选的是，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 17.5～18.7wt％，Co11～15wt％，Mo 6.5～7.0wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。该配方下，制成的马氏体时效钢具有较高的屈服强度且高延伸率4.0-4.2％。
作为优选，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 16.5～18.5wt％，Co8.5～13wt％，Mo 5.6～6.5wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。该配方下，制成的马氏体时效钢具有适合的高屈服强度且高延伸率3.5-4.6％。进一步优选的是，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 17.0～18.5wt％，Co8.8～13wt％，Mo 5.6～6.1wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。进一步优选的是，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 16.5～18.5wt％，Co8.5～13wt％，Mo 6.1～6.5wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。
作为优选，该材料的烧结后碳含量≤0.02％。进一步优选的是，该材料的烧结后碳含量≤0.015％。进一步优选的是该材料的烧结后碳含量为0.0081％～0.0133％。
作为优选，该材料的金属粉末原料经喂料制备、注射、脱脂，1380～1395℃烧结后，材料烧结密度7.8～8.1g/cm3。该材料最高烧结密度可达到约为8.1g/cm3。进一步优选的是，材料烧结密度是7.83～7.96g/cm3。
一种由本发明所述的注射成型材料制成的马氏体时效钢。
作为优选，所述的注射成型材料的金属粉末原料经喂料制备、注射、脱脂，1380～1395℃烧结，920～1050℃、1～3小时的固溶热处理，得到马氏体时效钢。烧结时间一般根据工艺要求控制在4～6h。温度低则烧结时间短，温度高则烧结时间长。
作为优选，所述的注射成型材料的金属粉末原料经喂料制备、注射、脱脂，1380～1395℃烧结，920～1050℃、1～3小时的固溶热处理，之后进行时效热处理，时效热处理的温度范围为460～500℃，时效热处理的时间为1～8小时，得到马氏体时效钢。
作为优选，所述的注射成型材料的金属粉末原料经喂料制备、注射、脱脂，1380～1395℃烧结，920～1050℃、1～3小时的固溶热处理，然后进行深冷处理，再进行时效热处理，时效热处理的温度范围为460～500℃，时效热处理的时间为1～8小时，得到马氏体时效钢；
所述深冷处理是在零下193℃±5℃的液氮中进行深冷处理1～2小时。深冷处理的介质可以是液氮、干冰等。
一种本发明所述的马氏体时效钢在3C产品、航空产品、医疗产品制造方面的应用。
一种本发明所述的马氏体时效钢在智能穿戴设备及其零部件制造方面的应用。
本发明所述“3C产品”，是计算机类、通信类和消费类电子产品三者的统称，亦称“信息家电”。例如电脑、平板电脑、手机或数字音频播放器等。这类产品需要耐磨性能及轻量化设计，因此材料的选择具有特殊性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由本发明所述注射成型材料制成的马氏体时效钢具有超高屈服强度，其屈服强度可提高到1800～2100MPa，在保持材料的屈服强度的同时，其延伸率最高可提升至4％以上，这种材料具有充分的韧性，可避免材料在使用过程中受到意外冲击(如落)而被破坏失效。因此，适用于3C产品、航空产品、医疗产品制造方面的应用，也适用于智能穿戴设备及其零部件制造方面的应用。
附图说明
图1是实施例1制得材料的金相组织，a为烧结态材料金相，b为热处理后材料金相；
图2是对比例1制得材料的金相组织，a是18Ni300材料烧结后的大量空隙，b是18Ni300材料腐蚀后异常金相图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步优选的是具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
抗拉强度、屈服强度、延伸率的检测方法材料经注射、烧结成机械性能拉伸测试样条，根据国家金属材料拉伸试验标准GB/T228.1-2010进行检测。烧结样条直径Ф3.20±0.05，样条标长25mm；延伸率通过测量断后长度计算；抗拉强度、屈服强度通过试验机微机采集。
本发明的核心是提供一种注射成型材料，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 16.5～19wt％，Co 8.5～15wt％，Mo 5.6～8wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。该材料具有优异塑性，抗拉强度大于1800MPa，且具有适宜的延伸率。
具体优选的是，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 16.5～18.7wt％，Co8.5～15wt％，Mo 5.6～7.0wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。该配方下，制成的马氏体时效钢具有较高的屈服强度，高延伸率4.0-4.6％。
具体优选的是，该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 17～19wt％，Co13～15wt％，Mo 7.0～8.0wt％，C≤0.03wt％，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。该配方下，制成的马氏体时效钢具有高于2000MPa的高屈服强度。
本发明的另一核心是提供一种由本发明所述的注射成型材料制成的马氏体时效钢。
本发明中，所述的注射成型材料的金属粉末原料经喂料制备、注射、脱脂，1380～1395℃烧结，920～1050℃、1～3小时的固溶热处理，得到马氏体时效钢。烧结时间一般根据工艺要求控制在4～6小时。温度低则烧结时间短，温度高则烧结时间长。
本发明中，所述的注射成型材料的金属粉末原料经喂料制备、注射、脱脂，1380～1395℃烧结，920～1050℃、1～3小时的固溶热处理，之后进行时效热处理，时效热处理的温度范围为460～500℃，时效热处理的时间为1～8小时，得到马氏体时效钢。
本发明中，所述的注射成型材料的金属粉末原料经喂料制备、注射、脱脂，1380～1395℃烧结，920～1050℃、1～3小时的固溶热处理，然后进行深冷处理，再进行时效热处理，时效热处理的温度范围为460～500℃，时效热处理的时间为1～8小时，得到马氏体时效钢；所述深冷处理是在零下193℃±5℃的液氮中进行深冷处理1～2小时。深冷处理的介质可以是液氮、干冰等。经过深冷处理的材料，可以使制得的马氏体时效钢的具有更高的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
本发明的另一核心是提供一种本发明所述的马氏体时效钢在3C产品、航空产品、医疗产品制造方面的应用。
本发明的另一核心是提供一种本发明所述的马氏体时效钢在智能穿戴设备及其零部件制造方面的应用。
以下通过各实施例进一步阐述。
实施例马氏体时效钢的制备方法
一种马氏体时效钢的制备方法，该方法具体步骤是：
S1、喂料准备：将注射成型材料的原料金属粉末按配方量与适量的粘结剂(一般约为金属粉末重量的10％，粘结剂主要成分是聚甲醛塑料(POM)，粘结剂及其用量为本领域公知常识，不是本发明所要保护的重点)在175～200℃的温度条件下，在塑料密炼机中混炼并造粒，制成金属粉末喂料；
S2、注射拉伸样条：将上述金属粉末喂料在注塑机中制成材料拉伸试验标准样条；
S3、酸脱脂：在注射成型用的脱脂炉中，用硝酸介质对上述拉伸条进行催化脱脂；硝酸脱脂的温度条件约为110℃，
脱脂时间根据不同材料的脱脂率确定，以保证酸脱脂率≥95％(消解的POM量)；
S4、热脱脂与烧结：将酸脱脂得到的样条，在MIM的负压烧结炉中进行热脱脂与烧结，烧结温度范围：1380～1395℃；
S5、固溶热处理：将烧结后的试验样条在真空气淬炉中以15-20℃/min的升温速率升至920℃-1050℃，保温45-120min，然后高压(6～10atm)氮气淬快冷至室温；
S6、时效热处理硬化(控制材料的强度和塑性)：经固溶热处理后的样条，首先在零下193℃的液氮中进行深冷处理1～2H(此工艺可选)，然后在460-500℃进行时效处理，保温2-8h。
以下各实施例采用该方法制备马氏体时效钢。
实施例1
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni17.0、Co8.8、Mo5.6、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1390℃烧结。
样件的烧结密度为7.85g/cm3，材料的烧结氧含量为158ppm，碳含量为98ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在960℃保温2h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再480℃4H时效处理，所得样品的屈服强度为1835MPa，抗拉强度1901MPa，延伸率4.5％。图1为本材料的金相组织，图1a是烧结态材料金相，图1b是时效处理后的金相组织。根据图1可知，经过固溶处理后，材料的晶粒与烧结态比较得到充分细化。
对比例1
按照18Ni300(C300)的成分用气体雾化制成合金粉末，其成分为Ni18.5Co9.1Mo5.1Ti0.7Al0.06，以及不可避免的杂质，粉末的氧含量为150ppm，粉末的粒度D90小于22微米。
将上述粉末按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4的流程喂料、草酸氮气氛脱脂、1390℃烧结制成。为了避免粉末材料过渡氧化，本脱脂工艺特别用草酸脱脂替代硝酸脱脂。
试样的烧结密度为7.43g/cm3，烧结氧含量2100ppm，经过与实施例1相同的热处理工艺，材料的抗拉强度为1276MPa，材料脆性断裂，延伸率为零。检测结果表明，含有高氧化性元素的材料，很难通过金属注射成型工艺，实现材料在铸造、锻造条件下的性能。
图2是该材料的空隙及金相，a中18Ni300材料烧结后产生大量空隙，b中18Ni300材料腐蚀后金相图异常。
对比例2
本对比例考察类似18Ni300(C300)的成分，去掉对比例1配方中的元素钛和铝：制备成分为Ni18.5Co9.1Mo5.2合金粉末，按实施例1的步骤，烧结成拉伸样条，经过与实施例1相同的热处理工艺。
所得材料的密度为7.85g/cm3，材料的烧结氧含量为133ppm，碳含量为127ppm，固溶时效处理后材料的屈服强度为1561MPa，抗拉强度1770MPa，延伸率5.1％。该材料的屈服强度较低。
实施例2
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni16.5、Co8.5、Mo5.6、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1390℃烧结。
样条的烧结密度为7.83g/cm3，材料的烧结氧含量为139ppm，碳含量为108ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在920℃保温3h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再在460℃8H时效处理，所得样品的屈服强度为1811MPa，抗拉强度1886MPa，延伸率3.5％。
实施例3
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni16.5、Co8.5、Mo6.1、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1390℃烧结。
样条的烧结密度为7.85g/cm3，材料的烧结氧含量为210ppm，碳含量为90ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在960℃保温2h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再在480℃4H时效处理，所得样品的屈服强度为1837MPa，抗拉强度1907MPa，延伸率4.1％。
实施例4
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni17.0、Co9.0、Mo6.1、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1395℃烧结。
样条的烧结密度为7.86g/cm3，材料的烧结氧含量为147ppm，碳含量为109ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在1000℃保温1.5h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再将试样件在零下193℃的液氮中深冷，然后再在480℃5H时效处理，所得样品的屈服强度为1850MPa，抗拉强度1928MPa，延伸率4.3％。
实施例5
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni17.6、Co10.2、Mo6.0、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1380℃烧结。
样条的烧结密度为7.85g/cm3，材料的烧结氧含量为147ppm，碳含量为113ppm。材料的热处理分成2种工艺：
工艺1：烧结后的样条在真空气淬炉中在1000℃保温1.5h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再在490℃、4H时效处理，所得样品的屈服强度为1862MPa，抗拉强度1933MPa，延伸率4.1％。
工艺2：烧结后的样条在真空气淬炉中在1000℃保温1.5h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再将试样件在零下193℃的液氮中深冷，然后再在490℃、4H时效处理，所得样品的屈服强度为1881MPa，抗拉强度1959MPa，延伸率4.6％。
可以看出，深冷处理促进马氏体的充分转变，提高材料强度，提高材料延伸率。
实施例6
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni18.5、Co13、Mo6.1、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1395℃烧结。
样件的烧结密度为7.87g/cm3，材料的烧结氧含量为147ppm，碳含量为87ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在1050℃保温1h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再将试样件在零下193℃的液氮中深冷，然后再在500℃、1H时效处理，所得样品的屈服强度为1903MPa，抗拉强度1987MPa，延伸率4.5％。
实施例7
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni17.5、Co10.0、Mo6.5、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1395℃烧结。
样件的烧结密度为7.87g/cm3，材料的烧结氧含量为147ppm，碳含量为133ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在1000℃保温1.5h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再将试样件在零下193℃的液氮中深冷，然后再在480℃5H时效处理，所得样品的屈服强度为1947MPa，抗拉强度2021MPa，延伸率3.6％。
实施例8
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni17.5、Co11.0、Mo6.5、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1395℃烧结。
样件的烧结密度为7.88g/cm3，材料的烧结氧含量为181ppm，碳含量为92ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在980℃保温2h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再将试样件在零下193℃的液氮中深冷，然后再在480℃5H时效处理，所得样品的屈服强度为1978MPa，抗拉强度2033MPa，延伸率4.1％。
实施例9
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni18.5、Co13.0、Mo7.0、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1395℃烧结。
样件的烧结密度为7.92g/cm3，材料的烧结氧含量为181ppm，碳含量为105ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在980℃保温2h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再将试样件在零下193℃的液氮中深冷，然后再在480℃5H时效处理，所得样品的屈服强度为2015MPa，抗拉强度2058MPa，延伸率4.2％。
实施例10
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni18.5、Co15.0、Mo7.0、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1395℃烧结。
样件的烧结密度为7.93g/cm3，材料的烧结氧含量为119ppm，碳含量为81ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在980℃保温2h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再将试样件在零下193℃的液氮中深冷，然后再在480℃5H时效处理，所得样品的屈服强度为2035MPa，抗拉强度2091MPa，延伸率4.0％。
实施例11
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni17.5、Co15.0、Mo7.5、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1395℃烧结。
样件的烧结密度为7.94g/cm3，材料的烧结氧含量为132ppm，碳含量为109ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在980℃保温2h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再将试样件在零下193℃的液氮中深冷，然后再在480℃5H时效处理，所得样品的屈服强度为2051MPa，抗拉强度2133MPa，延伸率2.2％。
实施例12
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni19、Co15.0、Mo7.5、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1395℃烧结。
样件的烧结密度为7.94g/cm3，材料的烧结氧含量为162ppm，碳含量为92ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在980℃保温2h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再将试样件在零下193℃的液氮中深冷，然后再在480℃5H时效处理，所得样品的屈服强度为2038MPa，抗拉强度2118MPa，延伸率2.9％。
实施例13
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni17.2、Co15.0、Mo8.0、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1395℃烧结。
样件的烧结密度为7.96g/cm3，材料的烧结氧含量为141ppm，碳含量为101ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在980℃保温2h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再将试样件在零下193℃的液氮中深冷，然后再在480℃5H时效处理，所得样品的屈服强度为2070MPa，抗拉强度2127MPa，延伸率0.9％。
实施例14
一种注射成型材料，该粉末材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni19、Co15.0、Mo8.0、C≤0.03，余量为Fe及微量的不可避免的杂质元素。
按实施例马氏体时效钢的制备方法中所述的工艺流程S1至S4，进行喂料制备、样条注射、硝酸脱脂，进而再在烧结炉中进行热脱脂及1395℃烧结。
样件的烧结密度为7.95g/cm3，材料的烧结氧含量为157ppm，碳含量为117ppm。烧结后的样条在真空气淬炉中在980℃保温2h，然后用6个大气压的氮气快冷，然后再将试样件在零下193℃的液氮中深冷，然后再在500℃5H时效处理，所得样品的屈服强度为2059MPa，抗拉强度2094MPa，延伸率1.2％。
本发明以上各实施例金属粉末原料配方及性能见表1。
表1各实施例金属粉末原料配方及性能
根据表1可知，本发明的设计材料中：
(1)当材料中的Mo在5.6～6.1wt％范围时，超高强度钢的屈服强度在1800～1900MPa范围，并可以保持较高的延伸率，比如大于4％；
(2)当材料中的Mo在6.1～6.5wt％范围时，超高强度钢的屈服强度在1900～2000MPa范围，并可以保持较高的延伸率，比如大于4％；
(3)当材料中的Mo在6.5～7.5wt％范围时，超高强度钢的屈服强度在2000～2050MPa范围，并可以保持较高的延伸率，比如大于2.2％；
(4)当设计材料中的Mo达到8％时，材料的屈服强度进一步提高，但延伸率开始下降。
(5)材料中的钼、钴、镍等元素的含量越高，材料性能也越高，但成本越贵。可以根据实际需求选择比较经济的材料。
综上，本发明所述的注射成型材料具有优异塑性，在本发明所述的成分范围内，可调整出屈服强度分别大于1800MPa、1900MPa、2000MPa的超高强度钢。制得的的马氏体时效钢可应用于航空航天、医疗器械，特别是“3C”智能穿戴设备中既需高强度、又需轻量化设计的应用场景。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本发明所提供的一种注射成型材料、制得的具有超高屈服强度的马氏体时效钢及其应用进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种注射成型材料，其特征在于该材料各化学元素的质量百分比含量是：
Ni 16.5~19wt%，Co 8.5~15wt%，Mo 5.6~8wt%，C≤0.03wt%，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的注射成型材料，其特征在于该材料各化学元素的质量百分比含量是：Ni 16.5~18.7wt%，Co 8.5~15wt%，Mo 5.6~7.0wt%，C≤0.03wt%，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的注射成型材料，其特征在于：该材料各化学元素的质量百分比含量是：
Ni 17~19wt%，Co 13~15wt%，Mo 7.0~8.0wt%，C≤0.03wt%，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。
4.根据权利要求3所述的注射成型材料，其特征在于：该材料各化学元素的质量百分比含量是：
Ni 17 ~19wt%，Co 13~15wt%，Mo 7.0~7.5wt%，C≤0.03wt%，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。
5.根据权利要求1所述的注射成型材料，其特征在于：该材料各化学元素的质量百分比含量是：
Ni 17.5~19wt%，Co 10~15wt%，Mo 6.5~7.0wt%，C≤0.03wt%，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。
6.根据权利要求1所述的注射成型材料，其特征在于：该材料各化学元素的质量百分比含量是：
Ni 16.5~18.5wt%，Co 8.5~13wt%，Mo 5.6~6.5wt%，C≤0.03wt%，余量为Fe，以及不可避免的杂质元素。
7.根据权利要求1至6任一项所述的注射成型材料，其特征在于：该材料的烧结后碳含量≤0.02%。
8.根据权利要求1至6任一项所述的注射成型材料，其特征在于：该材料的金属粉末原料经喂料制备、注射、脱脂，1380~1395℃烧结后，材料烧结密度大于7.8 g/cm3。
9.一种由权利要求1至6任一项所述的注射成型材料制成的马氏体时效钢。
10.根据权利要求9所述的马氏体时效钢，其特征在于：所述的注射成型材料的金属粉末原料经喂料制备、注射、脱脂，1380~1395℃烧结，920~1050℃、1~3小时的固溶热处理，得到马氏体时效钢。
11.根据权利要求9所述的马氏体时效钢，其特征在于：所述的注射成型材料的金属粉末原料经喂料制备、注射、脱脂，1380~1395℃烧结，920~1050℃、1~3小时的固溶热处理，之后进行时效热处理，时效热处理的温度范围为460~500℃，时效热处理的时间为1~8小时，得到马氏体时效钢。
12.根据权利要求9所述的马氏体时效钢，其特征在于：所述的注射成型材料的金属粉末原料经喂料制备、注射、脱脂，1380~1395℃烧结，920~1050℃、1~3小时的固溶热处理，然后进行深冷处理，再进行时效热处理，时效热处理的温度范围为460~500℃，时效热处理的时间为1~8小时，得到马氏体时效钢；
所述深冷处理是在零下193℃±5℃的液氮中进行深冷处理1~2小时。
13.一种权利要求9所述的马氏体时效钢在3C产品、航空产品、医疗产品制造方面的应用。
14.一种权利要求9所述的马氏体时效钢在智能穿戴设备及其零部件制造方面的应用。
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