專利名稱：一種制備低鉍含量鉍錳鐵合金的液相燒結(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于易切削合金鋼鉍合金化處理的鉍錳鐵添加劑的液相燒結(jié)制備方法，具體是往金屬型模具里加入一定量已混合的純鉍粉和低碳錳鐵粉，放于壓片機(jī)中進(jìn)行壓制處理；加入的純鉍粉及低碳錳鐵粉的混合粉末，隨著壓制處理保壓過程的進(jìn)行，粉末間隙將大量減少最終得到致密光亮的合金；將得到的合金坯料放入電爐內(nèi)，在高于鉍的熔點(diǎn)的幾個(gè)溫度下進(jìn)行短時(shí)液相燒結(jié)后空冷，最終制備成適用于易切削鋼合金化處理的低鉍含量的鉍錳鐵合金添加劑；采用該制備方法得到的鉍錳鐵合金添加到鋼液時(shí)鉍的收得率較高，屬于合金生產(chǎn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
金屬鉍呈銀白色，有強(qiáng)烈的金屬光澤，性脆，屬于斜方晶系；我國(guó)鉍的儲(chǔ)量居世界第一位，約占全球儲(chǔ)量的73% ;由于鉍無毒，且與鉛的低熔點(diǎn)、高柔軟性等許多方面的性能相近，因此可以廣泛作為鉛的替代品，將鉍加在鑄鐵、鋼和鋁合金中用以改善其切削性能，目前含鉍易切削鋼已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)所迫切需要的一種原材料。由于鉍的熔點(diǎn)低(271.3°C)，給鉍易切削鋼的合金化處理造成了很大的困難；因此，用金屬鉍作為易切削鋼的處理添加劑幾乎是不可能的，盡管已經(jīng)有鉍錳合金，但是由于鉍錳合金的熔點(diǎn)低(僅為446°C )，因此用它作為合金添加劑時(shí)，事實(shí)上仍然很困難；而中國(guó)專利檢索和文獻(xiàn)查詢結(jié)果表明，合金化處理可行、用于易切削鋼合金化處理的收得率較高的鉍合金添加劑除了發(fā)明專利《鉍錳鐵合金》以外，尚未有見其它報(bào)道；但是，專利《鉍錳鐵合金》中描述的合金制備方法仍存在一些不足 ，比如是采用兩步法制備鉍錳鐵合金，由于錳和鐵的熔點(diǎn)較高，因此在每一步熔煉過程中都必須加熱到1300°C 1500°C的高溫，這樣既浪費(fèi)能源又增加鉍元素的燒損；此外，鉍錳鐵合金中鉍的含量高低直接影響鉍的收得率，生產(chǎn)中需要一種低鉍含量的鉍錳鐵合金，而采用熔鑄方法制備低鉍的鉍錳鐵合金時(shí)，易產(chǎn)生區(qū)域偏析，很難得到符合要求的中間合金；因此尋找一種新的鉍含量較低的鉍錳鐵的制備工藝具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，也是現(xiàn)代冶金工業(yè)飛速發(fā)展的期盼，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)易切削鋼的綠色環(huán)保生產(chǎn)、減少產(chǎn)品生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和科技含量、增強(qiáng)我國(guó)易切削鋼的產(chǎn)品質(zhì)量和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力具有深遠(yuǎn)的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提出一種低鉍含量的鉍錳鐵合金添加劑的短時(shí)液相燒結(jié)制備方法，將它用于易切削合金鋼鉍合金化處理生產(chǎn)中，能提高鉍的收得率。本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種制備鉍錳鐵合金添加劑的液相燒結(jié)方法:
(I)往金屬型模具里加入已混合均勻的純鉍粉和低碳錳鐵粉，放于壓片機(jī)中進(jìn)行壓制處理；
(3)在15 17MPa壓強(qiáng)下保壓，靜置3-5分鐘后卸壓并取出所得的致密光亮的合金；(4)將合金放于恒溫電爐內(nèi)保溫后，空冷得到最終的鉍錳鐵合金添加劑，保溫溫度為250-400°C，保溫時(shí)間為 lh-4h。所述的一種鉍錳鐵合金，其組分按照質(zhì)量百分含量計(jì)算為:鉍:15 20，錳:66 71，鐵:13.4 14.3，碳:0 0.2%，其它不可避免的雜質(zhì):0 0.1%。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:通過短時(shí)液相燒結(jié)法制備合金可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織，是一種快速制備鉍錳鐵合金的方法，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗，在保溫?zé)Y(jié)過程中粉末顆粒間將通過擴(kuò)散、再結(jié)晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化學(xué)過程，成為具有一定孔隙度的冶金產(chǎn)品，通過加壓成型及液相燒結(jié)制備得到合金也具有較高的致密度和強(qiáng)度。


圖1是用本發(fā)明液相燒結(jié)方法制備所得到的樣品的普遍外觀形貌 圖2是用本發(fā)明液相燒結(jié)方法制備樣品的組織的掃描電鏡照片；從圖2中可以明顯的看出，此方法制備得到的合金組織都較為均勻，灰色為基體錳鐵相，其中彌散分布著白色鉍相，隨著合金配比中的含鉍量的略微增加,合金里的白色鉍的分布也隨之增多；
圖3是采用熔煉方法制備的低鉍含量鉍錳鐵合金的掃描電鏡照片，可見有分層現(xiàn)象出現(xiàn)，環(huán)形內(nèi)層的組織為鉍基體內(nèi)分布著鉍錳相及錳鐵相以及少量氧化物，環(huán)形外層的組織主要為錳鐵基體內(nèi)彌散分布著細(xì)小鉍相。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:設(shè)置本實(shí)施方案中的鉍錳鐵合金各原材料的配比為:純鉍為15wt.%，低碳錳鐵合金為85wt.% ;B1: Mn: Fe: C (wt.%)=15.00:70.55:14.30:0.15 ;按本發(fā)明的技術(shù)方案的制備方法，將合金粉末混合后在壓片機(jī)下進(jìn)行模壓保壓成型，15MPa壓強(qiáng)下保壓，靜置5分鐘，再放于250°C恒溫電爐內(nèi)4h后`空冷得到最終的鉍錳鐵合金；其外觀形貌照片如圖1的普遍外觀形貌圖所示，其截面掃描電鏡照片如圖2(a)所示。實(shí)施例2:設(shè)置本實(shí)施方案中的鉍錳鐵合金各原材料的配比為:純鉍為15wt.%，低碳錳鐵合金為 85wt.% ;B1: Mn: Fe: C (wt.%) =15.00:70.55:14.30:0.15 按本發(fā)明的技術(shù)方案的制備方法，將合金粉末混合后在壓片機(jī)下進(jìn)行模壓保壓成型，17MPa壓強(qiáng)下保壓，靜置3分鐘，再放于400°C恒溫電爐內(nèi)Ih后空冷得到最終的鉍錳鐵合金；其截面掃描電鏡照片如圖2(b)所示。實(shí)施例3:設(shè)置本實(shí)施方案中的鉍錳鐵合金各原材料的配比為:純鉍為20wt.%，低碳錳鐵合金為80wt.% ;B1: Mn: Fe: C (wt.%) =20.00:66.40:13.46:0.14 ;按本發(fā)明的技術(shù)方案的制備方法，將合金粉末混合后在壓片機(jī)下進(jìn)行模壓保壓成型，16MPa壓強(qiáng)下保壓，靜置4分鐘，再放于250°C恒溫電爐內(nèi)4h后空冷得到最終的鉍錳鐵合金；其截面掃描電鏡照片如圖2(c)所示。實(shí)施例4:設(shè)置本實(shí)施方案中的鉍錳鐵合金各原材料的配比為:純鉍為20wt.%，低碳錳鐵合金為80wt.% ;B1: Mn: Fe: C (wt.%) =20.00:66.40:13.46:0.14 ;按本發(fā)明的技術(shù)方案的制備方法，將合金粉末混合后在壓片機(jī)下進(jìn)行模壓保壓成型，17MPa壓強(qiáng)下保壓，靜置3分鐘，再放于300°C恒溫電爐內(nèi)Ih后空冷得到最終的鉍錳鐵合金；其截面掃描電鏡照片如圖2(d)所示。實(shí)施例5:設(shè)置本實(shí)施方案中的鉍錳鐵合金各原材料的配比為:純鉍為20wt.%，低碳錳鐵合金為80wt.%;B1: Mn: Fe: C (wt.%) =20.00:66.40:13.46:0.14 ;按熔煉制備方法將以上鉍錳鐵合金粉在1380°C箱式電爐中熔煉保溫40min后澆入預(yù)熱到100°C的金屬型內(nèi)，得到厚度為12毫米的柱狀鉍錳鐵合金，其橫截面照片如圖3(a)所示，其中環(huán)形外層基底的掃描電鏡組織放大后的照片如圖3(b)所示，其中環(huán)形內(nèi)層的掃描電鏡組織放大后的照片如圖3(c)所示；從圖3中可以看出經(jīng)過熔煉制備方法得到的鉍錳鐵合金不均勻，有分層現(xiàn)象存 在。
權(quán)利要求
1.一種制備鉍錳鐵合金添加劑的液相燒結(jié)方法:其特征在于包括如下步驟: (1)往金屬型模具里加入已混合均勻的純鉍粉和低碳錳鐵粉，放于壓片機(jī)中進(jìn)行壓制處理； (2)在15 17MPa壓強(qiáng)下保壓，靜置3-5分鐘后卸壓并取出所得的致密光亮的合金； (3)將合金放于恒溫電爐內(nèi)保溫后，空冷得到最終的鉍錳鐵合金添加劑，保溫溫度為250-400°C，保溫時(shí)間為 lh-4h。
2.如權(quán)利要求1所述的一種制備鉍錳鐵合金添加劑的液相燒結(jié)方法:其特征在于:所述鉍錳鐵合金，其組分按照質(zhì)量百分含量計(jì)算為:鉍:15 20，錳:66 71，鐵:13.ri4.3，碳:(T0.2%，其它不可避免的雜質(zhì):(T0.1%。
3.如權(quán)利要求1所述的一種制備鉍錳鐵合金添加劑的液相燒結(jié)方法:其特征在于:所述純鉍粉和低碳錳鐵的粉顆粒尺寸均為200目，其中低碳錳鐵粉的含錳量為83wt.%。
全文摘要
本發(fā)明屬于易切削合金鋼鉍合金化處理的鉍錳鐵添加劑的液相燒結(jié)制備方法，具體是往金屬型模具里加入一定量已混合的純鉍粉和低碳錳鐵粉，放于壓片機(jī)中進(jìn)行壓制處理；加入的純鉍粉及低碳錳鐵粉的混合粉末，隨著壓制處理保壓過程的進(jìn)行，粉末間隙將大量減少最終得到致密光亮的合金；將得到的合金坯料放入電爐內(nèi)，在高于鉍的熔點(diǎn)的幾個(gè)溫度下進(jìn)行短時(shí)液相燒結(jié)后空冷，最終制備成適用于易切削鋼合金化處理的低鉍含量的鉍錳鐵合金添加劑；采用該制備方法得到的鉍錳鐵合金添加到鋼液時(shí)鉍的收得率較高，屬于合金生產(chǎn)技術(shù)。
文檔編號(hào)C22C1/05GK103146971SQ20121056741
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者蘇旭平, 李節(jié)林, 王建華, 吳長(zhǎng)軍, 劉亞, 彭浩平 申請(qǐng)人:常州大學(xué)