一種鉍鈦合金及其用途的製作方法
2023-05-15 14:55:26 1
專利名稱：一種鉍鈦合金及其用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鉍鈦合金，具體涉及一種用於易切削合金鋼合金化處理的鉍鈦合金，屬於合金鋼(C22C合金)製備技術領域。
背景技術：
金屬鉍(Bi)外觀呈銀白色，有強烈的金屬光澤，呈脆性，晶體結構為斜方晶系，由於金屬鉍無毒，且具有與金屬鉛相近的低熔點和高柔韌性，因此在工業上被廣泛作為鉛的替代品，將鉍加入鑄鐵、鋼和鋁的合金中，可以改善其切削性能，含鉍易切削合金鋼由於其對環境友好的特性，已成為現代製造業所迫切需要的一種工業原材料。但是，鉍的熔點低(271. 30C )給鉍易切削合金鋼的合金化處理及合金鋼的生產， 造成了非常大的困難。因此，由於鉍的氧化燒損和蒸發，採用金屬鉍作為所述合金鋼的合金化處理添加劑是完全不可行的，鉍錳合金可作為易切削合金鋼合金化處理的添加劑，但由於錳的熔點較低(1244°C)，而鉍錳合金的熔點更低；因此，用其作為易切削合金鋼合金化處理的添加劑，將鉍錳合金加入易切削合金鋼時鉍元素的燒損仍然很大，仍然難以實現其工業應用，而中國專利檢索結果表明，合金化處理可行，收得率高的用於易切削合金鋼合金化處理的添加劑鉍合金，除了鉍錳鐵合金以外尚未見有其它報導，而鉍錳鐵的熔點仍然不高(按專利報導，其熔點為1000°C左右)。為此，提供一種合金化處理可行，收得率高且穩定的所述易切削合金鋼鉍合金化處理的添加劑，便成為現代冶金工業的重中之重。
發明內容
本發明旨在提供一種合金化處理可行，收得率高的鉍鈦合金，滿足易切削鋼冶煉生產的需求。本發明實現其目的的技術方案是
一種鉍鈦合金，其特徵在於所述鉍鈦合金的組分按重量百分含量計算分別為鉍 15-75% ；不可避免的雜質0. 8% ；鈦餘量。本發明的一種典型的技術方案是
一種鉍鈦合金，其特徵在於所述鉍鈦合金的組分按重量百分含量計算分別為鉍 55% 70% ；不可避免的雜質彡0. 8% ；鈦餘量。本發明所述鉍鈦合金呈塊狀，其塊度在l(T60mm範圍內；或者呈粒狀，其粒徑在 0. 5 IOmm範圍內。本發明所述不可避免的雜質，是指在鉍鈦合金的製備過程中，不可能徹底去除的金屬元素和非金屬元素，本發明所述不可避免的雜質，主要是指硫、磷、錳和矽，其中硫和磷的重量百分含量均<0.1%。上述技術方案得以實施後，由於本發明鉍的重百分含量最高可達75%，且所述本發明熔點較高(在1320°C以上)，而其比重與鐵相當或者略大於鐵的比重，因而採用本發明鉍鈦合金進行爐前合金化處理是完全可行的，合金的加入和混合都很方便，由於鉍鈦合金的熔點較高，因此鉍的收得率很高，可達95%以上，從而實現了本方面的最終目的。
圖1是使用五種不同鉍含量的鉍鈦合金合金化處理Q235鋼後的切削實驗曲線。
具體實施例方式實施例1 一種鉍鈦合金，其組分和各組分的重量百分含量是(％ )秘15，不可避免的雜質硫、磷、矽等的總和< 0. 8，餘量為鈦；其產品呈塊狀，塊度為45mm。實施例2 —種鉍鈦合金，其組分和各組分的重量百分含量是(％ )秘59，不可避免的雜質硫、磷、矽等的總和< 0.8，餘量為鈦；其產品呈粒狀，粒徑在0. 5 10mm範圍內。實施例3 —種鉍鈦合金，其組分和各組分的重量百分含量是(％ )鉍64，不可避免的雜質硫、磷、矽等的總和< 0. 8，餘量為鈦；其產品呈塊狀，塊度為20mm。實施例4 一種鉍鈦合金，其組分和各組分的重量百分含量是(％ )鉍69，不可避免的雜質硫、磷、矽等的總和< 0. 8，餘量為鈦；其產品呈粒狀，粒徑在0. 5 IOmm範圍內。實施例5 —種鉍鈦合金，其組分和各組分的重量百分含量是(％ )秘75，不可避免的雜質硫、磷、矽等的總和< 0. 8，餘量為鈦；其產品呈塊狀，塊度為60mm。實施例6 —種鉍鈦合金，其組分和各組分的重量百分含量是(％ )秘45，不可避免的雜質硫、磷、矽等的總和< 0. 8，餘量為鈦；其產品呈塊狀，塊度為45mm。由於本發明的鉍鈦合金屬於脆性金屬間化合物，可以非常容易地製備成小塊度或製備成所需粒狀的合金產品。本發明製備方法的簡要描述是
採用一步重熔法實施本發明，即採用熔鑄法直接製備鉍鈦中間合金，其製備方法有兩種，一種方法是先熔煉鉍，再加入海綿鈦；另一種方法是先熔煉海綿鈦，再加入鉍。第一種方法製備本發明將金屬鉍和海綿鈦按製備本發明所需的配比配料，先行熔化金屬鉍，再加入海綿鈦並進行攪拌，以使鈦充分溶解到鉍液中，在此過程中，隨著鈦的不斷加入，對合金液進行緩慢升溫，直至海綿鈦完全溶解並均勻混合後把合金液澆注到鑄錠模內快速冷卻，即製成本發明鉍鈦合金錠。第二種方法製備本發明將金屬鉍和海綿鈦按製備本發明所需的配比配料，先行熔化金屬鈦，再用鐘罩將金屬鉍壓入金屬液中並進行攪拌，以使鉍充分溶解到鈦液中，在此過程中，隨著金屬鉍的不斷加入，對合金液進行緩慢降溫處理，直至金屬鉍完全溶解並均勻混合後把合金液澆注到鑄錠模內快速冷卻，即製成本發明鉍鈦合金錠。由於本發明鉍鈦合金屬於金屬間化合物，比較脆，若需要較小顆粒的本發明時，可對本發明實施人工或機械分碎，由於本發明在熔煉過程中採用升溫和降溫處理，可以有效減少鉍的損耗。採用本發明生產的鉍鈦合金作爐前合金化處理的結果顯示，其加入方法簡便可行；合金化處理鉍的收得率可達95%以上。
實施例7 由於Q235鋼成分接近含鉍鈦的易切削鋼，因此選用Q235鋼作為合金化處理對象；將Q235號鋼在真空感應爐中進行熔煉，待其完全熔化後加入本發明鉍鈦合金1並保持5分鐘，該合金成分為(％)鉍15，不可避免的雜質硫、磷、矽等的總和< 0. 8，餘量為鈦； 其產品呈塊狀，塊度為45mm，合金加入量按照此公式計算合金加入量5. 842g =鋼水質量 500gX (目標元素Bi含量0. 17% 一鋼中該元素含量0) /合金中該元素含量15%X合金中該元素收得率97%，控制鋼液溫度在1600°C進行澆注，澆注為圓棒試樣，將澆注好的試樣進行常規熱處理，隨後進行切削實驗和力學性能實驗。實施例8:選用Q235鋼作為合金化處理對象。將Q235號鋼在真空感應爐中進行熔煉，待其完全熔化後加入本發明鉍鈦合金2並保持5分鐘，該合金成分為(％):鉍59，不可避免的雜質硫、磷、矽等的總和< 0.8，餘量為鈦；其產品呈粒狀，粒徑在0. 5 10mm範圍內， 合金加入量按照此公式計算合金加入量1. 501g =鋼水質量500gX (目標元素Bi含量 0. 17%—鋼中該元素含量0)/合金中該元素含量59%X合金中該元素收得率96%，控制鋼液溫度在1600°C進行澆注，澆注為圓棒試樣，將澆注好的試樣進行常規熱處理，隨後進行切削實驗和力學性能實驗。實施例9 選用Q235鋼作為合金化處理對象。將Q235號鋼在真空感應爐中進行熔煉，待其完全熔化後加入本發明鉍鈦合金3並保持5分鐘，該合金成分為(％):鉍64，不可避免的雜質硫、磷、矽等的總和< 0. 8，餘量為鈦；其產品呈塊狀，塊度為20mm，合金加入量按照此公式計算合金加入量1. 383g =鋼水質量500gX (目標元素Bi含量0. 17% 一鋼中該元素含量0) /合金中該元素含量64%X合金中該元素收得率96%，控制鋼液溫度在1600°C 進行澆注，澆注為圓棒試樣，將澆注好的試樣進行常規熱處理，隨後進行切削實驗和力學性能實驗。實施例10 選用Q235鋼作為合金化處理對象。將Q235號鋼在真空感應爐中進行熔煉，待其完全熔化後加入本發明鉍鈦合金4並保持5分鐘，該合金成分為(％):鉍69，不可避免的雜質硫、磷、矽等的總和<0.8，餘量為鈦；其產品呈粒狀，粒徑在0. 5 10mm範圍內， 合金加入量按照此公式計算合金加入量1. 283g =鋼水質量500gX (目標元素Bi含量 0. 17%—鋼中該元素含量0)/合金中該元素含量69%X合金中該元素收得率96%，控制鋼液溫度在1600°C進行澆注，澆注為圓棒試樣，將澆注好的試樣進行常規熱處理，隨後進行切削實驗和力學性能實驗。實施例11 選用Q235鋼作為合金化處理對象。將Q235號鋼在真空感應爐中進行熔煉，待其完全熔化後加入本發明鉍鈦合金5並保持5分鐘，該合金成分為(％):鉍75，不可避免的雜質硫、磷、矽等的總和< 0. 8，餘量為鈦；其產品呈塊狀，塊度為60mm，合金加入量按照此公式計算合金加入量1. 181g =鋼水質量500gX (目標元素Bi含量0. 17% 一鋼中該元素殘餘含量0) /合金中該元素含量75%X合金中該元素收得率96%，控制鋼液溫度在 1600°C進行澆注，澆注為圓棒試樣，將澆注好的試樣進行常規熱處理，隨後進行切削實驗和力學性能實驗。鋼的易切削性能主要通過切削鋼的刀具壽命來間接評定的，圖1所給出的切削實驗結果，其中A、B、C、D、E分別對應實施案例7、8、9、10、11所獲得的鉍鈦易切削鋼的切削曲線，結合已公開的切削性能相近的12L14易切削鋼的切削曲線，得出使用五種不同鉍含量的鉍鈦合金對Q235鋼合金化處理後，獲得的鉍鈦易切削鋼達到易切削鋼的切削性能要求。下表為本發明鉍鈦合金合金化處理Q235鋼後獲得的鉍鈦易切削鋼的力學性能表表1鉍鈦合金合金化處理Q235鋼後獲得的鉍鈦易切削鋼的力學性能表
權利要求
1.一種鉍鈦合金，其特徵在於所述鉍鈦合金的組分按重量百分含量計算分別為鉍 15-75% ；不可避免的雜質0. 8% ；鈦餘量。
2.如權利要求1所述的一種鉍鈦合金，其特徵在於所述鉍鈦合金的組分按重量百分含量計算分別為鉍559Γ70% ；不可避免的雜質彡0. 8% ；鈦餘量。
3.如權利要求1所述的一種鉍鈦合金，其特徵在於所述不可避免的雜質，主要是指硫、磷、錳和矽，其中硫和磷的重量百分含量均< 0. 1%。
4.如權利要求1所述的一種鉍鈦合金，其特徵在於所述鉍鈦合金呈塊狀，其塊度在 l(T60mm範圍內；或者呈粒狀，其粒徑在0. 5 IOmm範圍內。
5.如權利要求1所述的一種鉍鈦合金的製備方法，具體為將金屬鉍和海綿鈦按制配比配料，先行熔化金屬鉍，再加入海綿鈦並進行攪拌，以使鈦充分溶解到鉍液中，在此過程中，隨著鈦的不斷加入，對合金液進行緩慢升溫，直至海綿鈦完全溶解並均勻混合後把合金液澆注到鑄錠模內快速冷卻，即製成鉍鈦合金錠。
6.如權利要求1所述的一種鉍鈦合金的製備方法，具體為將金屬鉍和海綿鈦按配比配料，先行熔化金屬鈦，再用鐘罩將金屬鉍壓入金屬液中並進行攪拌，以使鉍充分溶解到鈦液中，在此過程中，隨著金屬鉍的不斷加入，對合金液進行緩慢降溫處理，直至金屬鉍完全溶解並均勻混合後把合金液澆注到鑄錠模內快速冷卻，即製成鉍鈦合金錠。
7.如權利要求1所述的一種鉍鈦合金在易切削合金鋼合金化處理中的用途。
全文摘要
一種鉍鈦合金，屬於易切削合金鋼製備技術領域。所述鉍鈦合金以其組分和各組分的重量百分含量是鉍15-75wt.％，不可避免的雜質≤0.8wt.％，鈦餘量。本發明具有合金化處理可行，鉍的收得率高等特點，適用於易切削鋼合金化處理的添加劑。
文檔編號C22C12/00GK102191407SQ20111011345
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月4日 優先權日2011年5月4日
發明者劉亞, 吳長軍, 塗浩, 王建華, 蘇旭平 申請人:常州大學