CN102191407B - 一种铋钛合金及其用途 - Google Patents
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Abstract
一种铋钛合金，属于易切削合金钢制备技术领域。所述铋钛合金以其组分和各组分的重量百分含量是：铋15~75wt.％，不可避免的杂质≤0.8wt.％，钛余量。本发明具有合金化处理可行，铋的收得率高等特点，适用于易切削钢合金化处理的添加剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种铋钛合金，具体涉及一种用于易切削合金钢合金化处理的铋钛合金，属于合金钢（C22C合金）制备技术领域。
背景技术
金属铋(Bi)外观呈银白色，有强烈的金属光泽，呈脆性，晶体结构为斜方晶系，由于金属铋无毒，且具有与金属铅相近的低熔点和高柔韧性，因此在工业上被广泛作为铅的替代品，将铋加入铸铁、钢和铝的合金中，可以改善其切削性能，含铋易切削合金钢由于其对环境友好的特性，已成为现代制造业所迫切需要的一种工业原材料。
但是，铋的熔点低(271.3℃)给铋易切削合金钢的合金化处理及合金钢的生产，造成了非常大的困难。因此，由于铋的氧化烧损和蒸发，采用金属铋作为所述合金钢的合金化处理添加剂是完全不可行的，铋锰合金可作为易切削合金钢合金化处理的添加剂，但由于锰的熔点较低(1244℃)，而铋锰合金的熔点更低(446℃)；因此，用其作为易切削合金钢合金化处理的添加剂，将铋锰合金加入易切削合金钢时铋元素的烧损仍然很大，仍然难以实现其工业应用，而中国专利检索结果表明，合金化处理可行，收得率高的用于易切削合金钢合金化处理的添加剂铋合金，除了铋锰铁合金以外尚未见有其它报道，而铋锰铁的熔点仍然不高（按专利报道，其熔点为1000℃左右）。
为此，提供一种合金化处理可行，收得率高且稳定的所述易切削合金钢铋合金化处理的添加剂，便成为现代冶金工业的重中之重。
发明内容
本发明旨在提供一种合金化处理可行，收得率高的铋钛合金，满足易切削钢冶炼生产的需求。
本发明实现其目的的技术方案是：
一种铋钛合金，其特征在于：所述铋钛合金的组分按重量百分含量计算分别为：铋：15-75%；不可避免的杂质：≤0.8%；钛：余量。
本发明的一种典型的技术方案是：
一种铋钛合金，其特征在于：所述铋钛合金的组分按重量百分含量计算分别为：铋：55%~70%；不可避免的杂质：≤0.8%；钛：余量。
本发明所述铋钛合金呈块状，其块度在10~60mm范围内；或者呈粒状，其粒径在0.5～10mm范围内。
本发明所述不可避免的杂质，是指在铋钛合金的制备过程中，不可能彻底去除的金属元素和非金属元素，本发明所述不可避免的杂质，主要是指硫、磷、锰和硅，其中硫和磷的重量百分含量均≤0.1％。
上述技术方案得以实施后，由于本发明铋的重百分含量最高可达75％，且所述本发明熔点较高(在1320℃以上)，而其比重与铁相当或者略大于铁的比重，因而采用本发明铋钛合金进行炉前合金化处理是完全可行的，合金的加入和混合都很方便，由于铋钛合金的熔点较高，因此铋的收得率很高，可达95％以上，从而实现了本方面的最终目的。
附图说明
图1是使用五种不同铋含量的铋钛合金合金化处理Q235钢后的切削实验曲线。
具体实施方式
实施例1：一种铋钛合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋15，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为45mm。
实施例2：一种铋钛合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋59，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈粒状，粒径在0.5~10mm范围内。
实施例3：一种铋钛合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋64，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为20mm。
实施例4：一种铋钛合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋69，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈粒状，粒径在0.5～10mm范围内。
实施例5：一种铋钛合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋75，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为60mm。
实施例6：一种铋钛合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋45，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为45mm。
由于本发明的铋钛合金属于脆性金属间化合物，可以非常容易地制备成小块度或制备成所需粒状的合金产品。
本发明制备方法的简要描述是：
采用一步重熔法实施本发明，即采用熔铸法直接制备铋钛中间合金，其制备方法有两种，一种方法是先熔炼铋，再加入海绵钛；另一种方法是先熔炼海绵钛，再加入铋。
第一种方法制备本发明：将金属铋和海绵钛按制备本发明所需的配比配料，先行熔化金属铋，再加入海绵钛并进行搅拌，以使钛充分溶解到铋液中，在此过程中，随着钛的不断加入，对合金液进行缓慢升温，直至海绵钛完全溶解并均匀混合后把合金液浇注到铸锭模内快速冷却，即制成本发明铋钛合金锭。
第二种方法制备本发明：将金属铋和海绵钛按制备本发明所需的配比配料，先行熔化金属钛，再用鈡罩将金属铋压入金属液中并进行搅拌，以使铋充分溶解到钛液中，在此过程中，随着金属铋的不断加入，对合金液进行缓慢降温处理，直至金属铋完全溶解并均匀混合后把合金液浇注到铸锭模内快速冷却，即制成本发明铋钛合金锭。
由于本发明铋钛合金属于金属间化合物，比较脆，若需要较小颗粒的本发明时，可对本发明实施人工或机械分碎，由于本发明在熔炼过程中采用升温和降温处理，可以有效减少铋的损耗。
采用本发明生产的铋钛合金作炉前合金化处理的结果显示，其加入方法简便可行；合金化处理铋的收得率可达95％以上。
实施例7：由于Q235钢成分接近含铋钛的易切削钢，因此选用Q235钢作为合金化处理对象；将Q235号钢在真空感应炉中进行熔炼，待其完全熔化后加入本发明铋钛合金1并保持5分钟，该合金成分为（%）：铋15，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为45mm，合金加入量按照此公式计算：合金加入量5.842g＝钢水质量500g×（目标元素Bi含量0.17%－钢中该元素含量0）/合金中该元素含量15%×合金中该元素收得率97%，控制钢液温度在1600℃进行浇注，浇注为圆棒试样，将浇注好的试样进行常规热处理，随后进行切削实验和力学性能实验。
实施例8：选用Q235钢作为合金化处理对象。将Q235号钢在真空感应炉中进行熔炼，待其完全熔化后加入本发明铋钛合金2并保持5分钟，该合金成分为（%）：铋59，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈粒状，粒径在0.5~10mm范围内，合金加入量按照此公式计算：合金加入量1.501g＝钢水质量500g×（目标元素Bi含量0.17%－钢中该元素含量0）/合金中该元素含量59%×合金中该元素收得率96%，控制钢液温度在1600℃进行浇注，浇注为圆棒试样，将浇注好的试样进行常规热处理，随后进行切削实验和力学性能实验。
实施例9：选用Q235钢作为合金化处理对象。将Q235号钢在真空感应炉中进行熔炼，待其完全熔化后加入本发明铋钛合金3并保持5分钟，该合金成分为（%）：铋64，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为20mm，合金加入量按照此公式计算：合金加入量1.383g＝钢水质量500g×（目标元素Bi含量0.17%－钢中该元素含量0）/合金中该元素含量64%×合金中该元素收得率96%，控制钢液温度在1600℃进行浇注，浇注为圆棒试样，将浇注好的试样进行常规热处理，随后进行切削实验和力学性能实验。
实施例10：选用Q235钢作为合金化处理对象。将Q235号钢在真空感应炉中进行熔炼，待其完全熔化后加入本发明铋钛合金4并保持5分钟，该合金成分为（%）：铋69，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈粒状，粒径在0.5~10mm范围内，合金加入量按照此公式计算：合金加入量1.283g＝钢水质量500g×（目标元素Bi含量0.17%－钢中该元素含量0）/合金中该元素含量69%×合金中该元素收得率96%，控制钢液温度在1600℃进行浇注，浇注为圆棒试样，将浇注好的试样进行常规热处理，随后进行切削实验和力学性能实验。
实施例11：选用Q235钢作为合金化处理对象。将Q235号钢在真空感应炉中进行熔炼，待其完全熔化后加入本发明铋钛合金5并保持5分钟，该合金成分为（%）：铋75，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为60mm，合金加入量按照此公式计算：合金加入量1.181g＝钢水质量500g×（目标元素Bi含量0.17%－钢中该元素残余含量0）/合金中该元素含量75%×合金中该元素收得率96%，控制钢液温度在1600℃进行浇注，浇注为圆棒试样，将浇注好的试样进行常规热处理，随后进行切削实验和力学性能实验。
钢的易切削性能主要通过切削钢的刀具寿命来间接评定的，图1所给出的切削实验结果，其中A、B、C、D、E分别对应实施案例7、8、9、10、11所获得的铋钛易切削钢的切削曲线，结合已公开的切削性能相近的12L14易切削钢的切削曲线，得出：使用五种不同铋含量的铋钛合金对Q235钢合金化处理后，获得的铋钛易切削钢达到易切削钢的切削性能要求。
下表为本发明铋钛合金合金化处理Q235钢后获得的铋钛易切削钢的力学性能表：
表1 铋钛合金合金化处理Q235钢后获得的铋钛易切削钢的力学性能表
Claims (5)
1.一种铋钛合金，其特征在于：所述铋钛合金的组分按重量百分含量计算分别为：铋：15-75%；不可避免的杂质：≤0.8%；钛：余量；所述铋钛合金的制备方法为：将金属铋和海绵钛按制配比配料，先行熔化金属铋，再加入海绵钛并进行搅拌，以使钛充分溶解到铋液中，在此过程中，随着钛的不断加入，对合金液进行缓慢升温，直至海绵钛完全溶解并均匀混合后把合金液浇注到铸锭模内快速冷却，即制成铋钛合金锭；或将金属铋和海绵钛按配比配料，先行熔化金属钛，再用鈡罩将金属铋压入金属液中并进行搅拌，以使铋充分溶解到钛液中，在此过程中，随着金属铋的不断加入，对合金液进行缓慢降温处理，直至金属铋完全溶解并均匀混合后把合金液浇注到铸锭模内快速冷却，即制成铋钛合金锭。
2. 如权利要求1所述的一种铋钛合金，其特征在于：所述铋钛合金的组分按重量百分含量计算分别为：铋：55%~70%；不可避免的杂质：≤0.8%；钛：余量。
3. 如权利要求1所述的一种铋钛合金，其特征在于：所述不可避免的杂质，主要是指硫、磷、锰和硅，其中硫和磷的重量百分含量均≤0.1％。
4. 如权利要求1所述的一种铋钛合金，其特征在于：所述铋钛合金呈块状，其块度在10~60mm范围内；或者呈粒状，其粒径在0.5～10mm范围内。
5.如权利要求1所述的一种铋钛合金在易切削合金钢合金化处理中的用途。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
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