專利名稱：：一種銅碳易切削不銹鋼及其制備方法
技術領域：
：本發明涉及一種銅碳易切削不銹鋼及其制備方法，屬合金鋼材料制備
技術領域：
。技術背景隨著航空、航天、石油和化工等行業的發展，不銹鋼材料已得到廣泛應用，但不銹鋼由于韌性大、熱強度高、導熱系數低等特點而難以加工，因此改善不銹鋼的切削性能成為不銹鋼行業的重要課題。目前，主要通過添加易切削元素，例如硫、鉛、硒以及碲元素來提高不銹鋼的切削性能。然而，隨著人們環保意識的增強，鉛、硒、碲等有毒元素在工業生產上將逐漸被限制使用。硫元素雖然能夠顯著提高鋼的切削性能，然而，硫元素在鋼中形成的硫化物夾雜會降低鋼的耐腐蝕性能，尤其是抗點蝕性能，因而不適合在不銹鋼中使用。為了避免上述缺點，本專利通過向不銹鋼中加入銅元素，并通過一種特殊的熱處理工藝，在鋼中形成銅、石墨復合的易切削相來提高鋼的切削性能，并分析提出了銅、石墨復合相提高不銹鋼切削性能的機理。經該方法處理的不銹鋼的切削性能達到了含硫不銹鋼的切削水平。
發明內容本發明的目的是提供一種銅碳易切削不銹鋼。本發明一種銅碳易切削不銹鋼，其特征在于是有以下的化學成分及其重量百分比C:0,1~0.6%Cr:10.0~20.0%Cu:1.0~2.0%Mo:0.0~1.2%Si:0.3~0.9%Mn:0.4~1.0%Ni:0.0%~2.0%Fe:余量本發明一種銅碳易切削不銹鋼的制備方法，其特征在于是有以下的工藝過程和步驟a、將按上述配方配制好的配合料，以傳統常規的熔煉方法放于電感應爐或電弧爐內進行熔煉，再經電渣重熔后，鍛造或軋制成不銹鋼鋼胚。b、將上述鋼胚進行熱處理，先將該鋼坯進行淬火處理，淬火溫度為100(K1080'C，并按1.5min/mm的時間進行保溫；然后迅速油淬，冷卻至100。C以下；c、然后再將鋼胚于50070(TC下時效510小時，隨后在空氣中自然冷卻至室溫；經上述熱處理后的鋼胚即為銅碳易切削不銹鋼。本發明銅碳易切削不銹鋼的成分設計及制備工藝的理論依據如下所述(1)對于含銅不銹鋼，由于合金含量一般都非常高，為了在淬火過程中使鋼奧氏體化，并使碳化物盡可能的固溶到奧氏體中，所以選擇淬火最低溫度為IOO(TC，保溫時間按1.5minAnm進行計算。(2)由于銅在鋼中的溶解度低，生產中經常可以發現鋼表面有時可以形成一層沉積銅。如果鋼的淬火溫度在銅的熔點(1083'C)以上則表面沉積的這層銅將形成液膜，將潤濕鋼的表面并沿晶界向鋼內部浸潤，最后導致嚴重的銅裂。因此，最高淬火溫度選擇為1080°C。(3)選擇為50070(TC時效510小時，有利于銅、石墨復合相的析出，并能控制銅、石墨復合相的尺寸在1020nm范圍內。(4)控制銅和碳元素以銅、石墨復合相的形式析出，該相的平均尺寸在1020nm范圍內，甚至更小，并且均勻的分散于基體中。銅、碳復合相中的石墨含量為10~20%，甚至更多，其余成分為單質銅。銅、石墨復合相中的銅元素可以降低不銹鋼的屈服強度，從而使不銹鋼在刀具的擠壓作用下更易發生剪切塑性變形，從而降低了刀具的磨損；銅、石墨復合相中大量的石墨可使其作為固體潤滑劑存在于鋼基體中，在切削過程中能夠潤滑刀具，從而提高了不銹鋼的切削性能。圖1為本發明實施例1中4Crl3Cu1.4合金鋼與比較例4Crl3鋼以及含硫4Crl3鋼的后刀面磨損-時間變化曲線比較圖。圖2為本發明實施例2中4Crl6MoCu1.3合金鋼與比較例4Crl6Mo鋼的后刀面磨損一時間變化曲線比較圖。具體實施方式現將本發明的實施例具體敘述于后。實施例1本實施例中的工藝過程和步驟如下本實施例中的銅碳易切削不銹鋼的化學組成如下(Wt%)C0.4%Cr13.0%Cu1.4%Mo0%Si0.42。/。Mn0.70%Fe84.08%上述不銹鋼以標號4Crl3Cul.4表示。其制備過程和步驟如下(1)將按上述配方配制好的配合料，以傳統常規的熔煉方法放于電感應爐或電弧爐內進行熔煉，再經電渣重熔后，鍛造或軋制成不銹鋼鋼胚。(2)將上述鋼胚試樣進行熱處理，先將該鋼坯進行淬火處理，淬火溫度為102(TC下淬火，并按1.5min/mm的時間進行保溫，然后迅速油淬，冷卻到IO(TC以下取出，此時其硬度為52~54HRC。(3)將淬火后的鋼胚在60(TC下時效5小時，隨后在空氣中自然冷卻到室溫，即得銅碳易切削不銹鋼。作為比較例，將不含Cu的不銹鋼來作比較，該不含Cu鋼的化學成分和制備過程與上述實施例1相同，其化學成分如下(wt%):C0,4%,Cr13.0%,Cu0%,Mo0%,Si0.42%,Mn0.70%，Fe85.48%。所制得的不銹鋼以標號4Cd3表示。實施例2本實施例中的工藝過程和步驟如下本實施例中的銅碳易切削不銹鋼的化學組成如下(Wt%)c0.4%Cr16.0%Cu1.3%Mo1.0%Si0.75%Mn0.65%Fe79.90%上述不銹鋼以標號4Crl6MoCul.3表示。其制備過程和步驟如下(1)將按上述配方配制好的配合料，以傳統常規的熔煉方法放于電感應爐或電弧爐內進行熔煉，再經電渣重熔后，鍛造或軋制成不銹鋼鋼胚。(2)將上述鋼胚試樣進行熱處理，先將該鋼坯進行淬火處理，淬火溫度為1050'C下淬火，并按1.5min/mm的時間進行保溫，然后迅速油淬，冷卻到IO(TC以下取出，此時其硬度為5355HRC。(3)將淬火后的鋼胚在650'C下時效6小時，隨后在空氣中自然冷卻到室溫，即得銅碳易切削不銹鋼。作為比較例，將不含Cu的不銹鋼來作比較，該不含Cu鋼的化學成分和制備過程與上述實施例2相同，其化學成分如下(wt。/。)C0.4%，Cr16.0%，Cu0%，Mo1.0%，Si0.75%，Mn0.65%，Fe81.20%。所制得的不銹鋼以標號4Crl6Mo表示。性能測試將上述實施例1和實施例2所得的不銹鋼試樣分別作性能對比試驗。切削性能試驗是在C6140車床上采用干切方式進行的；刀具選用YT15硬質合金刀具；前角、后角和主偏角分別為75、75和75度；或者為30、45和45度。記錄不同切削時間下的刀具的后刀面磨損。試驗一將實施例1中所得的4Crl3Cu1.4易切削不銹鋼和普通的4Crl3鋼以及普通含硫的4Crl3S易切削鋼作切削性能試驗，并進行比較。試驗結果參見圖1。圖1為各個不同鋼種的后刀面磨損-時間變化曲線比較圖。從圖1中可以看出，經本發明方法處理過的4Crl3Cu1.4易切削不銹鋼的切削性能明顯優于普通的4Crl3鋼，并接近于含硫的4Crl3S易切削不銹鋼的切削水平。試驗二將實施例2中所得的4Crl6MoCu1.3易切削不銹鋼和普通的4Crl6Mo鋼以及普通含硫的4Crl3S易切削鋼作切削性能試驗，并進行比較。試驗結果參見圖2。圖2為各個不同鋼種的后刀面磨損-時間變化曲線比較圖。從圖2中可以看出，經本發明方法處理過的4Crl6MoCu1.3易切削不銹鋼的切削性能明顯優于普通的4Crl6Mo鋼。電鏡微觀分析利用投射電鏡對4Crl3Cul.4鋼中的銅、石墨復合相的形態和大小進行觀察。可見到該鋼中的銅、石墨復合相的尺寸為10nm左右。從能譜圖中可看出該相的主要成分為單質銅和石墨C。該相的具體成分如下表1所示，其中石墨的含量多達37%。表1銅-石墨復合相的成分<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求1、一種銅碳易切削不銹鋼，其特征在于是有以下的化學成分及其重量百分比C0.1～0.6％Cr10.0～20.0％Cu1.0～2.0％Mo0.0～1.2％Si0.3～0.9％Mn0.4～1.0％Ni0.0％～2.0％Fe余量。2、權利要求1的一種銅碳易切削不銹鋼的制備方法，其特征在于是有以下的工藝過程和步驟a、將按上述配方配制好的配合料，以傳統常規的熔煉方法放于電感應爐或電弧爐內進行熔煉，再經電渣重熔后，鍛造或軋制成不銹鋼鋼胚。b、將上述鋼胚進行熱處理，先將該鋼坯進行淬火處理，淬火溫度為1000~1080°C，并按1.5min/mm的時間進行保溫；然后迅速油淬，冷卻至IO(TC以下；c、然后再將鋼胚于50070(TC下時效510小時，隨后在空氣中自然冷卻至室溫；經上述熱處理后的鋼胚即為銅碳易切削不銹鋼。全文摘要本發明涉及一種銅碳易切削不銹鋼及其制備方法。本發明易切削不銹鋼的化學組成(wt％)如下C0.1～0.6％，Cr10.0～20.0％，Cu1.0～2.0％，Mo0.0～1.2％，Si0.3～0.9％，Mn0.4～1.0％，Ni0.0％～2.0％，Fe余量。所述化學組成的不銹鋼經熱處理，即在1000～1080℃進行淬火處理，該溫度下保溫一段時間后，迅速油淬，冷卻至100℃以下，然后再在500～700℃下時效5～10小時，隨后冷卻至室溫，最終制得銅碳易切削不銹鋼。通過上述的熱處理，在鋼中形成銅-石墨復合相，且均勻分散于鋼基體中，由此可提高不銹鋼的切削性能。文檔編號C21D1/28GK101117687SQ20071004591公開日2008年2月6日申請日期2007年9月13日優先權日2007年9月13日發明者吳曉春,汪宏斌,耿鴻明,閔永安申請人:上海大學