專利名稱：一種制備低鉍含量鉍錳鐵合金的液相燒結方法
技術領域：
本發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，放于壓片機中進行壓制處理；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，在高于鉍的熔點的幾個溫度下進行短時液相燒結后空冷，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鉍的收得率較高，屬于合金生產技術。
背景技術：
金屬鉍呈銀白色，有強烈的金屬光澤，性脆，屬于斜方晶系；我國鉍的儲量居世界第一位，約占全球儲量的73% ;由于鉍無毒，且與鉛的低熔點、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成為現代制造業所迫切需要的一種原材料。由于鉍的熔點低(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，盡管已經有鉍錳合金，但是由于鉍錳合金的熔點低(僅為446°C )，因此用它作為合金添加劑時，事實上仍然很困難；而中國專利檢索和文獻查詢結果表明，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明專利《鉍錳鐵合金》以外，尚未有見其它報道；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，易產生區域偏析，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際應用價值，也是現代冶金工業飛速發展的期盼，對于促進我國易切削鋼的綠色環保生產、減少產品生產成本、提高產品質量和科技含量、增強我國易切削鋼的產品質量和國際競爭能力具有深遠的意義。
發明內容
本發明的目的是，提出一種低鉍含量的鉍錳鐵合金添加劑的短時液相燒結制備方法，將它用于易切削合金鋼鉍合金化處理生產中，能提高鉍的收得率。本發明的技術方案是:
一種制備鉍錳鐵合金添加劑的液相燒結方法:
(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，放于壓片機中進行壓制處理；
(3)在15 17MPa壓強下保壓，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，保溫時間為 lh-4h。所述的一種鉍錳鐵合金，其組分按照質量百分含量計算為:鉍:15 20，錳:66 71，鐵:13.4 14.3，碳:0 0.2%，其它不可避免的雜質:0 0.1%。本發明的優點是:通過短時液相燒結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的資源和能源消耗，在保溫燒結過程中粉末顆粒間將通過擴散、再結晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化學過程，成為具有一定孔隙度的冶金產品，通過加壓成型及液相燒結制備得到合金也具有較高的致密度和強度。
圖1是用本發明液相燒結方法制備所得到的樣品的普遍外觀形貌 圖2是用本發明液相燒結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，可見有分層現象出現，環形內層的組織為鉍基體內分布著鉍錳相及錳鐵相以及少量氧化物，環形外層的組織主要為錳鐵基體內彌散分布著細小鉍相。
具體實施例方式實施例1:設置本實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 ;按本發明的技術方案的制備方法，將合金粉末混合后在壓片機下進行模壓保壓成型，15MPa壓強下保壓，靜置5分鐘，再放于250°C恒溫電爐內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。實施例2:設置本實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 按本發明的技術方案的制備方法，將合金粉末混合后在壓片機下進行模壓保壓成型，17MPa壓強下保壓，靜置3分鐘，再放于400°C恒溫電爐內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。實施例3:設置本實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 ;按本發明的技術方案的制備方法，將合金粉末混合后在壓片機下進行模壓保壓成型，16MPa壓強下保壓，靜置4分鐘，再放于250°C恒溫電爐內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。實施例4:設置本實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 ;按本發明的技術方案的制備方法，將合金粉末混合后在壓片機下進行模壓保壓成型，17MPa壓強下保壓，靜置3分鐘，再放于300°C恒溫電爐內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。實施例5:設置本實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后澆入預熱到100°C的金屬型內，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，其中環形內層的掃描電鏡組織放大后的照片如圖3(c)所示；從圖3中可以看出經過熔煉制備方法得到的鉍錳鐵合金不均勻，有分層現象存 在。
權利要求
1.一種制備鉍錳鐵合金添加劑的液相燒結方法: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，放于壓片機中進行壓制處理； (2)在15 17MPa壓強下保壓，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，保溫時間為 lh-4h。
2.如權利要求1所述的一種制備鉍錳鐵合金添加劑的液相燒結方法:其特征在于:所述鉍錳鐵合金，其組分按照質量百分含量計算為:鉍:15 20，錳:66 71，鐵:13.ri4.3，碳:(T0.2%，其它不可避免的雜質:(T0.1%。
3.如權利要求1所述的一種制備鉍錳鐵合金添加劑的液相燒結方法: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，放于壓片機中進行壓制處理；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，在高于鉍的熔點的幾個溫度下進行短時液相燒結后空冷，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鉍的收得率較高，屬于合金生產技術。
文檔編號C22C1/05GK103146971SQ20121056741
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者蘇旭平, 李節林, 王建華, 吳長軍, 劉亞, 彭浩平 申請人:常州大學