专利名称：一种铋钛铁合金及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铋钛铁合金，具体涉及一种用于易切削合金钢合金化处理的铋钛铁合金，属于合金(C22C合金)生产技术。
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. 30C )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°C )，而铋锰合金的熔点更低G46°C )，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°C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，收得率高的铋钛铁合金，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
一种铋钛铁合金，其特征在于，所述铋钛铁合金的组分按重量百分含量计算分别为 铋15% 68% ；钛15% 68% ；碳^ 1% ；不可避免的杂质^ 0. 8% ； 铁5 70%。本发明的一种典型的技术方案是
一种铋钛铁合金，各组分的重量百分含量是(％ )铋45 55 ；钛2(Γ35 ； 碳彡1 ；不可避免的杂质0. 8 ；铁20 35。本发明所述铋钛铁合金呈块状，其块度在l(T60mm范围内；或者呈粒状，其粒径在 0. 5 IOmm范围内。本发明所述不可避免的杂质，是指在铋钛铁合金的制备过程中，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68%，且所述本发明熔点较高(在1300°C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铁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，由于铋钛铁合金的熔点较高，因此铋的收得率很高，从而实现了本方面的最终目的。
图1是使用五种不同铋含量的铋钛铁合金合金化处理Q235钢后的切削实验曲线。
具体实施例方式实施例1 一种铋钛铁合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％ )铋15，钛 64，碳< 1，不可避免的杂质硫、磷、锰和硅的总和< 0.8，余量为铁；其产品呈块状，块度为 45mm。实施例2:—种铋钛铁合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)铋47，钛 32，碳< 1，不可避免的杂质硫、磷、锰和硅的总和< 0.8，余量为铁；其产品呈粒状，粒径在 0. 5 IOmm范围内。实施例3 —种铋钛铁合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％ )铋51，钛观，碳< 1，不可避免的杂质硫、磷、锰和硅的总和< 0.8，余量为铁；其产品呈块状，块度为 25mm。实施例4 一种铋钛铁合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％ )祕55，钛对，碳< 1，不可避免的杂质硫、磷、锰和硅的总和< 0.8，余量为铁；其产品呈粒状，粒径在 0. 5 IOmm范围内。实施例5:—种铋钛铁合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)铋68，钛 11，碳< 1，不可避免的杂质硫、磷、锰和硅的总和< 0.8，余量为铁；其产品呈块状，块度为 60mmo由于本发明的铋钛铁合金主要由各种脆性金属间化合物组成，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铁中间合金，本发明的制备方法为将金属铋、海绵钛、生铁和废钢按配比配料，为了有效减少金属铋的烧损，先行熔化生铁和废钢，再将海绵钛加入并进行搅拌，以使钛充分溶解到铁液中，在此过程中，随着钛的不断加入，对合金液进行加热升温，直至海绵钛完全溶解并均勻混合后再用钟罩将金属铋压入金属液中并进行搅拌，以使铋充分溶解到铁钛合金液中，待金属铋完全溶解均勻后尽快把合金液浇注到铸锭模内快速冷却，即制成本发明铋钛铁合金锭。本发明初样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96%以上。实施例6 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铁合金1 并保持5分钟，该合金成分为(％)铋15，钛64，碳< 1，不可避免的杂质硫、磷、锰和硅的总和< 0. 8，余量为铁；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500gX (目标元素Bi含量0. 17% 一钢中该元素含量0)/合金中该元素含量15%X合金中该元素收得率97%，控制钢液温度在1600°C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7 将Q235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铁合金2并保持5分钟，该合金成分为(％)铋47，钛32，碳< 1，不可避免的杂质硫、磷、锰和硅的总和< 0. 8，余量为铁；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. 884g =钢水质量500gX (目标元素Bi含量0. 17% 一钢中该元素含量0) /合金中该元素含量47%X合金中该元素收得率96%，控制钢液温度在1600°C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 将Q235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铁合金3并保持5分钟，该合金成分为(％)铋51，钛观，碳< 1，不可避免的杂质硫、磷、锰和硅的总和<0.8，余量为铁；其产品呈块状，块度为25mm。合金加入量按照此公式计算合金加入量1. 736g =钢水质量500gX (目标元素Bi含量0. 17% 一钢中该元素含量0) /合金中该元素含量51%X合金中该元素收得率96%，控制钢液温度在1600°C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 将Q235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铁合金4并保持5分钟，该合金成分为(％)铋55，钛M，碳< 1，不可避免的杂质硫、磷、锰和硅的总和< 0. 8，余量为铁；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. 610g =钢水质量500gX (目标元素Bi含量0. 17% 一钢中该元素含量0) /合金中该元素含量55%X合金中该元素收得率96%，控制钢液温度在1600°C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 将Q235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铁合金5并保持5分钟，该合金成分为(％)铋68，钛11，碳< 1，不可避免的杂质硫、磷、锰和硅的总和< 0. 8，余量为铁；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. 302g =钢水质量500gX (目标元素Bi含量0. 17% 一钢中该元素含量0) /合金中该元素含量68%X合金中该元素收得率96%，控制钢液温度在1600°C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6、7、8、9、10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铁合金对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。下表为本发明铋钛铁合金合金化处理Q235钢后获得的铋钛易切削钢的力学性能表
权利要求
1.一种铋钛铁合金，其特征在于所述铋钛铁合金的组分按重量百分含量计算分别为铋15% 68% ；钛15% 68% ；碳^ 1% ；不可避免的杂质^ 0. 8% ；铁5 70%。
2.如权利要求1所述的一种铋钛铁合金，其特征在于各组分的重量百分含量是 (% )铋45 55 ；钛:20 35 ；碳^ 1 ；不可避免的杂质^ 0. 8 ；铁20^350
3.如权利要求1所述的一种铋钛铁合金，其特征在于所述铋钛铁合金呈块状，其块度在l(T60mm范围内；或者呈粒状，其粒径在0. 5 IOmm范围内。
4.如权利要求1所述的一种铋钛铁合金，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%。
5.如权利要求1所述的一种铋钛铁合金的制备方法，具体为将金属铋、海绵钛、生铁和废钢按配比配料，先行熔化生铁和废钢，再将海绵钛加入并进行搅拌，以使钛充分溶解到铁液中，在此过程中，随着钛的不断加入，对合金液进行加热升温，直至海绵钛完全溶解并均勻混合后再用钟罩将金属铋压入金属液中并进行搅拌，以使铋充分溶解到铁钛合金液中，待金属铋完全溶解均勻后把合金液浇注到铸锭模内快速冷却，即制成铋钛铁合金锭。
6.如权利要求1所述的一种铋钛铁合金在易切削合金钢合金化处理中的用途。
全文摘要
一种铋钛铁合金，属于易切削合金钢制备技术领域。所述铋钛铁合金以其组分和各组分的重量百分含量是铋15-68wt.％，钛15-68wt.％，不可避免的杂质≤0.8wt.％，铁5~70%。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。
文档编号C22C12/00GK102191406SQ20111011345
公开日2011年9月21日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者刘亚, 吴长军, 涂浩, 王建华, 苏旭平 申请人:常州大学