专利名称：：一种铜碳易切削不锈钢及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种铜碳易切削不锈钢及其制备方法，属合金钢材料制备
技术领域：
。技术背景随着航空、航天、石油和化工等行业的发展，不锈钢材料已得到广泛应用，但不锈钢由于韧性大、热强度高、导热系数低等特点而难以加工，因此改善不锈钢的切削性能成为不锈钢行业的重要课题。目前，主要通过添加易切削元素，例如硫、铅、硒以及碲元素来提高不锈钢的切削性能。然而，随着人们环保意识的增强，铅、硒、碲等有毒元素在工业生产上将逐渐被限制使用。硫元素虽然能够显著提高钢的切削性能，然而，硫元素在钢中形成的硫化物夹杂会降低钢的耐腐蚀性能，尤其是抗点蚀性能，因而不适合在不锈钢中使用。为了避免上述缺点，本专利通过向不锈钢中加入铜元素，并通过一种特殊的热处理工艺，在钢中形成铜、石墨复合的易切削相来提高钢的切削性能，并分析提出了铜、石墨复合相提高不锈钢切削性能的机理。经该方法处理的不锈钢的切削性能达到了含硫不锈钢的切削水平。
发明内容本发明的目的是提供一种铜碳易切削不锈钢。本发明一种铜碳易切削不锈钢，其特征在于是有以下的化学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:余量本发明一种铜碳易切削不锈钢的制备方法，其特征在于是有以下的工艺过程和步骤a、将按上述配方配制好的配合料，以传统常规的熔炼方法放于电感应炉或电弧炉内进行熔炼，再经电渣重熔后，锻造或轧制成不锈钢钢胚。b、将上述钢胚进行热处理，先将该钢坯进行淬火处理，淬火温度为100(K1080'C，并按1.5min/mm的时间进行保温；然后迅速油淬，冷却至100。C以下；c、然后再将钢胚于50070(TC下时效510小时，随后在空气中自然冷却至室温；经上述热处理后的钢胚即为铜碳易切削不锈钢。本发明铜碳易切削不锈钢的成分设计及制备工艺的理论依据如下所述(1)对于含铜不锈钢，由于合金含量一般都非常高，为了在淬火过程中使钢奥氏体化，并使碳化物尽可能的固溶到奥氏体中，所以选择淬火最低温度为IOO(TC，保温时间按1.5minAnm进行计算。(2)由于铜在钢中的溶解度低，生产中经常可以发现钢表面有时可以形成一层沉积铜。如果钢的淬火温度在铜的熔点(1083'C)以上则表面沉积的这层铜将形成液膜，将润湿钢的表面并沿晶界向钢内部浸润，最后导致严重的铜裂。因此，最高淬火温度选择为1080°C。(3)选择为50070(TC时效510小时，有利于铜、石墨复合相的析出，并能控制铜、石墨复合相的尺寸在1020nm范围内。(4)控制铜和碳元素以铜、石墨复合相的形式析出，该相的平均尺寸在1020nm范围内，甚至更小，并且均匀的分散于基体中。铜、碳复合相中的石墨含量为10~20%，甚至更多，其余成分为单质铜。铜、石墨复合相中的铜元素可以降低不锈钢的屈服强度，从而使不锈钢在刀具的挤压作用下更易发生剪切塑性变形，从而降低了刀具的磨损；铜、石墨复合相中大量的石墨可使其作为固体润滑剂存在于钢基体中，在切削过程中能够润滑刀具，从而提高了不锈钢的切削性能。图1为本发明实施例1中4Crl3Cu1.4合金钢与比较例4Crl3钢以及含硫4Crl3钢的后刀面磨损-时间变化曲线比较图。图2为本发明实施例2中4Crl6MoCu1.3合金钢与比较例4Crl6Mo钢的后刀面磨损一时间变化曲线比较图。具体实施方式现将本发明的实施例具体叙述于后。实施例1本实施例中的工艺过程和步骤如下本实施例中的铜碳易切削不锈钢的化学组成如下(Wt%)C0.4%Cr13.0%Cu1.4%Mo0%Si0.42。/。Mn0.70%Fe84.08%上述不锈钢以标号4Crl3Cul.4表示。其制备过程和步骤如下(1)将按上述配方配制好的配合料，以传统常规的熔炼方法放于电感应炉或电弧炉内进行熔炼，再经电渣重熔后，锻造或轧制成不锈钢钢胚。(2)将上述钢胚试样进行热处理，先将该钢坯进行淬火处理，淬火温度为102(TC下淬火，并按1.5min/mm的时间进行保温，然后迅速油淬，冷却到IO(TC以下取出，此时其硬度为52~54HRC。(3)将淬火后的钢胚在60(TC下时效5小时，随后在空气中自然冷却到室温，即得铜碳易切削不锈钢。作为比较例，将不含Cu的不锈钢来作比较，该不含Cu钢的化学成分和制备过程与上述实施例1相同，其化学成分如下(wt%):C0,4%,Cr13.0%,Cu0%,Mo0%,Si0.42%,Mn0.70%，Fe85.48%。所制得的不锈钢以标号4Cd3表示。实施例2本实施例中的工艺过程和步骤如下本实施例中的铜碳易切削不锈钢的化学组成如下(Wt%)c0.4%Cr16.0%Cu1.3%Mo1.0%Si0.75%Mn0.65%Fe79.90%上述不锈钢以标号4Crl6MoCul.3表示。其制备过程和步骤如下(1)将按上述配方配制好的配合料，以传统常规的熔炼方法放于电感应炉或电弧炉内进行熔炼，再经电渣重熔后，锻造或轧制成不锈钢钢胚。(2)将上述钢胚试样进行热处理，先将该钢坯进行淬火处理，淬火温度为1050'C下淬火，并按1.5min/mm的时间进行保温，然后迅速油淬，冷却到IO(TC以下取出，此时其硬度为5355HRC。(3)将淬火后的钢胚在650'C下时效6小时，随后在空气中自然冷却到室温，即得铜碳易切削不锈钢。作为比较例，将不含Cu的不锈钢来作比较，该不含Cu钢的化学成分和制备过程与上述实施例2相同，其化学成分如下(wt。/。)C0.4%，Cr16.0%，Cu0%，Mo1.0%，Si0.75%，Mn0.65%，Fe81.20%。所制得的不锈钢以标号4Crl6Mo表示。性能测试将上述实施例1和实施例2所得的不锈钢试样分别作性能对比试验。切削性能试验是在C6140车床上采用干切方式进行的；刀具选用YT15硬质合金刀具；前角、后角和主偏角分别为75、75和75度；或者为30、45和45度。记录不同切削时间下的刀具的后刀面磨损。试验一将实施例1中所得的4Crl3Cu1.4易切削不锈钢和普通的4Crl3钢以及普通含硫的4Crl3S易切削钢作切削性能试验，并进行比较。试验结果参见图1。图1为各个不同钢种的后刀面磨损-时间变化曲线比较图。从图1中可以看出，经本发明方法处理过的4Crl3Cu1.4易切削不锈钢的切削性能明显优于普通的4Crl3钢，并接近于含硫的4Crl3S易切削不锈钢的切削水平。试验二将实施例2中所得的4Crl6MoCu1.3易切削不锈钢和普通的4Crl6Mo钢以及普通含硫的4Crl3S易切削钢作切削性能试验，并进行比较。试验结果参见图2。图2为各个不同钢种的后刀面磨损-时间变化曲线比较图。从图2中可以看出，经本发明方法处理过的4Crl6MoCu1.3易切削不锈钢的切削性能明显优于普通的4Crl6Mo钢。电镜微观分析利用投射电镜对4Crl3Cul.4钢中的铜、石墨复合相的形态和大小进行观察。可见到该钢中的铜、石墨复合相的尺寸为10nm左右。从能谱图中可看出该相的主要成分为单质铜和石墨C。该相的具体成分如下表1所示，其中石墨的含量多达37%。表1铜-石墨复合相的成分<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1、一种铜碳易切削不锈钢，其特征在于是有以下的化学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、权利要求1的一种铜碳易切削不锈钢的制备方法，其特征在于是有以下的工艺过程和步骤a、将按上述配方配制好的配合料，以传统常规的熔炼方法放于电感应炉或电弧炉内进行熔炼，再经电渣重熔后，锻造或轧制成不锈钢钢胚。b、将上述钢胚进行热处理，先将该钢坯进行淬火处理，淬火温度为1000~1080°C，并按1.5min/mm的时间进行保温；然后迅速油淬，冷却至IO(TC以下；c、然后再将钢胚于50070(TC下时效510小时，随后在空气中自然冷却至室温；经上述热处理后的钢胚即为铜碳易切削不锈钢。全文摘要本发明涉及一种铜碳易切削不锈钢及其制备方法。本发明易切削不锈钢的化学组成(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。所述化学组成的不锈钢经热处理，即在1000～1080℃进行淬火处理，该温度下保温一段时间后，迅速油淬，冷却至100℃以下，然后再在500～700℃下时效5～10小时，随后冷却至室温，最终制得铜碳易切削不锈钢。通过上述的热处理，在钢中形成铜-石墨复合相，且均匀分散于钢基体中，由此可提高不锈钢的切削性能。文档编号C21D1/28GK101117687SQ20071004591公开日2008年2月6日申请日期2007年9月13日优先权日2007年9月13日发明者吴晓春,汪宏斌,耿鸿明,闵永安申请人:上海大学