CN103146971A

CN103146971A - 一种制备低铋含量铋锰铁合金的液相烧结方法

Info

Publication number: CN103146971A
Application number: CN2012105674124A
Authority: CN
Inventors: 苏旭平; 李节林; 王建华; 吴长军; 刘亚; 彭浩平
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Zaozhuang Xinxing Steel Structure Co.,Ltd.
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: CN103146971B

Abstract

本发明属于易切削合金钢铋合金化处理的铋锰铁添加剂的液相烧结制备方法，具体是往金属型模具里加入一定量已混合的纯铋粉和低碳锰铁粉，放于压片机中进行压制处理；加入的纯铋粉及低碳锰铁粉的混合粉末，随着压制处理保压过程的进行，粉末间隙将大量减少最终得到致密光亮的合金；将得到的合金坯料放入电炉内，在高于铋的熔点的几个温度下进行短时液相烧结后空冷，最终制备成适用于易切削钢合金化处理的低铋含量的铋锰铁合金添加剂；采用该制备方法得到的铋锰铁合金添加到钢液时铋的收得率较高，属于合金生产技术。

Description

一种制备低铋含量铋锰铁合金的液相烧结方法

技术领域

背景技术

金属铋呈银白色，有强烈的金属光泽，性脆，属于斜方晶系；我国铋的储量居世界第一位，约占全球储量的73%；由于铋无毒，且与铅的低熔点、高柔软性等许多方面的性能相近，因此可以广泛作为铅的替代品，将铋加在铸铁、钢和铝合金中用以改善其切削性能，目前含铋易切削钢已经成为现代制造业所迫切需要的一种原材料。

由于铋的熔点低（271.3℃），给铋易切削钢的合金化处理造成了很大的困难；因此，用金属铋作为易切削钢的处理添加剂几乎是不可能的，尽管已经有铋锰合金，但是由于铋锰合金的熔点低（仅为446℃），因此用它作为合金添加剂时，事实上仍然很困难；而中国专利检索和文献查询结果表明，合金化处理可行、用于易切削钢合金化处理的收得率较高的铋合金添加剂除了发明专利《铋锰铁合金》以外，尚未有见其它报道；但是，专利《铋锰铁合金》中描述的合金制备方法仍存在一些不足，比如是采用两步法制备铋锰铁合金，由于锰和铁的熔点较高，因此在每一步熔炼过程中都必须加热到1300℃~1500℃的高温，这样既浪费能源又增加铋元素的烧损；此外，铋锰铁合金中铋的含量高低直接影响铋的收得率，生产中需要一种低铋含量的铋锰铁合金，而采用熔铸方法制备低铋的铋锰铁合金时，易产生区域偏析，很难得到符合要求的中间合金；因此寻找一种新的铋含量较低的铋锰铁的制备工艺具有实际应用价值，也是现代冶金工业飞速发展的期盼，对于促进我国易切削钢的绿色环保生产、减少产品生产成本、提高产品质量和科技含量、增强我国易切削钢的产品质量和国际竞争能力具有深远的意义。

发明内容

本发明的目的是，提出一种低铋含量的铋锰铁合金添加剂的短时液相烧结制备方法，将它用于易切削合金钢铋合金化处理生产中，能提高铋的收得率。

本发明的技术方案是：

一种制备铋锰铁合金添加剂的液相烧结方法：

（1）往金属型模具里加入已混合均匀的纯铋粉和低碳锰铁粉，放于压片机中进行压制处理；

（3）在15~17MPa压强下保压，静置3-5分钟后卸压并取出所得的致密光亮的合金；

（4）将合金放于恒温电炉内保温后，空冷得到最终的铋锰铁合金添加剂，保温温度为250-400℃，保温时间为1h-4h。

所述的一种铋锰铁合金，其组分按照质量百分含量计算为：铋：15~20，锰：66~71，铁：13.4~14.3，碳：0~0.2%，其它不可避免的杂质:0~0.1%。

本发明的优点是：通过短时液相烧结法制备合金可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织，是一种快速制备铋锰铁合金的方法，可以有效地降低生产的资源和能源消耗，在保温烧结过程中粉末颗粒间将通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙度的冶金产品，通过加压成型及液相烧结制备得到合金也具有较高的致密度和强度。

附图说明

图1是用本发明液相烧结方法制备所得到的样品的普遍外观形貌图；

图2是用本发明液相烧结方法制备样品的组织的扫描电镜照片；从图2中可以明显的看出，此方法制备得到的合金组织都较为均匀，灰色为基体锰铁相，其中弥散分布着白色铋相，随着合金配比中的含铋量的略微增加，合金里的白色铋的分布也随之增多；

图3是采用熔炼方法制备的低铋含量铋锰铁合金的扫描电镜照片，可见有分层现象出现，环形内层的组织为铋基体内分布着铋锰相及锰铁相以及少量氧化物，环形外层的组织主要为锰铁基体内弥散分布着细小铋相。

具体实施方式

实施例1：设置本实施方案中的铋锰铁合金各原材料的配比为：纯铋为15wt.%，低碳锰铁合金为85wt.%；Bi: Mn: Fe: C (wt.%)=15.00:70.55:14.30:0.15；按本发明的技术方案的制备方法，将合金粉末混合后在压片机下进行模压保压成型，15MPa压强下保压，静置5分钟，再放于250℃恒温电炉内4h后空冷得到最终的铋锰铁合金；其外观形貌照片如图1的普遍外观形貌图所示，其截面扫描电镜照片如图2(a)所示。

实施例2：设置本实施方案中的铋锰铁合金各原材料的配比为：纯铋为15wt.%，低碳锰铁合金为85wt.%；Bi: Mn: Fe: C (wt.%)=15.00:70.55:14.30:0.15按本发明的技术方案的制备方法，将合金粉末混合后在压片机下进行模压保压成型，17MPa压强下保压，静置3分钟，再放于400℃恒温电炉内1h后空冷得到最终的铋锰铁合金；其截面扫描电镜照片如图2(b)所示。

实施例3：设置本实施方案中的铋锰铁合金各原材料的配比为：纯铋为20wt.%，低碳锰铁合金为80wt.%；Bi: Mn: Fe: C (wt.%)=20.00:66.40:13.46:0.14；按本发明的技术方案的制备方法，将合金粉末混合后在压片机下进行模压保压成型，16MPa压强下保压，静置4分钟，再放于250℃恒温电炉内4h后空冷得到最终的铋锰铁合金；其截面扫描电镜照片如图2(c)所示。

实施例4：设置本实施方案中的铋锰铁合金各原材料的配比为：纯铋为20wt.%，低碳锰铁合金为80wt.%；Bi: Mn: Fe: C (wt.%)=20.00:66.40:13.46:0.14；按本发明的技术方案的制备方法，将合金粉末混合后在压片机下进行模压保压成型，17MPa压强下保压，静置3分钟，再放于300℃恒温电炉内1h后空冷得到最终的铋锰铁合金；其截面扫描电镜照片如图2(d)所示。

实施例5：设置本实施方案中的铋锰铁合金各原材料的配比为：纯铋为20wt.%，低碳锰铁合金为80wt.%；Bi: Mn: Fe: C (wt.%)=20.00:66.40:13.46:0.14；按熔炼制备方法将以上铋锰铁合金粉在1380℃箱式电炉中熔炼保温40min后浇入预热到100℃的金属型内，得到厚度为12毫米的柱状铋锰铁合金，其横截面照片如图3(a)所示，其中环形外层基底的扫描电镜组织放大后的照片如图3(b)所示，其中环形内层的扫描电镜组织放大后的照片如图3(c)所示；从图3中可以看出经过熔炼制备方法得到的铋锰铁合金不均匀，有分层现象存在。

Claims

1.一种制备铋锰铁合金添加剂的液相烧结方法：其特征在于包括如下步骤：

（2）在15~17MPa压强下保压，静置3-5分钟后卸压并取出所得的致密光亮的合金；

（3）将合金放于恒温电炉内保温后，空冷得到最终的铋锰铁合金添加剂，保温温度为250-400℃，保温时间为1h-4h。

2.如权利要求1所述的一种制备铋锰铁合金添加剂的液相烧结方法：其特征在于：所述铋锰铁合金，其组分按照质量百分含量计算为：铋：15~20，锰：66~71，铁：13.4~14.3，碳：0~0.2%，其它不可避免的杂质:0~0.1%。

3.如权利要求1所述的一种制备铋锰铁合金添加剂的液相烧结方法：其特征在于：所述纯铋粉和低碳锰铁的粉颗粒尺寸均为200目，其中低碳锰铁粉的含锰量为83wt.%。