利用水冷制备铋锰铁合金的方法技术

本发明专利技术属于易切削合金钢铋合金化处理的铋锰铁添加剂的水冷及均匀化处理的制备方法，具体以纯铋与低碳锰铁中间合金为原料，在箱式电炉中于一定温度下熔炼成铋锰铁固液混合体后浇入一定范围内的温水中，实现水冷凝固以及采用均匀化处理，以获得适用于易切削钢合金化处理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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于易切削合金钢铋合金化处理的铋锰铁添加剂的水冷及均匀化处理的制备方法，具体以纯铋与低碳锰铁中间合金为原料，在箱式电炉中于一定温度下熔炼成铋锰铁固液混合体后浇入一定范围内的温水中，实现水冷凝固以及采用均匀化处理，以获得适用于易切削钢合金化处理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。
技术介绍
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°C)，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°C)，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专利技术专利《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°C 1500°C的高温，这样既浪费能源又增加铋元素的烧损，因此寻找一种熔炼温度更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。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提出一种高温熔炼、温水快速凝固及均匀化处理方法，制备易切削合金钢铋合金化处理的铋锰铁合金添加剂，使该合金适用于易切削钢的铋合金化处理、且铋收得率高。本专利技术的技术方案之一是，所述的一种铋锰铁合金，其组分和各组分的原子百分含量是铋40 49%，锰39 48%，铁8 9%，碳0 2%，不可避免的杂质0 1%;转化为质量百分含量是-M :72. 3 80%，锰:17 23. 3%,铁:3 4. 4%,碳:0 0. 2%,其它不可避免的杂质:0 0. 1%。本专利技术的的一种典型的技术方案是所述的一种铋锰铁合金其组分和各组分的原子百分含量是铋40 45%，锰44 48%，铁8 9%，碳0 2%，不可避免的杂质0 1% ;转化为质量百分含量是铋72. 3 76%，锰:20 23. 3%,铁3. 7 4. 4%,碳:0 0. 2%,其它不可避免的杂质(T0. 1%。上述技术方案得到的铋锰铁合金由于含铋质量百分含量高于70%，其比重>铁的比重，因而采用本专利技术作炉前合金化处理，是可行的，也是很方便的，由于铋锰铁合金的熔点较高，因此铋的收得率高，从而实现了本专利技术的目的。本专利技术的技术方案之二是，一种易切削合金钢铋合金化处理的铋锰铁合金添加剂的水冷制备方法 A、将低碳锰铁中间合金放于刚玉坩埚底部，纯铋放于上部，在其表面加盐类覆盖剂覆盖以防氧化，将刚玉坩埚置于箱式炉中； B、将箱式炉升温至1100°C 1300°C，开始熔炼，熔炼保温时间控制在lh，熔炼过程中铋锰铁合金呈固液混合熔融状态，保温过程中在箱式电炉内对金属液搅拌2 3次使固-液混合熔体均匀，每次搅拌后均在熔体表面加盐类覆盖剂覆盖，最后一次搅拌后在炉内静置3 5分钟出炉； C、将熔炼后的熔体取出箱式炉快速浇入3(T75°C范围内的温水里，实现水冷凝固，制备成厚度在0. 5^15毫米范围、宽度在0. 5^100毫米范围的铋锰铁中间合金块，根据需要可破碎成0. 5^10毫米的颗粒状合金； D、将以上水冷得到的合金干燥后放入石墨坩埚内，在400°C的电炉内进行8h均匀化处理后空冷，注意对合金采用盐类覆盖剂进行完全覆盖，制备得到铋锰铁合金添加剂。所述A、B及D步骤中的盐类覆盖剂为经过脱水处理的质量分数分别为50%的KCl和50%的NaCl均匀混合粉末，用于防止熔体氧化，减少合金元素的烧损和净化熔体。所述A步骤中的纯铋及锰铁中间合金均为块状，锰铁中间合金为低碳锰铁合金，含Mn的质量百分比为83 84wt. %。 所述的一种铋锰铁合金的制备方法，其特征在于所述铋锰铁合金呈块状，其厚度在0. 5 15mm范围，宽度在0. 5 IOOmm范围；或者呈粒状，其粒径在0. 5 IOmm范围，所述不可避免的杂质，主要是指硫、磷、和硅，其中硫和磷的质量百分含量均< 0. 1%。所述A、B及D步骤中所用的盐类覆盖剂为分析纯化学试剂KCl和NaCl的均匀混合物，使用前将其在300°C下烘烤5小时去除结晶水，然后按质量比1:1均匀混合，保存于100°C恒温干燥箱中以备使用。将锰铁中间合金放于坩埚底部，纯铋放于上部的目的是为了使铋锰铁中间合金熔体尽量均匀混合，因为铋的比重比锰铁合金大很多，让比重大的纯铋放在上面时，首先熔化的纯铋将逐渐渗入，锰铁中间合金块体之间，并与之反应生成铋锰化合物；在熔炼温度保温过程中进行适当搅拌是为了使未熔的锰铁合金能尽量溶入或使其均匀分布在合金液中，搅拌后加盐类覆盖剂覆盖能起到减少熔体氧化、减少合金元素的烧损和净化熔体的作用；随熔炼时间越长，铋元素的烧损也将加大，因此熔炼时间不能太长，一般控制为Ih ;此夕卜，由于纯锰、纯铁和锰铁合金的熔点较高，为减少铋元素的烧损，铋锰铁合金的熔炼温度控制在稍低于锰铁合金的熔点即控制在1100°c 1300°C范围内，此时为固-液混合状态；在常温下的水只有十几度，直接把熔炼的高温熔体倒入常温下的水里进行水冷凝固，由于水温较低，熔体会在水中瞬间炸裂开，发出特别大的响声，得到的均为碎粒多孔状细小产物，拿出在空气中时易被快速氧化，在实际生产应用中价值不是太大，而温水中水冷，声响特别小，得到的许多是块状片状物，综合各方面而言温水效果较佳，因此水冷的水温确定为3(T75°C，由于水冷的冷却速度很快，得到的合金通过均匀化处理后效果更佳。本专利技术的优点是水冷制备得到的铋锰铁合金中，铋元素能充分和锰反应生成BiMn相,剩余的猛铁相弥散分布于纯秘和BiMn相之间，起到提高合金熔点的作用，本专利技术制备的铋锰铁合金，具有在易切削钢的铋合金化处理过程中铋收得率较高的特点，适用于作为易切削钢合金化处理的添加剂。附图说明图l(a)、l(b)、l(c)和1(d)分别表示所述原子百分比只含铋和锰元素时为Bi : Mn=50:50，若把三元素进行原子百分含量的比较是Bi : Mn: Fe=45. 7:45. 7:8. 6的所配成分在1100°c熔炼后经30、45、60、75°C水冷凝固后得到的铋锰铁合金的SEM照片；所述成分配比转化为三种元素的重量百分含量的比较是Bi:Mn:Fe=76. 20:19. 75:4.01,若转化为称量物的重量百分含量的比较是纯铋锰铁合金=76. 2:23. 8，图1(e)表示所述原子百分比只含铋和锰元素时为Bi:Mn=45:55，若把三元素进行原子百分含量的比较是 Bi:Mn:Fe=40. 8:49. 9:9. 3，重量百分含量的比较是 本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用水冷制备铋锰铁合金的方法，其特征在于包括如下步骤：A、将低碳锰铁中间合金放于刚玉坩埚底部，纯铋放于上部，在其表面加盐类覆盖剂覆盖以防氧化，将刚玉坩埚置于箱式炉中；?B、将箱式炉升温至1100℃~1300℃，开始熔炼，熔炼保温时间控制在1h，熔炼过程中铋锰铁合金呈固液混合熔融状态，保温过程中在箱式电炉内对金属液搅拌2~3次使固?液混合熔体均匀，每次搅拌后均在熔体表面加盐类覆盖剂覆盖，最后一次搅拌后在炉内静置3~5分钟出炉；C、将熔炼后的熔体取出箱式炉快速浇入30~75℃范围内的温水里，实现水冷凝固，制备成厚度在0.5~15毫米范围、宽度在0.5~100毫米范围的铋锰铁中间合金块，根据需要可破碎成0.5~10毫米的颗粒状合金；D、将以上水冷得到的合金干燥后放入石墨坩埚内，在400℃的电炉内进行8h均匀化处理后空冷，注意对合金采用盐类覆盖剂进行完全覆盖，制备得到铋锰铁合金。

【技术特征摘要】
1.利用水冷制备铋锰铁合金的方法，其特征在于包括如下步骤A、将低碳锰铁中间合金放于刚玉坩埚底部，纯铋放于上部，在其表面加盐类覆盖剂覆盖以防氧化，将刚玉坩埚置于箱式炉中；B、将箱式炉升温至1100°C 1300°C，开始熔炼，熔炼保温时间控制在lh，熔炼过程中铋锰铁合金呈固液混合熔融状态，保温过程中在箱式电炉内对金属液搅拌2 3次使固-液混合熔体均匀，每次搅拌后均在熔体表面加盐类覆盖剂覆盖，最后一次搅拌后在炉内静置3 5 分钟出炉；C、将熔炼后的熔体取出箱式炉快速浇入3(T75°C范围内的温水里，实现水冷凝固，制备成厚度在O. 5^15毫米范围、宽度在O. 5^100毫米范围的铋锰铁中间合金块，根据需要可破碎成O. 5^10毫米的颗粒状合金；D、将以上水冷得到的合金干燥后放入石墨坩埚内，在400°C的电炉内进行8h均匀化处理后空冷，注意对合金采用盐类覆盖剂进行完全覆盖，制备得到铋锰铁合金。2.如权利要求I所述的利用水冷制备铋锰铁合金的方法，其特征在于所述的铋锰铁合金，其组分和各组分的原子百分含量是铋40 49%，锰39 48%，铁8、%， 碳(Γ2%，不可避免的杂质(Tl% ;转化为质量百分含量是铋72. 3 80%，锰17^23. 3%, 铁:3 4. 4%,碳:0 0· 2%,其它不可避免的杂质:0 0· 1%。3.如权利要求2所述的利用水冷制备铋锰铁合金的方法，其特征在于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建华，李节林，陈平，苏旭平，陈洪，
申请(专利权)人：常州大学，常州武帆合金有限公司，
类型：发明
国别省市：