[发明专利]一种高强度无铅易切削钢的制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种金属材料的制造技术，特别是无铅易切削钢的制造方法。

背景技术

随着机械加工高速化、精密化、自动化的发展，特别是汽车工业、精密仪表工业和家用电器的发展，各种零配件的形状越来越复杂、加工要求越来越高。机加工成本在零部件制造成本的中的比例越来越高，有时甚至达到零部件制造成本的40%～60%，市场迫切需要切削性能优良的钢材的来降低加工成本。

在易切削钢中，硫化锰是有利夹杂物在钢切削加工时作为内部应力集中源易断屑，并在刀具与加工件之间形成润滑作用，降低了刀具的磨损，从而改变了钢的切削性。但硫化锰本是钢中的一种有害夹杂，由于硫化锰的存在，钢在轧制过程中使硫化锰沿轧制方向变形，使钢表现出各向异性，降低了易切削钢的力学性能。

铅在钢中的固溶度几乎为零，一般以金属夹杂物单独存在，或者附着在硫化物等夹杂物上，大多以直径1～2μm的球状形式存在。在切削加工过程中，铅颗粒主要起润滑的作用，也容易使切屑卷曲和起脆化作用而改善断屑特性。铅颗粒软而脆的特性能显著降低刀具磨损并改善钢表面的光滑度。但铅的质量密度大，容易在钢中引起偏析。所以铅易切削钢的接触疲劳强度低。所以不能用于疲劳应力负荷大的零部件，如:齿轮、轴承。

钙系易切削钢制造时产品合格率低，成本高。镁系易切削钢则由于镁容易氧化，提高了易切削钢的生产成本。而碲、硒、钛易切削钢，锡系易切削钢，铋系易切削钢而由于加入了高价甚至昂贵、稀有金属，明显提高了易切削钢的成本，对其市场推广非常不利。而且铋对人体的影响目前尚不清楚，在一些国家和地区的铋系合金的应用还受到一定的限制。

总之，现有的易切削钢都存在着力学性能偏低的问题，在载荷大的场合其应用受到限制。普通的高强度钢的切削性能不佳，零配件的机加工成本高，对其市场推广应用不利。目前市场需要一种强度高而成本不高的无铅易切削钢，本发明正是为解决此问题，发明了一种高强度无铅易切削钢，特别是满足小型件、异型件的加工需求。

发明内容

本发明的目的在于有效解决铅系易切削钢污染环境的问题，为家用电器、精密机械、仪器仪表、汽车工业、五金工具等领域的小型结构件提供一种高强度的无铅易切削钢的制备方法，实现无铅易切削钢的无铅、无铋且高强化。

本发明的具体内容：

本发明中的铁粉种类为雾化铁粉、还原铁粉或者雾化铁粉与还原铁粉的混合粉。将铁粉、铜粉、石墨微粉、分散剂PVA与粘结剂一起混合均匀与压制、烧结成烧结试样或产品。

本发明工艺流程如下：

各种粘结剂和粉末按以下质量分数进行配比：粘结剂硬脂酸锌质量分数为0.5%-1.0%；铜粉0.9%-1.2%，铜粉的粒度为≤43μm；石墨微粉的质量分数为0.3%-0.8%，石墨微粉的粒度为1-5μm；分散剂PVA的质量分数为0.3%-0.5%；余量为铁粉，铁粉的粒度≤106μm。粉末混料采用V型混料器(不放球)或行星式球磨架(球料质量比1:8)，混料时间5-7小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为：从室温开始加热至烧结温度，加热时间2-5小时，充分去除粘结剂，烧结温度1120-1160℃，烧结时间45-75min，烧结气氛为还原性气氛或真空，烧结完后通水冷却到室温。

分别取试样测试易切削钢的布氏硬度、切削性能(包括表面粗糙度、表面温度和细屑百分比)和力学性能(包括抗拉强度和延伸率)。切削加工时将所有的切屑收集起来，然后将切屑过14目标准筛，筛前称取所有切屑的质量，筛后称取筛下细屑的质量，用细屑的质量比切屑的总质量来计算细屑百分比。

本发明的原理：