[发明专利]一种环保型高强度易切削钢用铋锆合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种铋锆合金，具体涉及一种用于环保型高强度易切削合金钢合金化处理的铋锆合金，属于合金钢（C22C合金）制备技术领域。

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(271.3℃)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℃)，而铋锰合金的熔点更低(446℃)；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。

锆是一种过渡族金属元素，呈银白色，它具有熔点高、密度适中、良好的强度和塑性匹配。锆是一个强氧化物、强氮化物形成元素，其化合物不仅熔点高(如ZrO₂熔点为2677℃，ZrN熔点为3255℃)，硬度也高，在钢中可以抑制奥氏体晶粒长大。含V，Ti和Zr的合金能代替铝脱氧，可大大减少非金属夹杂物对钢的使用性能的有害影响；研究表明，在高强度低合金钢中加入合金元素锆能使夹杂物的大小、形态及分布均得到了明显改善，形成颗粒细小、圆形或近圆形、呈弥散分布的夹杂物。夹杂物一般是由TiO₂、A1₂O₃、ZrO₂及MnS组成的复合夹杂物，TiO₂、A1₂O₃、ZrO₂位于复合夹杂物的中心部位，MnS位于外层。锆微合金化使钢中夹杂物尺寸、形态和分布得到改善，能明显提高钢的机械性能。

钢中添加铋元素后，虽然可以改善其切削性能，但是钢的机械性能有所下降。为此，提供一种合金化处理可行，既可以提高钢的机械性能、又能提高铋元素的收得率的所述环保型高强度易切削合金钢合金化处理添加剂，便成为现代冶金工业的追求目标。

发明内容

本发明旨在提供一种合金化处理可行，既能提高钢的机械性能、又有较高收得率的铋锆合金，满足环保型高强度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：

    一种铋锆合金，其特征在于：所述铋锆合金的组分按重量百分含量计算分别为：铋：15~82%；不可避免的杂质：≤1.2%；锆：余量。

    本发明的一种典型的技术方案是：

    一种铋锆合金，其特征在于：所述铋锆合金的组分按重量百分含量计算分别为：铋：45%~75%；不可避免的杂质：≤1.2%；锆：余量。

    本发明所述铋锆合金呈块状，其块度在10~50mm范围内；或者呈粒状，其粒径在1.0～10mm范围内。

    本发明所述不可避免的杂质，是指在铋锆合金的制备过程中，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，主要是指铪、铁、铬、碳、氮、氢和氧，其中铁+铬的重量百分含量≤0.2％。

上述技术方案得以实施后，由于本发明铋的重量百分含量最高可达82％，且所述本发明熔点较高(BiZr熔点为1302℃, Bi₂Zr₃熔点为1497℃)，而其比重与铁相当或者略大于铁的比重，因而采用本发明铋锆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；由于铋锆合金的熔点较高，因此铋的收得率很高，可达95％以上；此外、锆元素能起到脱氧和改善钢中夹杂物的大小、形态和分布的作用，对提高钢的机械性能十分有利，因此本发明能满足环保型易切削钢用合金添加剂的要求。

具体实施方式

实施例1：一种铋锆合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋20，不可避免的杂质铪、铁、铬、碳、氮、氢和氧的总和为1.0％，余量为锆；其产品呈块状，块度为20mm。