專利名稱：一種高強(qiáng)度無鉛易切削鋼的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種金屬材料的制造技術(shù)，特別是無鉛易切削鋼的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)械加工高速化、精密化、自動(dòng)化的發(fā)展，特別是汽車工業(yè)、精密儀表工業(yè)和家用電器的發(fā)展，各種零配件的形狀越來越復(fù)雜、加工要求越來越高。機(jī)加工成本在零部件制造成本的中的比例越來越高，有時(shí)甚至達(dá)到零部件制造成本的40% 60%，市場迫切需要切削性能優(yōu)良的鋼材的來降低加工成本。在易切削鋼中，硫化錳是有利夾雜物在鋼切削加工時(shí)作為內(nèi)部應(yīng)力集中源易斷屑，并在刀具與加工件之間形成潤滑作用，降低了刀具的磨損，從而改變了鋼的切削性。但硫化錳本是鋼中的一種有害夾雜，由于硫化錳的存在，鋼在軋制過程中使硫化錳沿軋制方向變形，使鋼表現(xiàn)出各向異性，降低了易切削鋼的力學(xué)性能。鉛在鋼中的固溶度幾乎為零，一般以金屬夾雜物單獨(dú)存在，或者附著在硫化物等夾雜物上，大多以直徑1 2μπι的球狀形式存在。在切削加工過程中，鉛顆粒主要起潤滑的作用，也容易使切屑卷曲和起脆化作用而改善斷屑特性。鉛顆粒軟而脆的特性能顯著降低刀具磨損并改善鋼表面的光滑度。但鉛的質(zhì)量密度大，容易在鋼中引起偏析。所以鉛易切削鋼的接觸疲勞強(qiáng)度低。所以不能用于疲勞應(yīng)力負(fù)荷大的零部件，如齒輪、軸承。鈣系易切削鋼制造時(shí)產(chǎn)品合格率低，成本高。鎂系易切削鋼則由于鎂容易氧化，提高了易切削鋼的生產(chǎn)成本。而碲、硒、鈦易切削鋼，錫系易切削鋼，鉍系易切削鋼而由于加入了高價(jià)甚至昂貴、稀有金屬，明顯提高了易切削鋼的成本，對其市場推廣非常不利。而且鉍對人體的影響目前尚不清楚，在一些國家和地區(qū)的鉍系合金的應(yīng)用還受到一定的限制?？傊?，現(xiàn)有的易切削鋼都存在著力學(xué)性能偏低的問題，在載荷大的場合其應(yīng)用受到限制。普通的高強(qiáng)度鋼的切削性能不佳，零配件的機(jī)加工成本高，對其市場推廣應(yīng)用不禾U。目前市場需要一種強(qiáng)度高而成本不高的無鉛易切削鋼，本發(fā)明正是為解決此問題，發(fā)明了一種高強(qiáng)度無鉛易切削鋼，特別是滿足小型件、異型件的加工需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于有效解決鉛系易切削鋼污染環(huán)境的問題，為家用電器、精密機(jī)械、儀器儀表、汽車工業(yè)、五金工具等領(lǐng)域的小型結(jié)構(gòu)件提供一種高強(qiáng)度的無鉛易切削鋼的制備方法，實(shí)現(xiàn)無鉛易切削鋼的無鉛、無鉍且高強(qiáng)化。本發(fā)明的具體內(nèi)容
本發(fā)明中的鐵粉種類為霧化鐵粉、還原鐵粉或者霧化鐵粉與還原鐵粉的混合粉。將鐵粉、銅粉、石墨微粉、分散劑PVA與粘結(jié)劑一起混合均勻與壓制、燒結(jié)成燒結(jié)試樣或產(chǎn)品。本發(fā)明工藝流程如下
各種粘結(jié)劑和粉末按以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行配比粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 5%-1· 0% ；銅粉0. 9%-1· 2%，銅粉的粒度為彡43 μ m ；石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%_0· 8%，石墨微粉的粒度為1-5 μ m ；分散劑PVA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%-0. 5% ；余量為鐵粉，鐵粉的粒度 ^ 106 μ m。粉末混料采用V型混料器(不放球)或行星式球磨架(球料質(zhì)量比1:8)，混料時(shí)間5-7小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間2-5小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1120-1160°C，燒結(jié)時(shí)間 45-75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛或真空，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。分別取試樣測試易切削鋼的布氏硬度、切削性能(包括表面粗糙度、表面溫度和細(xì)屑百分比)和力學(xué)性能(包括抗拉強(qiáng)度和延伸率)。切削加工時(shí)將所有的切屑收集起來， 然后將切屑過14目標(biāo)準(zhǔn)篩，篩前稱取所有切屑的質(zhì)量，篩后稱取篩下細(xì)屑的質(zhì)量，用細(xì)屑的質(zhì)量比切屑的總質(zhì)量來計(jì)算細(xì)屑百分比。本發(fā)明的原理
鉛在鋼熔體中的溶解度不大，而在鋼中的室溫固溶度幾乎為零，故含鉛鋼熔體凝固時(shí)， 鉛以微細(xì)的球形顆粒形式彌散分布在在鋼中。鉛有較脆而軟的特點(diǎn)，另一方面，鉛的熔點(diǎn)只有327. 5°C，當(dāng)對含鉛鋼進(jìn)行切削加工時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱會使鉛顆粒進(jìn)一步軟化，當(dāng)含鉛鋼被切削時(shí)，這些彌散的鉛顆粒相當(dāng)于鋼中存在的一個(gè)空洞，應(yīng)力容易在此集中，產(chǎn)生所謂的 “切口效應(yīng)”，從而導(dǎo)致切屑易于在此斷裂。另外，在刀頭與切屑的接觸局部因切削加工受熱而瞬間熔化，有助于改變切屑的形狀，并起到潤滑刀具的作用，可以使刀頭磨損減少到最低。因此，鉛在易切削鋼材料的切削加工過程中起著碎裂切屑、減少粘結(jié)和焊合以及提高切削速度的作用，可大大提高切削加工的效率，并增加刀具的使用壽命，降低加工表面的粗糙度，使加工表面平整光滑。鉛在易切削鉛鋼中的存在狀態(tài)對其切削性能有決定性的作用。本發(fā)明中采用在鐵中添加微小的石墨微粉，用石墨顆粒取代鉛顆粒。由于石墨微粉的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使它們都具有軟而滑的特性。分布在鋼中的石墨微粉顆粒也相當(dāng)于是鋼中存在一個(gè)空洞，應(yīng)力容易在此集中，產(chǎn)生所謂的“切口效應(yīng)”，從而導(dǎo)致切屑易于在此斷裂。由于石墨微粉顆粒對切削刀具有潤滑的作用，也能減小刀頭的磨損作用，大大提高切削加工效率。石墨與鐵之間在高溫下發(fā)生反應(yīng)生成i^3C，這種產(chǎn)物是一種脆性的化合物，對提高易切削鋼的切削性能非常有利。另一方面，正是由于石墨與鐵之間的反應(yīng)，使得石墨微粉與鋼鐵顆粒之間的界面結(jié)合形成冶金結(jié)合，強(qiáng)度高，能大幅度地提高易切削鋼的強(qiáng)度。本發(fā)明的關(guān)鍵之處在于采用石墨微粉，其粒度小，使得在燒結(jié)的過程中形成了一種中間是石墨微點(diǎn)，而石墨微點(diǎn)外面包覆一層I^e3C的結(jié)構(gòu)，這種由中間細(xì)小的軟脆點(diǎn)包覆著脆性的化合物的結(jié)構(gòu)既提高了易切削鋼的切削性能，又提高了其力學(xué)性能。由于石墨微粉的粒度極為細(xì)小，在與鐵粉、 銅粉等混合的時(shí)候，很容易出現(xiàn)偏析、甚至團(tuán)聚。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，使無鉛易切削鋼的性能惡化，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┍苊?。本發(fā)明通過優(yōu)化分散劑PVA的用量，將石墨微粉的偏析程度控制在可接受的范圍，優(yōu)化了無鉛易切削鋼的切削性能與力學(xué)性能。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)無鉛易切削鋼具有優(yōu)良的切削性能，切削能力最高相當(dāng)于含鉛易切削鋼的96%，最大強(qiáng)度可達(dá)605. 3MPa，而成本僅為含鉛易切削鋼的91%，降低了 9%。實(shí)施例實(shí)施例1
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；石墨微粉的粒度為5 μ m ；銅粉 0. 9%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 3% ；余量為霧化鐵粉。粉末混料采用V型混料器(不放球)，混料時(shí)間6小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間2小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1120°C，燒結(jié)時(shí)間45min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛， 燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB121. 0，表面粗糙度為3. 39 μ m、切削后表面溫度升高了 22. 9°C、細(xì)屑百分比為 71. 5%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的92%，抗拉強(qiáng)度為380. 5MPa，延伸率為6. 2%。成本為含鉛易切削鋼的91%，降低了 9%。實(shí)施例2:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 6% ；石墨微粉的粒度為4μ m ；銅粉 1. 0%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 37% ；余量為還原鐵粉。粉末混料采用V型混料器(不放球)，混料時(shí)間6小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間3小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1130°C，燒結(jié)時(shí)間55min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛， 燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB156. 1，表面粗糙度為3. 22 μ m、切削后表面溫度升高了 45. 5°C、細(xì)屑百分比為 71. 1%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強(qiáng)度為425. 5MPa，延伸率為4. 7%。成本為含鉛易切削鋼的91%，降低了 9%。實(shí)施例3:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% ；石墨微粉的粒度為2. 3 μ m ；銅粉1. 0%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 9% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 44% ；余量為霧化鐵粉和還原鐵粉的混合粉。粉末混料采用V型混料器，混料時(shí)間6小時(shí)， 混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間4小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1140°C，燒結(jié)時(shí)間65min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB146. 1，表面粗糙度為3. 45 μ m、切削后表面溫度升高了 45. 1°C、細(xì)屑百分比為76. 2%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強(qiáng)度為424. 8MPa,延伸率為4. 6%。 成本為含鉛易切削鋼的91%，降低了 9%。實(shí)施例4:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 8% ；石墨微粉的粒度為4μ m ；銅粉
0.9%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ； 余量為霧化鐵粉和還原鐵粉的混合粉。粉末混料采用V型混料器，混料時(shí)間6小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度， 加熱時(shí)間5小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1150°C，燒結(jié)時(shí)間75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB155. 6，表面粗糙度為2. 98 μ m、切削后表面溫度升高了 49. 9°C、細(xì)屑百分比為71. 8%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的91%，抗拉強(qiáng)度為431. IMPa，延伸率為4. 3%。成本為含鉛易切削鋼的91%，降低了 9%。實(shí)施例5:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 6% ；石墨微粉的粒度為4μ m ；銅粉
1.0%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 9% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.44% ；余量為還原鐵粉。粉末混料采用行星式球磨架(球料質(zhì)量比1:8)，混料時(shí)間6小時(shí)， 混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間5小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1120°C，燒結(jié)時(shí)間75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB166. 5，表面粗糙度為2. 75 μ m、切削后表面溫度升高了 52. 4°C、細(xì)屑百分比為80. 1%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強(qiáng)度為458. IMPa，延伸率為5. 1%。實(shí)施例6:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；石墨微粉的粒度為5 μ m ；銅粉
1.1%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ； 余量為霧化鐵粉。粉末混料采用行星式球磨架(球料質(zhì)量比1:8)，混料時(shí)間6小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度， 加熱時(shí)間4小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1160°C，燒結(jié)時(shí)間65min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB146. 0，表面粗糙度為3. 55 μ m、切削后表面溫度升高了 52. 1°C、細(xì)屑百分比為71. 8%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強(qiáng)度為M9. 8MPa，延伸率為4. 9%。實(shí)施例7:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 8% ；石墨微粉的粒度為1 μ m ；銅粉 1. 2%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 3% ；余量為霧化鐵粉和還原鐵粉的混合粉。粉末混料采用V型混料器，混料時(shí)間6小時(shí)， 混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間3小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1150°C，燒結(jié)時(shí)間55min，燒結(jié)氣氛為真空， 燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB142.8，表面粗糙度為1. 89 μ m、切削后表面溫度升高了 40. 7°C、細(xì)屑百分比為 77. 8%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的96%，抗拉強(qiáng)度為605. 3MPa，延伸率為8. 0%。實(shí)施例8
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% ；石墨微粉的粒度為2. 3 μ m ；銅粉1. 1%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
0.37% ；余量為還原鐵粉。粉末混料采用V型混料器，混料時(shí)間6小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制， 壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間2小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1160°C，燒結(jié)時(shí)間45min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為 HB154. 3，表面粗糙度為2. 78 μ m、切削后表面溫度升高了 44. 8°C、細(xì)屑百分比為71. 9%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的93%，抗拉強(qiáng)度為560. 6MPa，延伸率為4. 3%。實(shí)施例9:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 8% ；石墨微粉的粒度為1 μ m ；銅粉
1.1%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ； 余量為霧化鐵粉和還原鐵粉的混合粉。粉末混料采用V型混料器，混料時(shí)間6小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度， 加熱時(shí)間3小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1140°C，燒結(jié)時(shí)間55min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB150. 7，表面粗糙度為2. 99 μ m、切削后表面溫度升高了 48. 3°C、細(xì)屑百分比為75. 1%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強(qiáng)度為582. IMPa，延伸率為6. 6%。實(shí)施例10
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% ；石墨微粉的粒度為1 μ m ；銅粉 0. 9%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 9% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 44% ；余量為還原鐵粉。粉末混料采用V型混料器，混料時(shí)間6小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制， 壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間2小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1150°C，燒結(jié)時(shí)間45min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為 HB162. 2，表面粗糙度為2. 67 μ m、切削后表面溫度升高了 47. 9°C、細(xì)屑百分比為71. 5%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的92%，抗拉強(qiáng)度為530. IMPa，延伸率為2. m。實(shí)施例11
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 6%;石墨微粉的粒度為5μπι;銅粉 0. 9%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 37% ；余量為霧化鐵粉。粉末混料采用V型混料器，混料時(shí)間6小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制， 壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間5小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1130°C，燒結(jié)時(shí)間75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為 HB131.3，表面粗糙度為3. 09 μ m、切削后表面溫度升高了 51. 4°C、細(xì)屑百分比為72. 1%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的93%，抗拉強(qiáng)度為393. 5MPa，延伸率為3. 3%。實(shí)施例12
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；石墨微粉的粒度為2. 3 μ m ；銅粉1. 0%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
0.3% ；余量為還原鐵粉。粉末混料采用V型混料器，混料時(shí)間6小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制， 壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間4小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1140°C，燒結(jié)時(shí)間65min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為 HB150. 7，表面粗糙度為2. 55 μ m、切削后表面溫度升高了 48. 1°C、細(xì)屑百分比為75. 5%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強(qiáng)度為459. 9MPa，延伸率為3. 7%。實(shí)施例13
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% ；石墨微粉的粒度為1 μ m ；銅粉
1.0%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 37% ；余量為霧化鐵粉。粉末混料采用V型混料器，混料時(shí)間6小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制， 壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間4小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1150°C，燒結(jié)時(shí)間65min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為 HB166. 5，表面粗糙度為2. 45 μ m、切削后表面溫度升高了 53. 4°C、細(xì)屑百分比為71. 1%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的92%，抗拉強(qiáng)度為505. OMPa，延伸率為2. m。
實(shí)施例14
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 8% ；石墨微粉的粒度為4μ m ；銅粉 0. 9%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
0.3% ；余量為霧化鐵粉和還原鐵粉的混合粉。粉末混料采用V型混料器，混料時(shí)間6小時(shí)， 混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間5小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1130°C，燒結(jié)時(shí)間75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB182. 3，表面粗糙度為2. 45 μ m、切削后表面溫度升高了 48. 6°C、細(xì)屑百分比為72. 3%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強(qiáng)度為493. 8MPa,延伸率為2. 8%。實(shí)施例15
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；石墨微粉的粒度為1 μ m ；銅粉
1.0%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ； 余量為還原鐵粉。粉末混料采用V型混料器，混料時(shí)間6小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間2小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1150°C，燒結(jié)時(shí)間55min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB169. 4， 表面粗糙度為1. 99 μ m、切削后表面溫度升高了 49.7°C、細(xì)屑百分比為71.8%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的93%，抗拉強(qiáng)度為555. IMPa，延伸率為4. 5%。實(shí)施例16
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 6% ；石墨微粉的粒度為2. 3 μ m ；銅粉0. 9%，銅粉的粒度為< 43 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 9% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 44% ；余量為霧化鐵粉。粉末混料采用V型混料器，混料時(shí)間6小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制， 壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間3小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1160°C，燒結(jié)時(shí)間45min，燒結(jié)氣氛為真空，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB162. 2， 表面粗糙度為2. 01 μ m、切削后表面溫度升高了 48.2°C、細(xì)屑百分比為70. 8%，切削能力相當(dāng)于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強(qiáng)度為594. OMPa，延伸率為5. 9%。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度無鉛易切削鋼的制備方法，其特征在于粘結(jié)劑和各種粉末按以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行配比粘結(jié)劑硬脂酸鋅，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%-1. 0%，石墨微粉0. 5%-0. 8%，銅粉 0. 9%-1. 2%，分散劑PVA，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%-0. 5% ；余量為鐵粉，鐵粉的粒度彡106 μ m,各組分進(jìn)行混料，混料時(shí)間5-7小時(shí)，再進(jìn)行壓制，然后放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時(shí)間2-5小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1120-1160°C，燒結(jié)時(shí)間 45-75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛或真空，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度無鉛易切削鋼的制備方法，其特征在于所述的鐵粉為霧化鐵粉、還原鐵粉或者霧化鐵粉與還原鐵粉的混合粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度無鉛易切削鋼的制備方法，其特征在于所述的石墨微粉的粒度為1-5 μ m,銅粉的粒度為< 43 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度無鉛易切削鋼的制備方法，其特征在于所述的石墨微粉的粒度為1-4 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度無鉛易切削鋼的制備方法，其特征在于所述的石墨微粉的粒度為1-2. 3 μ m。
全文摘要
一種高強(qiáng)度無鉛易切削鋼的制備方法，本發(fā)明采用粉末燒結(jié)法生產(chǎn)。各種粉末和粘結(jié)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比如下石墨微粉0.5%-0.8%，銅粉0.9%-1.2%，粘結(jié)劑硬脂酸鋅0.5%-1.0%；分散劑PVA0.3%-0.5%；余量為鐵粉?；炝蠒r(shí)間5-7小時(shí)，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱2-5小時(shí)，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度1120-1160℃，燒結(jié)45-75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛或真空，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。本發(fā)明制備燒結(jié)鋼最大強(qiáng)度達(dá)605.3MPa，粗糙度最小1.89μm，切削能力為含鉛易切削鋼的96%，成本為鉛系易切削鋼的91%。適合于大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低。
文檔編號C22C33/02GK102477515SQ20101056143
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月27日
發(fā)明者金志紅, 黃勁松, 黃韶松 申請人:湖南特力新材料有限公司