專利名稱：一種燒結(jié)無鉛易切削鋼的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及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)：
隨著機械加工高速化、精密化、自動化的發(fā)展，特別是汽車工業(yè)、精密儀表工業(yè)的發(fā)展， 各種零配件的形狀越來越復雜、精度要求越來越高。機加工成本在零部件制造成本中的比例越來越高，市場迫切需要切削性能優(yōu)良的鋼材以降低加工成本。在易切削鋼中，硫系易切削鋼用量最大。其易切削機理硫化錳雖為夾雜物，但切削加工時有利于作為內(nèi)部應(yīng)力集中源，使屑易斷，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。由于硫化錳本身是鋼中的一種有害夾雜，對于鋼的加工不利，在軋制過程中硫化錳沿軋制方向變形，使鋼表現(xiàn)出各向異性，從而降低易切削鋼的力學性能。含鉛易切削鋼的切削加工性能非常優(yōu)秀，其易切削機理在于鉛在鋼中的固溶度幾乎為零，一般以單獨或附著的夾雜物形式存在，形貌多為球形，直徑1-2 μ m。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、脆化，從而改善斷屑特性。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。但鉛的密度大，與鐵的密度差別大， 在鑄造時容易出現(xiàn)宏觀偏析。這種缺陷因為冶金遺傳性在后續(xù)的加工過程也很難消除，造成含鉛易切削鋼的力學性能偏低。所以不能用于疲勞應(yīng)力負荷大的零部件，如齒輪、軸承。鈣系易切削鋼制造時產(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F(xiàn)有的易切削鋼都存在著力學性能偏低，特別是成本偏高的問題，有必要研究開發(fā)高性價的無鉛易切削鋼。本發(fā)明正是為解決此問題，開發(fā)了一種新型無鉛易切削鋼， 特別是滿足小型件、異型高精度要求件的加工需求。

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、精密機械、儀器儀表、汽車工業(yè)、五金工具等領(lǐng)域的小型精密結(jié)構(gòu)件提供一種高性價比的無鉛易切削鋼的制備方法，實現(xiàn)無鉛易切削鋼的無鉛化、無鉍化。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、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
各種粉末和粘結(jié)劑按以下質(zhì)量分數(shù)進行配比石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為ι. 0%-1. 2%，石墨微粉的粒度為1-5 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 5%-1. 0% ；分散劑PVA的質(zhì)量分數(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)，混料時間5-7小時，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，加熱時間2-5小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1120-1160°C，燒結(jié)時間45-75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛或真空，燒結(jié)完后緩慢冷卻到800°C，在800°C保溫22-M小時，之后快速冷卻到室溫。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、表面溫度和細屑百分比)和力學性能(包括抗拉強度和延伸率)。切削加工時將所有的切屑收集起來， 然后將切屑過14目標準篩，篩前稱取所有切屑的質(zhì)量，篩后稱取篩下細屑的質(zhì)量，用細屑的質(zhì)量比切屑的總質(zhì)量來計算細屑百分比。本發(fā)明的原理
鉛在鋼鐵熔體中的溶解度不大，而在鋼鐵中的室溫固溶度幾乎為零，故含鉛鋼熔體凝固時，鉛以微細的球形顆粒形式彌散分布在在鋼中。鉛有較脆而軟的特點，另一方面，鉛的熔點只有327. 5°C，當對含鉛鋼進行切削加工時產(chǎn)生的摩擦熱會使鉛顆粒進一步軟化，當含鉛鋼被切削時，這些彌散的鉛顆粒相當于鋼中存在的一個空洞，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。由于Fe3C是一種亞穩(wěn)中間相，在800°C左右長時間保溫時會發(fā)生分解，生成鐵和碳。長時間保溫時析出的碳將以石墨的形式出現(xiàn)并球化，球狀石墨微材料存在于珠光體內(nèi)或其界面。分布在鋼中的石墨微顆粒也相當于是鋼中存在一個空洞，應(yīng)力容易在此集中，產(chǎn)生所謂的“切口效應(yīng)”，從而導致切屑易于在此斷裂。由于石墨微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 Fe3C滲碳體，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，強度高，能大幅度地提高易切削鋼的強度。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)的過程中形成的珠光體細小彌散。在高溫燒結(jié)完成后再在800°C左右長時間保溫時生成石墨微顆粒，而石墨微顆粒外面包覆一層!^e3C的結(jié)構(gòu)。這種中間厚軟外面薄而硬的結(jié)構(gòu)提高了易切削鋼的切削性能，同時對其力學性能影響不大。由于石墨微粉的粒度極為細小，在與鐵粉、 銅粉等混合的時候，很容易出現(xiàn)偏析、甚至團聚。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?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性能。本發(fā)明在高溫保溫結(jié)束后的熱處理主要目的是使生成的碳化物石墨化，使石墨微點外面包覆一層!^e3C的這種結(jié)構(gòu)體積分數(shù)增加，提高燒結(jié)鋼的切削性能，盡量減少其對力學性能的不利影響。本發(fā)明方法得到的無鉛易切削鋼具有優(yōu)良的切削性能，切削能力最高相當于含鉛易切削鋼的98%，最高強度可達500. 6MPa，而成本僅為含鉛易切削鋼的92%，降低了 8%。實施例實施例1
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 0% ；石墨微粉的粒度為5μπι ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 5% ；分散劑的質(zhì)量分數(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)，混料時間6小時，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，加熱時間2小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑， 燒結(jié)溫度1120°C，燒結(jié)時間45min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到 800°C，在800°C保溫22小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB70. 8，表面粗糙度為3. 02 μ m、切削后表面溫度升高了 20. 2°C、細屑百分比為72. 9%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強度為219. 5MPa, 延伸率為6. 2%。成本為含鉛易切削鋼的92%，降低了 8%。實施例2:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 0% ；石墨微粉的粒度為4μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 7% ；分散劑的質(zhì)量分數(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)，混料時間6小時，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，加熱時間3小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑， 燒結(jié)溫度1130°C，燒結(jié)時間55min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到 800°C，在80(TC保溫23小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB95. 1，表面粗糙度為2. 82 μ m、切削后表面溫度升高了 42. 1°C、細屑百分比為73. 8%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的96%，抗拉強度為四7. 5MPa, 延伸率為4. 7%。成本為含鉛易切削鋼的92%，降低了 8%。實施例3:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 1% ；石墨微粉的粒度為2. 3μπι ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 9% ；分散劑的質(zhì)量分數(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，混料時間6小時，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，加熱時間4小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1140°C，燒結(jié)時間65min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到800°C，在800°C保溫M小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB95.0，表面粗糙度為3. 11 μ m、切削后表面溫度升高了 42. 1°C、細屑百分比為79. 2%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的96%，抗拉強度為384. 8MPa,延伸率為4. 4%。成本為含鉛易切削鋼的92%，降低了 8%。實施例4:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 1% ；石墨微粉的粒度為4μπι ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為1% ；分散劑的質(zhì)量分數(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，混料時間6小時，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，加熱時間5小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1150°C，燒結(jié)時間75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到800°C，在800°C保溫23小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB104. 6，表面粗糙度為2. 67 μ m、切削后表面溫度升高了 46. 7°C、細屑百分比為73. 9%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的93%，抗拉強度為 381. IMPa，延伸率為4. 4%。成本為含鉛易切削鋼的92%，降低了 8%。實施例5:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 2% ；石墨微粉的粒度為4μπι ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 9% ；分散劑的質(zhì)量分數(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)，混料時間6小時，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，加熱時間5小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1120°C，燒結(jié)時間75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到800°C，在800°C保溫22小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB114. 5，表面粗糙度為2. 60 μ m、切削后表面溫度升高了 50. 0°C、細屑百分比為82. 2%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的95%，抗拉強度為 369. IMPa，延伸率為 5. 0%。實施例6:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 2% ；石墨微粉的粒度為5μπι ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為1% ；分散劑的質(zhì)量分數(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)，混料時間6小時，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，加熱時間4小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1160°C，燒結(jié)時間65min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到80(TC，在80(TC保溫M小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB95. 9，表面粗糙度為3. 18 μ m、切削后表面溫度升高了 48. 8°C、細屑百分比為74. 8%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的96%，抗拉強度為 409. 8MPa,延伸率為 4. 8%。實施例7:
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 2% ；石墨微粉的粒度為1 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 5% ；分散劑的質(zhì)量分數(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，混料時間6小時，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，加熱時間3小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1150°C，燒結(jié)時間55min，燒結(jié)氣氛為真空，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到 800°C，在800°C保溫22小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB92. 1，表面粗糙度為1. 51 μ m、切削后表面溫度升高了 37. 8°C、細屑百分比為79. 9%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的98%，抗拉強度為500. 6MPa, 延伸率為8. 0%。實施例8
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 2% ；石墨微粉的粒度為2. 3μπι ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 7% ；分散劑的質(zhì)量分數(shù)為0. 37% ；余量為還原鐵粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，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，加熱時間2小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1160°C，燒結(jié)時間45min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到800°C，在 800°C保溫23小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB102. 2，表面粗糙度為2. 40 μ m、切削后表面溫度升高了 43. 9°C、 細屑百分比為73. 9%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強度為436. 4MPa，延伸率為 4. 3%ο實施例9:各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 1% ；石墨微粉的粒度為ι μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為1% ；分散劑的質(zhì)量分數(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，混料時間6小時，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，加熱時間3小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1140°C，燒結(jié)時間55min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到800°C，在800°C保溫23小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB98. 9，表面粗糙度為2. 76 μ m、切削后表面溫度升高了 45. 2°C、細屑百分比為77. 4%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的95%，抗拉強度為 463. 6MPa，延伸率為 6. 4%。實施例10
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 1% ；石墨微粉的粒度為ι μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 9% ；分散劑的質(zhì)量分數(shù)為0. 44% ；余量為還原鐵粉。粉末混料采用 V型混料器，混料時間6小時，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，加熱時間22小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1150°C，燒結(jié)時間45min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到800°C，在 800°C保溫3小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB110. 1，表面粗糙度為2. 23 μ m、切削后表面溫度升高了 44. 7°C、細屑百分比為74. 8%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強度為436. IMPa，延伸率為
2.2%ο實施例11
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1.0%;石墨微粉的粒度為54!11;粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 7% ；分散劑的質(zhì)量分數(shù)為0. 37% ；余量為霧化鐵粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，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，加熱時間5小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1130°C，燒結(jié)時間75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到800°C，在 800°C保溫22小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB84. 3，表面粗糙度為2. 86 μ m、切削后表面溫度升高了 48. 1°C、細屑百分比為74. 7%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強度為271. 5MPa，延伸率為
3.1%。實施例12
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 0% ；石墨微粉的粒度為2. 3 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 5% ；分散劑的質(zhì)量分數(shù)為0. 3% ；余量為還原鐵粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，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，加熱時間4小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1140°C，燒結(jié)時間65min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到800°C，在 800°C保溫23小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB96. 3，表面粗糙度為2. 23 μ m、切削后表面溫度升高了 44. 9°C、細屑百分比為77. 9%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的96%，抗拉強度為301. 2MPa，延伸率為 3. 7%ο
實施例13
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 0% ；石墨微粉的粒度為1 μ m ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 7% ；分散劑的質(zhì)量分數(shù)為0. 37% ；余量為霧化鐵粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，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，加熱時間4小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1150°C，燒結(jié)時間65min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到800°C，在 800°C保溫23小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB112. 5，表面粗糙度為2. 01 μ m、切削后表面溫度升高了 46. 9°C、 細屑百分比為73. 3%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的95%，抗拉強度為446. OMPa，延伸率為 2. 2%ο實施例14
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 1% ；石墨微粉的粒度為4μπι ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 5% ；分散劑的質(zhì)量分數(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，混料時間6小時，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，加熱時間5小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1130°C，燒結(jié)時間75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到80(TC，在80(TC保溫M小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB123. 7，表面粗糙度為2. 12 μ m、切削后表面溫度升高了 44. 6°C、細屑百分比為75. 5%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的95%，抗拉強度為 340. 9MPa，延伸率為 2. 7%。實施例15
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 1%;石墨微粉的粒度為Iym;粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為1% ；分散劑的質(zhì)量分數(shù)為0. 5% ；余量為還原鐵粉。粉末混料采用 V型混料器，混料時間6小時，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，加熱時間2小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度 1150°C，燒結(jié)時間55min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到800°C，在 800°C保溫22小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB116. 3，表面粗糙度為1. 76 μ m、切削后表面溫度升高了 46.0°C、 細屑百分比為73. 9%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的94%，抗拉強度為483. 9MPa，延伸率為 4. 5%ο實施例16
各種粉末的配比如下石墨微粉的質(zhì)量分數(shù)為1. 2% ；石墨微粉的粒度為2. 3μπι ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分數(shù)為0. 9% ；分散劑的質(zhì)量分數(shù)為0. 44% ；余量為霧化鐵粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，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，加熱時間3小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度 1160°C，燒結(jié)時間45min，燒結(jié)氣氛為真空，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到800°C，在800°C保溫23小時，之后快速冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進行切削實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無鉛易切削鋼的布氏硬度為HB108.3，表面粗糙度為1. 70 μ m、切削后表面溫度升高了 43. 1°C、細屑百分比為74. 3%，切削能力相當于含鉛易切削鋼的97%，抗拉強度為481. 9MPa，延伸率為5. 7%。
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)無鉛易切削鋼的制備方法，其特征在于將各種粉末和粘結(jié)劑按以下質(zhì)量分數(shù)進行配比石墨微粉為1.0%-1.洲，石墨微粉的粒度為1-5μπι;粘結(jié)劑硬脂酸鋅 0. 5%-1· 0% ；分散劑PVA0. 3%-0· 5% ；余量為鐵粉，鐵粉的粒度彡106 μ m,混料時間5-7小時， 混料結(jié)束后進行壓制，壓制完后放入燒結(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2-5小時，充分去除粘結(jié)劑和分散劑，燒結(jié)溫度1120-1160°C，燒結(jié)時間45-75min， 燒結(jié)氣氛為還原性氣氛或真空，緩慢冷卻到800°C，在800°C保溫22-M小時，之后快速冷卻到室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的燒結(jié)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
一種燒結(jié)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)。各組分質(zhì)量分數(shù)為石墨微粉1.0%-1.2%，石墨微粉的粒度為1-5μm；粘結(jié)劑硬脂酸鋅0.5%-1.0%；分散劑PVA0.3%-0.5%；余量為鐵粉，鐵粉粒度≤106μm。粉末經(jīng)混料、壓制后在還原性氣氛或真空燒結(jié)，工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度1120-1160℃，加熱2-5小時，燒結(jié)45-75min，高溫保溫結(jié)束后緩慢冷卻到800℃，在800℃保溫22-24小時，快速冷卻到室溫。本發(fā)明產(chǎn)品最大強度達500.6MPa，粗糙度最小1.51μm，適合于高速切削加工，切削能力最高相當于含鉛易切削鋼的98%，成本低。不含鉛、鉍，對環(huán)境友好。
文檔編號C22C33/02GK102296225SQ20111027958
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者何震, 吳雨欣, 周忠誠, 李松林, 黃勁松 申請人:中南大學, 湖南特力新材料有限公司