技术领域
[0001] 本
发明涉及一种铋钛合金，具体涉及一种用于易切削合金
钢合金化处理的铋钛合金，属于
合金钢（C22C合金）制备技术领域。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 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（按专利报道，其熔点为1000℃左右）。
[0004] 为此，提供一种合金化处理可行，收得率高且稳定的所述易切削合金钢铋合金化处理的添加剂，便成为现代
冶金工业的重中之重。
发明内容
[0005] 本发明旨在提供一种合金化处理可行，收得率高的铋钛合金，满足易切削钢
冶炼生产的需求。
[0006] 本发明实现其目的的技术方案是：
[0007] 一种铋钛合金，其特征在于：所述铋钛合金的组分按重量百分含量计算分别为：铋：15-75%；不可避免的杂质：≤0.8%；钛：余量。
[0008] 本发明的一种典型的技术方案是：
[0009] 一种铋钛合金，其特征在于：所述铋钛合金的组分按重量百分含量计算分别为：铋：55%~70%；不可避免的杂质：≤0.8%；钛：余量。
[0010] 本发明所述铋钛合金呈
块状，其块度在10~60mm范围内；或者呈粒状，其粒径在0.5～10mm范围内。
[0011] 本发明所述不可避免的杂质，是指在铋钛合金的制备过程中，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，主要是指硫、磷、锰和
硅，其中硫和磷的重量百分含量均≤0.1％。
[0012] 上述技术方案得以实施后，由于本发明铋的重百分含量最高可达75％，且所述本发明熔点较高(在1320℃以上)，而其比重与铁相当或者略大于铁的比重，因而采用本发明铋钛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，由于铋钛合金的熔点较高，因此铋的收得率很高，可达95％以上，从而实现了本方面的最终目的。
附图说明
[0013] 图1是使用五种不同铋含量的铋钛合金合金化处理Q235钢后的切削实验曲线。
具体实施方式
[0014]
实施例1：一种铋钛合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋15，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为45mm。
[0015] 实施例2：一种铋钛合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋59，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈粒状，粒径在0.5~10mm范围内。
[0016] 实施例3：一种铋钛合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋64，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为20mm。
[0017] 实施例4：一种铋钛合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋69，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈粒状，粒径在0.5～10mm范围内。
[0018] 实施例5：一种铋钛合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋75，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为60mm。
[0019] 实施例6：一种铋钛合金，其组分和各组分的重量百分含量是(％)：铋45，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为45mm。
[0020] 由于本发明的铋钛合金属于脆性金属间化合物，可以非常容易地制备成小块度或制备成所需粒状的合金产品。
[0021] 本发明制备方法的简要描述是：
[0022] 采用一步
重熔法实施本发明，即采用熔铸法直接制备铋钛中间合金，其制备方法有两种，一种方法是先熔炼铋，再加入
海绵钛；另一种方法是先熔炼海绵钛，再加入铋。
[0023] 第一种方法制备本发明：将金属铋和海绵钛按制备本发明所需的配比配料，先行
熔化金属铋，再加入海绵钛并进行搅拌，以使钛充分溶解到铋液中，在此过程中，随着钛的不断加入，对合金液进行缓慢升温，直至海绵钛完全溶解并均匀混合后把合金液浇注到
铸锭模内快速冷却，即制成本发明铋钛
合金锭。
[0024] 第二种方法制备本发明：将金属铋和海绵钛按制备本发明所需的配比配料，先行熔化金属钛，再用鈡罩将金属铋压入金属液中并进行搅拌，以使铋充分溶解到钛液中，在此过程中，随着金属铋的不断加入，对合金液进行缓慢降温处理，直至金属铋完全溶解并均匀混合后把合金液浇注到铸
锭模内快速冷却，即制成本发明铋钛合金锭。
[0025] 由于本发明铋钛合金属于金属间化合物，比较脆，若需要较小颗粒的本发明时，可对本发明实施人工或机械分碎，由于本发明在熔炼过程中采用升温和降温处理，可以有效减少铋的损耗。
[0026] 采用本发明生产的铋钛合金作炉前合金化处理的结果显示，其加入方法简便可行；合金化处理铋的收得率可达95％以上。
[0027] 实施例7：由于Q235钢成分接近含铋钛的易切削钢，因此选用Q235钢作为合金化处理对象；将Q235号钢在
真空感应炉中进行熔炼，待其完全熔化后加入本发明铋钛合金1并保持5分钟，该合金成分为（%）：铋15，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为45mm，合金加入量按照此公式计算：合金加入量5.842g＝
钢水质量500g×（目标元素Bi含量0.17%－钢中该元素含量0）/合金中该元素含量15%×合金中该元素收得率97%，控制钢液
温度在1600℃进行浇注，浇注为圆棒试样，将浇注好的试样进行常规
热处理，随后进行切削实验和
力学性能实验。
[0028] 实施例8：选用Q235钢作为合金化处理对象。将Q235号钢在真空感应炉中进行熔炼，待其完全熔化后加入本发明铋钛合金2并保持5分钟，该合金成分为（%）：铋59，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈粒状，粒径在0.5~10mm范围内，合金加入量按照此公式计算：合金加入量1.501g＝钢水质量500g×（目标元素Bi含量0.17%－钢中该元素含量0）/合金中该元素含量59%×合金中该元素收得率96%，控制钢液温度在1600℃进行浇注，浇注为圆棒试样，将浇注好的试样进行常规热处理，随后进行切削实验和力学性能实验。
[0029] 实施例9：选用Q235钢作为合金化处理对象。将Q235号钢在真空感应炉中进行熔炼，待其完全熔化后加入本发明铋钛合金3并保持5分钟，该合金成分为（%）：铋64，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为20mm，合金加入量按照此公式计算：合金加入量1.383g＝钢水质量500g×（目标元素Bi含量0.17%－钢中该元素含量0）/合金中该元素含量64%×合金中该元素收得率96%，控制钢液温度在1600℃进行浇注，浇注为圆棒试样，将浇注好的试样进行常规热处理，随后进行切削实验和力学性能实验。
[0030] 实施例10：选用Q235钢作为合金化处理对象。将Q235号钢在真空感应炉中进行熔炼，待其完全熔化后加入本发明铋钛合金4并保持5分钟，该合金成分为（%）：铋69，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈粒状，粒径在0.5~10mm范围内，合金加入量按照此公式计算：合金加入量1.283g＝钢水质量500g×（目标元素Bi含量0.17%－钢中该元素含量0）/合金中该元素含量69%×合金中该元素收得率96%，控制钢液温度在1600℃进行浇注，浇注为圆棒试样，将浇注好的试样进行常规热处理，随后进行切削实验和力学性能实验。
[0031] 实施例11：选用Q235钢作为合金化处理对象。将Q235号钢在真空感应炉中进行熔炼，待其完全熔化后加入本发明铋钛合金5并保持5分钟，该合金成分为（%）：铋75，不可避免的杂质硫、磷、硅等的总和≤0.8，余量为钛；其产品呈块状，块度为60mm，合金加入量按照此公式计算：合金加入量1.181g＝钢水质量500g×（目标元素Bi含量0.17%－钢中该元素残余含量0）/合金中该元素含量75%×合金中该元素收得率96%，控制钢液温度在1600℃进行浇注，浇注为圆棒试样，将浇注好的试样进行常规热处理，随后进行切削实验和力学性能实验。
[0032] 钢的易切削性能主要通过切削钢的刀具寿命来间接评定的，图1所给出的切削实验结果，其中A、B、C、D、E分别对应实施案例7、8、9、10、11所获得的铋钛易切削钢的切削曲线，结合已公开的切削性能相近的12L14易切削钢的切削曲线，得出：使用五种不同铋含量的铋钛合金对Q235钢合金化处理后，获得的铋钛易切削钢达到易切削钢的切削性能要求。
[0033] 下表为本发明铋钛合金合金化处理Q235钢后获得的铋钛易切削钢的力学性能表：
[0034] 表1 铋钛合金合金化处理Q235钢后获得的铋钛易切削钢的力学性能表[0035]
