一種回收利用鋼屑的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋼鐵材料，具體而言為涉及一種回收利用鋼屑的方法。其原理是：利用鋁屑在其液相線溫度附近粘度較大的特點(diǎn)，在此溫度將鋼屑與鋁屑?jí)汉显谝黄?，并在壓力作用下?shí)現(xiàn)反應(yīng)燒結(jié)，在燒結(jié)過(guò)程中鋼與鋁相互作用形成鐵鋁金屬間化合物，鋼屑表面的氧化物與鋁反應(yīng)生成氧化鋁，最終形成致密的由鋼顆粒、鐵鋁金屬間化合物以及氧化鋁組成的復(fù)合材料。
【專利說(shuō)明】一種回收利用鋼屑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼鐵材料，具體而言為涉及一種回收利用鋼屑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼鐵材料是目前應(yīng)用最廣的金屬材料，其用量占到金屬材料總量的90%以上。在將鋼鐵材料加工成零件的過(guò)程中，往往會(huì)形成大量的切屑，據(jù)統(tǒng)計(jì)全世界每年形成的鋼屑可達(dá)3~4億噸；目前鋼屑的主要利用途徑是進(jìn)爐重新熔化加以回收，由于鋼屑尺寸小，因此表面積很大，使其在重熔過(guò)程中非常容易氧化，目前的利用率大致為85~90%;另一方面，在鋁合金材料的生產(chǎn)過(guò)程中，也會(huì)形成大量的鋁屑。而鋁屑目前常用的利用方法也是重熔回收，由于鋁的化學(xué)活性較高，其有效利用率往往不高于70%。
[0003]Fe3Al金屬間化合物同時(shí)含有Fe和Al，具有密度小、強(qiáng)度和彈性模量高、抗氧化、耐熱腐蝕、耐磨損等特征，其資源豐富，成本低廉，是非常具有潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料，適合于應(yīng)用在高溫耐磨的場(chǎng)合，如可以用于剎車盤等需要耐磨的零件；但是由于其室溫脆性以及溫度超過(guò)600°C后材料強(qiáng)度急劇下降，F(xiàn)e3Al未能作為結(jié)構(gòu)材料在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，F(xiàn)e3Al金屬間化合物的工程應(yīng)用在某種程度上主要取決于它的制造工藝，急冷凝固可以消除宏觀偏析和晶界偏聚、細(xì)化晶粒、降低有序度，因此急冷凝固工藝已成為改善金屬間化合物室溫塑性的一種重要手段，如果能將鋼屑和鋁屑按Fe3Al金屬間化合物的成分配比，制備成細(xì)晶的Fe3Al金屬間化合物，則不僅能有效利用鋼屑和鋁屑，而且能夠促進(jìn)Fe3Al金屬間化合物的實(shí)際應(yīng)用。
[0004]因此，迫切需要提出新的工藝方法，能充分利用鋼屑和鋁屑，且加工工藝簡(jiǎn)單，可以有效改善金屬間化合物的組織，從而保證制品質(zhì)量輕、性能好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種回收利用鋼屑的方法，其原理是:利用鋁屑在其液相線溫度附近粘度較大的特點(diǎn)，在此溫度將鋼屑與鋁屑?jí)汉显谝黄?，并在壓力作用下?shí)現(xiàn)反應(yīng)燒結(jié)，在燒結(jié)過(guò)程中鋼與鋁相互作用形成鐵鋁金屬間化合物，鋼屑表面的氧化物與鋁反應(yīng)生成氧化鋁，最終形成致密的由鋼顆粒、鐵鋁金屬間化合物以及氧化鋁組成的復(fù)合材料。
[0006]一種回收利用鋼屑的方法，其特征在于:在壓合模具的模腔底部加入一層加熱到液相線溫度附近的鋁屑，然后加入一層經(jīng)過(guò)預(yù)熱的鋼屑，并通過(guò)沖壓頭壓合，沖壓頭抬起后再加入一層鋁屑，重復(fù)上述步驟直至在壓合模具中得到的材料達(dá)到要求的厚度，將壓合得到的材料在壓合模具中保溫一定時(shí)間后冷卻到室溫，即得到所需要的材料。
[0007]所述的壓合模具 ，是指采用模具鋼制作的最小壁厚為15~20mm的模具，模具的截面可以是方形或者圓形，尺寸根據(jù)實(shí)際需要確定。
[0008]所述的一層加熱到液相線溫度附近的鋁屑，是指溫度在液相線以下5~1(TC的鋁合金切屑，切屑平均尺寸為50-300μπι，總雜質(zhì)含量在l.0wt.%以下，每層鋁屑的厚度為1.0~2.0mm。[0009]所述的一層經(jīng)過(guò)預(yù)熱的鋼屑，是指加熱到鋁屑液相線以下5~10°C的鋼屑，鋼屑平均尺寸為100-500 μ m,總雜質(zhì)含量在1.0wt.%以下，每層鋼屑的厚度為1.5^2.5_。
[0010]所述的通過(guò)沖壓頭壓合，是指通過(guò)采用模具鋼制作的沖壓頭對(duì)在壓合模具模腔中的鋼屑表面進(jìn)行壓合，壓力為3(T80MPa，保持時(shí)間為3~5s。
[0011]所述的保溫一定時(shí)間，是指在鋁屑液相線以下5~10°C保溫4~6h。
[0012]所述的冷卻到室溫，是指以1(T20°C /min的速度對(duì)鋼屑與鋁屑的復(fù)合體進(jìn)行冷卻，直至溫度降至室溫。
[0013]本發(fā)明方法在鋁合金近液相線溫度壓合，成形溫度低，鋁合金流動(dòng)性降低，在壓力下能與鐵粉有效結(jié)合，適合于制作形狀簡(jiǎn)單且需要耐磨的零部件。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明獲得的材料的顯微組織。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明可以根據(jù)以下實(shí)例實(shí)施，但不限于以下實(shí)例；在本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ)，除非有另外的說(shuō)明，一般具有本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員通常理解的含；應(yīng)理解，這些實(shí)施例只是為了舉例說(shuō)明本發(fā)明，而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍；在以下的實(shí)施例中，未詳細(xì)描述的各種過(guò)程和方法是本領(lǐng)域中公知的常規(guī)方法。
[0016]實(shí)施例1
本實(shí)施例具體實(shí)施一種制備回收利用鐵屑的方法，具體過(guò)程為:在采用模具鋼制作的壁厚為15mm截面直徑為IOOmm的壓合模具模腔底部加入一層加熱到605°C的ZLlOlA鋁合金切屑，切屑平均尺寸為50 μ m,總雜質(zhì)含量為0.8wt.%，鋁屑厚度為1.0mm ;然后加入一層加熱到605°C的鋼屑，鋼屑平均尺寸為100 μ m，總雜質(zhì)含量為0.9wt.%，鋼屑厚度為1.5mm;接著通過(guò)采用模具鋼制作的沖壓頭對(duì)在壓合模具模腔中的鋼屑表面進(jìn)行壓合，壓力為30MPa，保持時(shí)間為5s ;沖壓頭抬起后再加入一層鋁屑，重復(fù)上述步驟直至在壓合模具中得到的材料達(dá)到要求的厚度；將壓合得到的材料在壓合模具中在605°C保溫4h，然后以20°C/min的速度對(duì)鋼屑與鋁屑的復(fù)合體進(jìn)行冷卻，直至溫度降至室溫，得到所需要的材料。
[0017]圖1為本發(fā)明獲得的材料的顯微組織，圖中黑灰色顆粒為鋼顆粒，大片灰色部分為鐵鋁金屬間化合物；從該圖可以看出，本發(fā)明獲得的材料組織細(xì)密。
[0018]實(shí)施例2
本實(shí)施例具體實(shí)施一種制備回收利用鐵屑的方法，具體過(guò)程為:在采用模具鋼制作的壁厚為20mm截面尺寸為IOOmmXlOOmm的壓合模具模腔底部加入一層加熱到620°C的ZL102鋁合金切屑，切屑平均尺寸為300 μ m，總雜質(zhì)含量為0.9wt.%，鋁屑厚度為2.0mm；然后加入一層加熱到620°C的鋼屑，鋼屑平均尺寸為500 μ m,總雜質(zhì)含量在0.9wt.%，鋼屑厚度為2.5mm ;接著通過(guò)采用模具鋼制作的沖壓頭對(duì)在壓合模具模腔中的鋼屑表面進(jìn)行壓合，壓力為80MPa，保持時(shí)間為3s ;沖壓頭抬起后再加入一層鋁屑，重復(fù)上述步驟直至在壓合模具中得到的材料達(dá)到要求的厚度；將壓合得到的材料在壓合模具中在620°C保溫6h，然后以10°C /min的速度對(duì)鋼屑與鋁屑的復(fù)合體進(jìn)行冷卻，直至溫度降至室溫，得到所需要的材料；材料的顯微組織與圖1類似。[0019]實(shí)施例3
本實(shí)施例具體實(shí)施一種制備回收利用鐵屑的方法，具體過(guò)程為:在采用模具鋼制作的壁厚為15mm截面直徑為150mm的壓合模具模腔底部加入一層加熱到610°C的ZLlOlA鋁合金切屑，切屑平均尺寸為100 μ m,總雜質(zhì)含量為0.8wt.%，鋁屑厚度為1.5mm ;然后加入一層加熱到610°C的鋼屑，鋼屑平均尺寸為200 μ m,總雜質(zhì)含量在為0.7wt.%，鋼屑厚度為
2.0mm;接著通過(guò)采用模具鋼制作的沖壓頭對(duì)在壓合模具模腔中的鋼屑表面進(jìn)行壓合，壓力為50MPa，保持時(shí)間為4s ;沖壓頭抬起后再加入一層鋁屑，重復(fù)上述步驟直至在壓合模具中得到的材料達(dá)到要求的厚度；將壓合得到的材料在壓合模具中在610°C保溫5h，然后以15°C /min的速度對(duì)鋼屑與鋁屑的復(fù)合體進(jìn)行冷卻，直至溫度降至室溫，得到所需要的材料；材料的顯微組織與圖1類似。
[0020]實(shí)施例4
本實(shí)施例具體實(shí)施一種制備回收利用鐵屑的方法，具體過(guò)程為:在采用模具鋼制作的壁厚為18mm截面為150mmX120mm的壓合模具模腔底部加入一層加熱到620°C的ZL102鋁合金切屑，切屑平均尺寸為200 μ m,總雜質(zhì)含量為0.9wt.%，鋁屑厚度為1.6mm ;然后加入一層加熱到620°C的鋼屑，鋼屑平均尺寸為350 μ m，總雜質(zhì)含量為0.8wt.%，鋼屑厚度為
2.2mm ;接著通過(guò)采用模具鋼制作的沖壓頭對(duì)在壓合模具模腔中的鋼屑表面進(jìn)行壓合，壓力為70MPa，保持時(shí)間為4.5s ;沖壓頭抬起后再加入一層鋁屑，重復(fù)上述步驟直至在壓合模具中得到的材料達(dá)到要求的厚度；將壓合得到的材料在壓合模具中在620°C保溫5h，然后以16°C /min的速度對(duì)鋼屑與鋁屑的復(fù)合體進(jìn)行冷卻，直至溫度降至室溫，得到所需要的材料；材料的顯微組織與圖1類似。
【權(quán)利要求】
1.一種回收利用鋼屑的方法，其特征在于:在壓合模具的模腔底部加入一層加熱到液相線溫度附近的鋁屑，然后加入一層經(jīng)過(guò)預(yù)熱的鋼屑，并通過(guò)沖壓頭壓合，沖壓頭抬起后再加入一層鋁屑，重復(fù)上述步驟直至在壓合模具中得到的材料達(dá)到要求的厚度，將壓合得到的材料在壓合模具中保溫一定時(shí)間后冷卻到室溫，即得到所需要的材料。
2.如權(quán)利要求1所述的一種回收利用鋼屑的方法，其特征在于:所述的壓合模具，是指采用模具鋼制作的最小壁厚為15~20mm的模具，模具的截面可以是方形或者圓形，尺寸根據(jù)實(shí)際需要確定。
3.如權(quán)利要求1所述的一種回收利用鋼屑的方法，其特征在于:所述的一層加熱到液相線溫度附近的鋁屑，是指溫度在液相線以下5~1(TC的鋁合金切屑，切屑平均尺寸為50^300 μ m,總雜質(zhì)含量在1.0wt.%以下，每層鋁屑的厚度為1.0~2.0mm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種回收利用鋼屑的方法，其特征在于:所述的一層經(jīng)過(guò)預(yù)熱的鋼屑，是指加熱到鋁屑液相線以下5~10°C的鋼屑，鋼屑平均尺寸為100-500μπι，總雜質(zhì)含量在1.0wt.%以下，每層鋼屑的厚度為1.5~2.5mm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種回收利用鋼屑的方法，其特征在于:所述的通過(guò)沖壓頭壓合，是指通過(guò)采用模具鋼制作的沖壓頭對(duì)在壓合模具模腔中的鋼屑表面進(jìn)行壓合，壓力為30~80MPa，保持時(shí)間為3~5S。
6.如權(quán)利要求1所述的一種回收利用鋼屑的方法，其特征在于:所述的保溫一定時(shí)間，是指在鋁屑液相線以下5~10°C保溫4~6h。
7.如權(quán)利要求1所述的一種回收利用鋼屑的方法，其特征在于:所述的冷卻到室溫，是指以1(T20°C /min的速度對(duì)鋼屑與鋁屑的復(fù)合體進(jìn)行冷卻，直至溫度降至室溫。
【文檔編號(hào)】B22F3/14GK103990804SQ201410206006
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】陳剛, 史經(jīng)浩, 趙玉濤, 邵靜波 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)