高强度高耐磨锌基合金、其铸件制备方法及专用装置制造方法及图纸

本发明专利技术是一种高强度高耐磨的锌基合金及其铸件制备方法。合金为锌基合金，含有铝、铜、镁、锰、钛、硼、镍、硅、锌、稀土、锶、铁和其他不可避免的杂质元素。本发明专利技术具有良好的切削性能和优异的机械性能，生产成本低，在国内外都有竞争优势，本发明专利技术可大范围替代锡青铜，大幅度降低企业生产成本。

High strength and high wear resistant zinc base alloy, casting thereof, preparation method and special device

The invention relates to a zinc alloy with high strength and high wear resistance and a method for preparing the casting. The alloy is a zinc based alloy that contains aluminum, copper, magnesium, manganese, titanium, boron, nickel, silicon, zinc, rare earth, strontium, iron, and other unavoidable impurities. The present invention has good cutting performance and excellent mechanical performance, low production cost, and competitive advantages both at home and abroad. The invention can replace tin bronze in large scale and greatly reduce production cost of enterprise.

【技术实现步骤摘要】
高强度高耐磨锌基合金、其铸件制备方法及专用装置
本专利技术涉及一种锌基合金，具体涉及一种高强度高耐磨的锌基合金。本专利技术还涉及所述高强度高耐磨的锌基合金的铸件制备方法。本专利技术还涉及所述锌基合金铸件制备的专用压铸冷却装置。技术背景因为具有耐磨性好的特点，铜合金一直被广泛研究，但由于强度较低耐磨性能一般，其应用范围受到了很大限制。目前，国内机械制造企业基本还是选用铜合金作为减磨配件，其中ZCuSn6Zn6Pb3、ZCuSn10Pb1、ZCuSn10Pb5应用比较广泛。但实际上，有许多铜合金的零部件生产达不到其力学性能要求。出现以上问题的主要原因在于：第一、现有合金成分和制备工艺决定了其性能的局限。第二、传统的合金重力铸造装置通常是在将金属液体浇铸于铸钢模具内，然后自然冷却，这样会使合金的内部产生补缩不足，冷却速度缓慢，造成合金铸件缩孔和缩松，晶粒粗大，从而导致合金的强度、硬度和耐磨性都难以达到零部件生产要求。依照这种传统方法所得合金制成的蜗轮、螺母强度较低，经常会出现内齿断裂的现象。在高压的工作情况下，由此合金制成的轴套，其耐磨性也往往不尽如人意。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种具有优异切削加工性能和机械性能的高强度高耐磨的锌基合金、其铸件制备方法以及专用压铸冷却装置。本专利技术的技术方案如下：一种高强度高耐磨的锌基合金，其特征在于其合金重量百分比组成为：AL26～37％、Cu2～4％、Mg0.02～0.06％、Mn0.5～1％、Ti0.1～0.5％、B0.03～0.1％、Ni0.5～1％，Si1～3％、Zn51～62％，X1～3％，其他杂质总和≤0.2％；其中X是晶粒细化球化添加剂，X中重量百分比组成为：混合稀土65％(含Ce≥45％)，Sr15％和Fe20％。其合金重量百分比组成可以优选为：AL30.2％、Cu3.53％、Mg0.03％、Mn0.94％、Ni0.5％、Si2.55％、Ti0.25％、B0.05％、X1.8％，余量为Zn及杂质。其合金重量百分比组成可以优选为：AL30.15％、Cu3.55％、Mg0.027％、Mn0.97％、Ni0.53％、Si2.57％、Ti0.23％、B0.04％、X1.75％，余量为Zn及杂质。其合金重量百分比组成可以优选为：AL30.3％、Cu3.5％、Mg0.027％、Mn0.9％、Ni0.58％、Si2.56％、Ti0.25％、B0.05％、X1.78％，余量为Zn及杂质。所述的高强度高耐磨的锌基合金的铸件制备方法，按照以下步骤制备而成：电阻炉内加热铝锭、锌锭、铜、硅、锰和镍，等合金熔化后除气，压入镁块，钛硼变质后X变质，二次除气打渣后，锌基合金高温状态下浇铸铸件。所述浇铸铸件的方法是：对高温状态下的锌基合金在加压条件下实施循环水冷却，循环水冷却中低温水进口位置低于高温水出口位置以确保冷却水自低位至高位温度逐步提高，金属凝固顺序为由下往上。优选地，所述加压条件是指加载550～650MPa的压强。所述的高强度高耐磨的锌基合金的铸件制备的专用压铸冷却装置，它包括冷却罐，冷却罐的侧壁上分别设有进水口和出水口，出水口的位置高于进水口，其特征在于：冷却罐内纵向设有铸钢模具，铸钢模具的顶端开口并在该开口端安装有用于向铸钢模具内液体合金加压的压力机冲头；铸钢模具的下端固定在冷却罐的内底面上；所述的冷却罐的底端开设有与铸钢模具内腔相通的通孔，并在该通孔中安装有可上下移动的顶杆。本专利技术的积极效果在于：一、本专利技术在合金中添加Ti，B和X，具有复合细化金属晶粒的比较显著的效果，从而提高了合金的综合力学性能。其中Ti和B能够细化合金晶粒，提高力学性能；X能够球化晶粒，提高合金耐磨性能。X中主要含有混合稀土(含Ce≥45％)，Sr和Fe。Sr能够避免偏析作用，使合金材料更均匀。微量的Fe可以改善B化物的性质，当Fe和Ti元素分布均匀，能够使合金内质点细小而分散，消除了B化物的聚集。本专利技术中，Si以微小颗粒状态镶嵌在基体内，能够达到耐磨的作用。Cu有助于合金的总体加工性能，有助于提高合金热加工时的塑性，增强热处理强化效果，降低合金的各向异性。Mg有助于微细弥散相的形成和阻止热加工及热处理过程中再结晶的发生。Zn的加入能够提高材料的耐磨性能和自润滑效果。Mn和Ni的组合添加，能够提高合金高温加热下的强度。本专利技术的锌基合金具有良好的易切削性，优异的机械性能以及优异的耐磨性，可替代现有的部分铜合金，广泛应用于制造蜗轮、轴套、轴瓦、螺母、滑块等产品。二、本专利技术的锌基合金采用在高温状态下浇铸于钢模内，然后在高压状态下利用循环水下冷却的制备方法，据此得出的合金晶粒更加微小，内部结构更加致密、均匀，能够更好地消除因重力铸造自然冷却导致的铸件缩孔和缩松，减小了传统铸造的冒口尺寸，对于气密性、水密性零件具有显著优势，同时，提高了金属溶液利用率和生产效率，能够进一步提高铸件的强度、硬度及耐磨性。且顶出方法更加灵活，可按铸件使用要求做出相应调整。金属液体在压力作用下发生流变充型、结晶凝固和流变补缩，最终获得内部致密、外观光洁、尺寸精确的铸件，比普通重力铸造仅靠重力补缩更容易获得致密铸造件，消除了传统铸件的缩孔和缩松缺陷，内部组织致密、均匀、晶粒细小。在循环水的冷却下，金属凝固顺序由下往上，补缩效果更好，晶粒微小致密，金属液体在快冷状态下凝固，铸件强度和硬度增加幅度很大，远远超出传统铸造的性能指标。三、采用本专利技术合金生产的产品具有优异的机械性能以及优异的耐磨性；生产成本低，在国内外市场都具有竞争优势，可大范围替代锡青铜。附图说明图1是本专利技术专用压铸冷却装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术。本专利技术的三个实施例分别对应于表1中试样1、试样2和试样3的铸件制备，按表1具体的合金成分分别进行铸造。表1试样化学成分(质量％)其中X是晶粒细化球化添加剂，X中重量百分比组成为：混合稀土65％(含Ce≥45％)，Sr15％和Fe20％。上述三个实施例所采用的晶粒细化球化添加剂中，混合稀土均满足Ce≥45％的条件，具体选用了淄博伟杰稀土有限公司生产的镧系混合稀土。工艺流程如下：电阻炉内加热铝锭、锌锭、铜、硅、锰和镍，等合金熔化后除气，压入镁块，钛硼变质后X变质，二次除气打渣后，锌基合金高温状态下浇铸铸件。具体流程如下：一、按比例向电阻炉内加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金和铝镍中间合金，加热至650℃合金熔化；二、除气：采用张家港溶剂厂生产的除气除渣添加剂，用钟罩压入液体底部；三、温度达到600℃后，按比例压入镁块，用钟罩压入液体底部，溶化后搅拌1分钟；四、钛硼变质：温度处于600℃时，采用钛硼添加剂，成块状，用钟罩压入液体底部，溶化后搅拌1分钟；五、X变质：升温至650℃使X变质，成块状，用钟罩压入液体底部，溶化后搅拌1分钟；六、二次使用张家港溶剂厂生产的除气除渣添加剂对液体合金进行处理，静置10分钟后撇去上层氧化浮渣；七、锌基合金保持在650℃高温状态下浇铸铸件：对650℃高温状态下的锌基合金在加压条件下(最佳压强为600MPa)实施循环水冷却，循环水冷却中低温水进口位置低于高温水出口位置以确保冷却水自低位至高位温度逐步提高，金属凝固顺序为由下往上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高耐磨的锌基合金，其特征在于其合金重量百分比组成为：AL26～37%、Cu2～4%、Mg0.02～0.06%、Mn0.5~1%、Ti0.1～0.5%、B0.03～0.1%、Ni0.5～1%，Si1～3%、Zn51～62%，X 1～3%，其他杂质总和≤0.2%；其中X是晶粒细化球化添加剂，X中重量百分比组成为：混合稀土65%（含Ce≥45%），Sr15%和Fe20%。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高耐磨的锌基合金，其特征在于其合金重量百分比组成为：AL26～37%、Cu2～4%、Mg0.02～0.06%、Mn0.5~1%、Ti0.1～0.5%、B0.03～0.1%、Ni0.5～1%，Si1～3%、Zn51～62%，X1～3%，其他杂质总和≤0.2%；其中X是晶粒细化球化添加剂，X中重量百分比组成为：混合稀土65%（含Ce≥45%），Sr15%和Fe20%。2.根据权利要求1所述的高强度高耐磨的锌基合金，其特征在于其合金重量百分比组成为：AL30.2%、Cu3.53%、Mg0.03%、Mn0.94%、Ni0.5%、Si2.55%、Ti0.25%、B0.05%、X1.8%，余量为Zn及杂质。3.根据权利要求1所述的高强度高耐磨的锌基合金，其特征在于其合金重量百分比组成为：AL30.15%、Cu3.55%、Mg0.027%、Mn0.97%、Ni0.53%、Si2.57%、Ti0.23%、B0.04%、X1.75%，余量为Zn及杂质。4.根据权利要求1所述的高强度高耐磨的锌基合金，其特征在于其合金重量百分比组成为：AL30.3%、Cu3.5%、Mg0.027%、Mn0.9%、Ni0.58%、Si2.56%、Ti0.25%、...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鹏，
申请(专利权)人：海阳鹏程压铸厂，
类型：发明
国别省市：山东,37