一种耐磨锌-铝合金及其熔炼工艺制造技术

本发明专利技术涉及到耐磨合金材料，一种铸造耐磨锌－铝合金。该材料以锌为基，铝、铜为主要合金元素，通过加入锑、镁、钛、硼、镧元素进行微量多元合金化处理和晶粒细化、变质处理，并采用熔体热处理熔炼工艺，获得了晶粒细小的软基体上分布着硬质点的理想轴承合金组织，提高了合金的力学性能，改善了其摩擦磨损特性和铸件质量。该材料的塑性、韧性和耐磨性能优良，铸件尺寸稳定好，材料成本低廉，是制造轴瓦、轴套、蜗轮等滑动摩擦件的优良材料。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到耐磨合金材料，尤其是一种用于制作滑动摩擦件的铸造耐磨锌—铝合金材料及其熔炼工艺。当前应用的Zn-Al基合金以ZA27合金的综合性能最好。它具有很高的强度、优良的摩擦磨损特性、良好的机加工性能和铸造工艺性能，其原材料成本低廉，在工业生产中已成功的替代部分锡青铜材料制作滑动摩擦耐磨件。但是，现有Zn-Al耐磨合金的主要缺点是材料的塑性、韧性偏低，铸件有缩松倾向，砂型铸件易产生底部收缩缺陷，铸件的尺寸稳定性较差。由于存在以上问题，很大程度上限制了该材料的推广和应用。本专利技术的目的是为了解决Zn-Al合金存在的上述问题。通过设计、优化合金成分及熔炼工艺，研制一种力学性能优良、耐磨性和铸造工艺性能好、易于广泛推广应用的耐磨锌—铝合金材料及其熔体热处理熔炼工艺。本专利技术材料以锌为基，铝、铜为主要合金元素，通过加入锑、钛、硼、镧元素进行微量多元合金化处理、晶粒细化和变质处理，采用熔体热处理熔炼新工艺，获得了晶粒细小的软基体上分布着软质点的理想轴承合金组织，明显提高了合金的力学性能，改善了摩擦磨损性能和铸件质量。该合金可作为ZCuSn6Zn6Pb3、ZCuSn10P1等牌号锡青铜的替代材料制作轴瓦、轴套、蜗轮等滑动摩擦耐磨件，具有很高的经济价值。适用于中、低滑动速度，中、高载荷，工作环境温度低于110℃的工况条件。本专利技术合金的成分范围是(重量％)Al 22-42，Cu 1.0-2.5，Sb 0.2-2.5，Mg 0.02-0.15，Ti 0.02-0.15，B 0.01-0.08，La 0.03-0.20，其余为Zn和不超过0.2％的Fe及不可避免的杂质。本专利技术合金的最佳成分配比是(重量％)Al 35，Cu 2.2，Sb 0.8，Mg 0.04，Ti 0.05，B 0.03，La 0.08，其余为Zn和不超过0.2％的Fe及不可避免的杂质。所提供的熔体热处理熔炼工艺可通用于Zn-Al合金和本专利技术合金，该工艺程序为首先把电解铜制成铝-50％铜中间合金，按所选的材料配方配料，将配料中40-100％的锌料、50-100％的铝料、全部铝—铜中间合金和锑料装炉熔化，炉料熔清后加入镁料，合金液升温至760-880℃并保温5-30分钟，然后加入所余的、经50-250℃预热的固体锌料或铝料，或者加入为合金料重15-40％的同成分纯净回炉料，随即快速搅拌合金液1-5分钟进行激冷处理，在680-740℃下用加入量为合金料重0.5-2.5％的含Ti、B、La的盐类综合处理剂进行晶粒细化、变质和精炼处理，合金液在640-720℃温度下保温静置5-15分钟，扒渣浇注。本专利技术耐磨锌—铝合金材料由于适量加入上述合金元素和采用熔体热处理熔炼工艺，同ZA27合金比较，本专利技术材料具有优良的力学性能，尤其是塑性和韧性有较大的提高，材料的耐磨性、减摩性得到改善，铸件的尺寸稳定性提高，成分偏析减轻，进而减少了铸件的底部收缩缺陷，熔体热处理工艺还明显提高Zn-Al合金的抗晶间腐蚀能力。表1本专利技术合金与对比材料的化学成分 (重量％) 实施例1用表1所列本专利技术合金1的成分配比制作滑动轴承或蜗轮铸件，熔炼合金在电阻炉内进行。将配料中65％的锌料、全部铝料、铝-50％铜中间合金和锑料装炉熔化，炉料熔清后加入镁料，待合金液升温至820-860℃并保温10分钟后，加入经150-200℃预热的所余固体锌料、随即快速搅拌合金液2分钟，在710-730℃下加入2％含钛、硼和镧的盐类综合处理剂进行晶粒细化、变质和精炼处理，合金液在680-720℃保温静置5-10分钟后扒渣浇注。由表2和表3试验结果所示，本专利技术合金1比ZA27和ZCuSn6Zn6Pb3合金的抗拉强度(σb)分别提高10％和98％，伸长率(δ5)比ZA27提高122％，冲击韧性(ak)提高83％，摩擦系数比ZA27和ZCuSn6Zn6Pb3分别减少了22％和19％，磨损率分别减少了27％和68％。实施例2用表1所列本专利技术合金2的成分配比制作滑动轴套或蜗轮铸件，熔炼在电阻炉内进行。将配料中80％的锌料、全部铝料、铝-50％铜中间合金和锑料装表2本专利技术合金与对比材料的力学性能 表3本专利技术合金与对比材料的摩擦磨损特性 炉熔化，炉料熔清后加入镁料，待合金液升温至820-860℃并保温后，加入经100-150℃预热的所余固体锌料和为合金料重20％的同成分回炉料、随即快速搅拌合金液2分钟，在710-730℃下加入1％含钛、硼和镧的盐类综合处理剂进行晶粒细化、变质和精炼处理，再加入0.2％的C2Cl6进行补充精炼处理，合金液在660-720℃保温静置5-10分钟后扒渣浇注。由表1和表2试验结果所示，本专利技术合金2比ZA27合金的抗拉强度提高7％，伸长率提高56％，冲击韧性提高42％，摩擦系数比ZA27和ZCuSn6Zn6Pb3合金分别减少了7％和6％，磨损率分别减少了35％和79％。权利要求1.一种铸造耐磨锌—铝合金，其特征在于它的化学成分组成为(重量％)Al 22-40，Cu 1.0-3.5，Sb 0.2-2.5，Mg 0.02-0.15，Ti 0.02-0.15，B 0.01-0.08，La 0.03-0.20，其余为Zn和不超过0.2％的Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铸造耐磨锌—铝合金，其特征在于最佳成分组成为(重量％)Al 35，Cu 2.2，Sb 0.8，Mg 0.04，Ti 0.05，B 0.03，La 0.08，其余为Zn和不超过0.2％的Fe及不可避免的杂质。3.熔体热处理熔炼工艺，其特征在于工艺程序为将合金配料中40-100％的锌料、50-100％的铝料、全部铝—铜中间合金和锑料装炉熔化，炉料熔清后加入镁料，将合金液升温至760-880℃并保温5-30分钟，然后加入所余的、经50-250℃温度预热的固体炉料，或者加入为合金料重15-40％的同成分纯净回炉料，随即快速搅拌合金液1-5分钟进行激冷处理，在680-740℃下用加入量为合金料重0.5-2.5％的盐类综合处理剂进行晶粒细化、变质和精炼处理，合金液在640-720℃温度下保温静置5-15分钟后扒渣浇注。全文摘要本专利技术涉及到耐磨合金材料,一种铸造耐磨锌－铝合金。该材料以锌为基,铝、铜为主要合金元素,通过加入锑、镁、钛、硼、镧元素进行微量多元合金化处理和晶粒细化、变质处理,并采用熔体热处理熔炼工艺,获得了晶粒细小的软基体上分布着硬质点的理想轴承合金组织,提高了合金的力学性能,改善了其摩擦磨损特性和铸件质量。该材料的塑性、韧性和耐磨性能优良,铸件尺寸稳定好,材料成本低廉,是制造轴瓦、轴套、蜗轮等滑动摩擦件的优良材料。文档编号C22C18/00GK1254766SQ9811058公开日2000年5月31日 申请日期1998年11月25日 优先权日1998年11月25日专利技术者耿浩然, 王思悦, 马家骥 申请人:山东工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸造耐磨锌－铝合金，其特征在于它的化学成分组成为（重量％）：Ａｌ ２２－４０，Ｃｕ １．０－３．５，Ｓｂ ０．２－２．５，Ｍｇ ０．０２－０．１５，Ｔｉ ０．０２－０．１５，Ｂ ０．０１－０．０８，Ｌａ ０．０３－０．２０，其余为Ｚｎ和不超过０．２％的Ｆｅ及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：耿浩然，王思悦，马家骥，
申请(专利权)人：山东工业大学，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]