CN101067176A

CN101067176A - 一种高强度防振耐磨合金

Info

Publication number: CN101067176A
Application number: CN 200710069048
Authority: CN
Inventors: 盛纯乐
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2007-11-07

Abstract

本发明公开了一种高强度防振耐磨合金。该合金是依据多元相图为基础进行开发研究的，通过研究，发现在锌基中加入铝含量(质量％)从9％依次增加至45％时，添加微量的混合稀土RE及Tl、B等元素，其抗拉强度、硬度及磨性能得到显著的提高。并由此对合金配方进行了优化设计，通过优化设计后配方所生产的高强度防振耐磨合金，经国家产品质量检验检测部门检测，其铸态下抗拉强度为350－500MPa，硬度为HBS90－HBS160，耐磨性能(磨损量比锡青铜小10倍以上)超过了国际标准黄铜ISO1338－1977的CuZn40Pb和国家标准锡青铜GB/T1176－87的ZCuSn5Pb5Zn5，并可替代达到上述标准要求的铜合金，节约纯铜约60％，产品成本降低50％左右。

Description

一种高强度防振耐磨合金

技术领域：

本发明涉及一种高强度锌基耐磨合金材料，属于金属新材料技术领域。

背景技术：

过去研发的锌基合金的主要用途之一是耐磨，在耐磨领域里以取代一部分铜合金。为进一步提高锌基合金的耐磨综合性能，长期以来，许多研究人员一直致力于高强度耐磨合金材料的研究与开发，如沈阳矿冶研究所、沈阳市有色金属材料总公司发明了锌基耐磨合金(CN92113859.8)、曾宏洁发明了高强度耐磨锌基合金超高强度耐磨锌基合金(CN93101378.X)，以及由本发明人所发明的制造机械受力结构件的锌基合金(CN 91108853.9)等，但这些耐磨锌基合金通常只能应用于低速(≤27m/min)，载重(6.8MPa)的情况下，其工作温度一般不超过150℃，且防振、抗振性能较差，从而大大限制了其使用范围。

发明内容：

鉴于上述存在的问题，本发明的目的是提供一种高强度防振耐磨合金。

本发明所述的一种高强度防振耐磨合金是依据多元相图为基础进行开发研究的，通过研究，发现在锌基中加入铝含量(质量％)从9％依次增加至20.5％，其合金的防振能力增加近4倍，温度在200℃附近防振能力最佳。如将该合金进行均匀化处理，即将其加热到360℃，保温1小时20分钟后用冷水水淬，其防振能力将大幅度提高，而噪声则降低了3-8分贝。当铝含量(质量％)增至30％附近时，并添加了微量的混合稀土RE及Tl、B等元素，其抗拉强度达到402.30-500MPa。当铝含量(质量％)增至45％附近，密度从重合金进入轻合金(3.90g/cm³)，其常温下抗拉强度及伸长率虽有所下降(350MPa)，但其硬度及耐磨性能大大提高，使其应用范围较目前现有的锌基耐磨合金和已公开的锌基耐磨合金专利有了很大的拓宽。

根据上述研究，本发明设计了以下化学成分配方(质量％)：

铝：9％-45％铜： 2.50％-3.20％

镁：0.02％-0.06％混合稀土RE：0.0435％-0.196％

钛：0.02％-0.15％硼： 0.002％-0.01％

其余为锌。

本发明中所述的加入的以铈为主要成分的混合稀土RE，它所含的各种稀土的质量总量(％)不小于98％，其中铈(Ce)的质量不小于45％。铈与铜、锌作用生成高熔点化合物相，使基本晶粒明显细化，既有使合金变质细化作用，而且提高了流动性，使内部组织致密又均匀，从而提高了合金的强度、硬度、耐磨性和高温性能，同时提高了合金的重熔性能。

本发明要严格控制铁(Fe)、镉(Cd)、铊(Tl)、锡(Sn)、铅(Pb)等杂质，因为它们有害。当Fe≥0.075％时，极易与铝作用生成金属间化合物FeAl₃，导致铸造性能差，产生硬斑，而使电镀困难。Cd的含量应控制在0.003％内，超过即会导致热脆性，降低耐腐蚀性能。Tl≥0.001％时，会助长晶粒间腐蚀，害处不亚于锡≤0.003％，铅(Pb≤0.006％。

采用上述设计配方生产的高强度防振耐磨合金，经国家产品质量检验检测部门检测，其铸态下抗拉强度为350-500MPa，硬度为HBS90-HBS160，耐磨性能(磨损量比锡青铜小10倍以上)超过了国际标准黄铜ISO1338-1977的CuZn40Pb和国家标准锡青铜GB/T1176-87的ZCuSn5Pb5Zn5，并可替代达到上述标准要求的铜合金，节约纯铜约60％，产品成本降低50％左右。

此外，采用上述配方生产的高强度防振耐磨合金，熔炼简单、浇铸温度低，成品率高，加工切削容易，抛光和装饰性表面处理方便，防振性能好，是航空航天、国防、机械、交通、纺织、化工、医疗器械等各种机械受力、耐磨铜铸件的理想替代材料。

具体实施方式：

实施例1：配方：

铝：20.50％铜： 3.05％

镁：0.02％混合稀土RE：0.0958％

钛：0.15％硼：0.005％

其中，混合稀土RE中的铈(Ce)的质量不小于45％，其余为锌。

具体步骤：

将按上述配方，将铝和铜一次装入预先予热成暗红色的石墨坩埚内，加热熔化，并升温到750℃时加入混合稀土RE，同时加入钛和硼。由于稀土金属及纯金属元素熔点很高难以熔化，难以加入，过热度会很高，如钛的熔点高约1672℃，硼的熔点高约2100℃，所以必须用市场买来的优质中间合金及钛剂加入，这样，中间合金及钛剂才能全部均匀地熔化。待石墨坩埚内的所有金属元素全部熔化后，加入经予热至300℃的锌锭对合金温度进行调整至650℃时，用钟罩(予热400℃)压入镁块，全部化清后静止10分钟，扒渣浇注，可用于压铸及金属型、砂型等各种铸造方法成型。

采用上述配方生产的高强度防振耐磨合金，经20小时试验测试，其磨损量为0.33-0.49mg；其各项性能指标均优于铜基2CuSn5Pb5Zn5锡青铜，特别是其防振能力最佳。

实施例2：配方：

铝：29.00％铜： 2.5％

镁：0.06％混合稀土RE：0.0958％

钛：0.15％硼： 0.005％

其中，混合稀土RE中的铈(Ce)的质量不小于45％，其余为锌。

具体步骤：

同实施例1(略)。

采用上述配方生产的高强度防振耐磨合金，经20小时试验测试，其磨损量为0.16-0.44mg；其各项性能指标均优于铜基2CuSn5Pb5Zn5锡青铜，特别是其抗拉强度最佳。

实施例3：配方：

铝：43.60％铜： 2.5％

镁：0.06％混合稀土RE：0.0958％

钛：0.15％硼： 0.005％

其中，混合稀土RE中的铈(Ce)的质量不小于45％，其余为锌。

具体步骤：

同实施例1(略)。

采用上述配方生产的高强度防振耐磨合金，经20小时试验测试，其磨损量为0.14-0.32mg；其各项性能指标均优于铜基2CuSn5Pb5Zn5锡青铜，特别是其耐磨性能最佳。

Claims

1、一种高强度防振耐磨合金，其特征是该高强度防振耐磨合金的化学成分配方(质量％)为：

铝： 9％-45％铜： 2.50％-3.20％

镁： 0.02％-0.06％混合稀土RE：0.0435％-0.196％

钛： 0.02％-0.15％硼： 0.002％-0.01％

其余为锌。

2、根据权利要求1所述的一种高强度防振耐磨合金，其特征是所述的混合稀土RE所含的各种稀土的质量总量(％)不小于98％，其中铈(Ce)的质量不小于45％。