CN102051552B - 一种强韧性锌合金材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强韧性锌合金材料及其制备方法，该合金材料以锌合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，所用铜丝和铁丝直径均为1-2mm，金属丝团直径为10-15cm，材料中铜丝与铁丝的总体长度相当，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-35%。本发明强韧性锌合金材料具有较强的韧性，且生产成本低，制备工艺简单。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种强韧性锌合金材料及其制备方法。
背景技术
在金属材料领域中, 强韧性锌合金作为强韧性材料一直受到普遍重视。
CN200610155125.7中公开了一种高强度高韧性的锌基合金线材或棒材制造方法，其生产工艺过程为：提供铝含量≥10wt％的锌基合金原料－熔炼－保温及挤压－拉拔－热处理－淬火；其中，保温及挤压温度在300～450℃范围内；热处理的温度在150～300℃范围内，时间在30～120min之间。该合金材料的制备工艺复杂，且其韧性还有待进一步增强。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种强韧性锌合金材料，该材料具有良好的性能。
本发明的另一目的是提供一种强韧性锌合金材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种强韧性锌合金材料，其特征在于：该材料以锌合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，所用铜丝和铁丝直径均为1-2mm，金属丝团直径为10-15cm，材料中铜丝与铁丝的总体长度相当，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-35%；
锌合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为39-46％，Sr为0.2％～0.5％，Si为1％～3％，Cu为2％～4％， Pb为1％～3％，Fe为0.5％～1.2％，Gd为0.5％～1％，Mn为4％～6％,Ho为0.01％～0.03％，其余为Zn；
铜丝为纯铜；铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.05-0.09，Si为0.2%～0.3%,Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。
所述基体中还分布有CrZn17和CoZn13颗粒。
一种强韧性锌合金材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
镀钴铜丝及镀铬铁丝的准备：分别取直径为1-2mm、成分为纯铜的铜丝以及直径为1-2mm、成分重量百分含量：C为0.05-0.09，Si为0.2%～0.3%,Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，铜丝与铁丝二者的总体长度相当，铜丝和铁丝两种金属丝共占材料的体积百分比为10-35%；按常规方法分别在铜丝表面镀钴及铁丝表面镀铬，铜丝表面镀钴层厚度为50-150微米；铁丝表面镀铬层的厚度为100-200微米；
按清洁球生产的常规方法将上述镀钴铜丝及镀铬铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；
锌合金基体的准备：按重量百分含量Al为39-46％，Sr为0.2％～0.5％，Si为1％～3％，Cu为2％～4％， Pb为1％～3％，Fe为0.5％～1.2％，Gd为0.5％～1％，Mn为4％～6％,Ho为0.01％～0.03％，其余为Zn进行配料；将锌合金基体在感应电炉中熔化制得锌合金液，熔化温度为690-710℃；
将上述锌合金合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态合金液将镀钴铜丝及镀铬铁丝包围，然后冷却凝固，得到以锌合金为基体的其中分布有金属丝团的强韧性材料。
本发明相比现有技术的有益效果如下：
（1）本发明材料中的铜丝及铁丝自身具有相当的强度和较高的强韧性。镀钴铜丝中的Co和Cu及镀铬铁丝中的Co、Fe进入液态锌中，与锌形成CoZn13、CrZn17、CuZn、Fe3Zn10等特殊化合物，弥散增强锌合金；未熔的铜丝及铁丝与锌合金冶金结合，对锌合金起到增强增韧的作用。
（2）本发明锌合金基体中的Ho与Zn可以形成化合物ZnHo，对锌合金的组织具有显著细化的作用，有助于材料强韧性的提高；Gd和Zn可形成固溶体，Gd对Zn可起固溶强化作用。
（3）本发明合金材料材料成本低，制备工艺简便，生产成本低，生产的合金材料性能好，且便于工业化生产。
（4）本发明锌合金材料具有较强的韧性,铸件尺寸稳定,材料成本低廉,适合制造轴瓦、轴套、蜗轮、螺母等零件。
本发明的合金性能见表1。
附图说明
图1为本发明实施例一制得的金属丝增强强韧性锌合金材料的金相组织。
图1可以看到在锌合金与金属丝结合良好。
具体实施方式
以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg或其它重量单位。实施例中直径为0.5-2mm的铜丝和铁丝均为市购，镀钴层自制。
实施例一：
镀钴铜丝及镀铬铁丝的准备：
铜丝为纯铜，其直径为1mm。
铁丝的化学成分的重量百分含量：C为0.05%，Si为0.2%, Mn为0.25%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe；该铁丝的直径为1mm。
铜丝和铁丝二者的总体长度相当，两种金属丝占材料的体积百分比为10%。
取铜丝按照常规方法对其表面进行镀钴处理制备镀钴铜丝；镀钴层厚度为50微米。
取铁丝按照常规方法对其表面进行镀铬处理制备镀铬铁丝；镀铬层的厚度为100微米。
按清洁球生产的常规方法将上述镀钴铜丝及镀铬铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团（两根丝同时成型，形成双丝金属丝团，成型可按洗碗用的清洁球或称钢丝球的方法），金属丝团直径为15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；
锌合金基体准备：其成分按重量百分含量：Al为39％，Sr为0.2％，Si为1％，Cu为2％， Pb为1％，Fe为0.5％，Gd为0.5％，Mn为4％,Ho为0.01％，其余为Zn的进行配料，将锌合金基体在感应电炉中熔化制得锌合金液，熔化温度为695-705℃；
将上述锌合金合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态合金液将镀钴铜丝及镀铬铁丝包围，然后冷却凝固，得到以锌合金为基体的其中分布有金属丝团的强韧性材料。
实施例二：
锌合金基体成分按重量百分含量：Al为46％，Sr为0.5％，Si为3％，Cu为4％， Pb为3％，Fe为1.2％，Gd为1％，Mn为6％,Ho为0.03％，其余为Zn进行配料。
铜丝为纯铜，其直径为2mm。
铁丝的化学成分的重量百分含量：C为0.09%，Si为0.3%,Mn为0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe；该铁丝的直径为2mm。
所取铜丝和铁丝的二者的总体长度相当，两种金属丝共占材料的体积百分比为35%。
取铜丝按照常规方法对其表面进行镀钴处理制备镀钴铜丝，镀钴层厚度为150微米。取铁丝按照常规方法对其表面进行镀铬处理制备镀铬铁丝；镀铬层的厚度为200微米。按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。
制备过程同实施例一。
实施例三：
锌合金基体成分按重量百分含量：Al为41％，Sr为0.4％，Si为2％，Cu为3％， Pb为2％，Fe为0.9％，Gd为0.7％，Mn为5％,Ho为0.02％，其余为Zn进行配料。
铜丝为纯铜，其直径为1.5mm。
铁丝的化学成分的重量百分含量：C为0.07%，Si为0.25%,Mn为0.3%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe；该铁丝的直径为1.5mm。
所取铜丝和铁丝二者的总体长度相当，两种金属丝共占材料的体积百分比为25%。
取铜丝按照常规方法对其表面进行镀钴处理制备镀钴铜丝，镀钴层厚度为80微米。取铁丝按照常规方法对其表面进行镀铬处理制备镀铬铁丝；镀铬层的厚度为150微米。按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。
制备过程同实施例一。
对比实施例四：原料配比不在本发明范围内的实例
锌合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为35％，Sr为0.1％，Si为0.5％，Cu为1％， Pb为0.5％，Fe为0.2％，Gd为0.3％，Mn为3％,Ho为0.005％，其余为Zn。
铜丝为纯铜，其直径为0.5mm。
铁丝的化学成分的重量百分含量：C为0.04%，Si为0.1%,Mn为0.2%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe；该铁丝的直径为0.5mm。
所取铜丝和铁丝二者的总体长度相当，两种金属丝占材料的体积百分比为5%。
铜丝不镀钴，铁丝表面不镀铬。按清洁球生产的常规方法制作两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。
制备过程同实施例一。
对比实施例五：原料配比不在本发明范围内的实例
锌合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为48％，Sr为0.6％，Si为4％，Cu为5％， Pb为4％，Fe为2％，Gd为2％，Mn为7％,Ho为0.05％，其余为Zn。
铜丝为纯铜，其直径为3mm。
铁丝的化学成分的重量百分含量：C为0.1%，Si为0.4%,Mn为0.4%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe；该铁丝的直径为3mm。
所取铜丝和铁丝二者的总体长度相当，两种金属丝占材料的体积百分比为40%。
取铜丝按照常规方法对其表面进行镀钴处理制备镀钴铜丝，镀钴层厚度为160微米。取铁丝按照常规方法对其表面进行镀铬处理制备镀铬铁丝；镀铬层的厚度为210微米。按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。
制备过程同实施例一。
表1 各产品的性能对比
从上表中可以看出，锌合金基体中的Al、Sr、Si、Cu、Pb、Fe、Mn、Gd、Ho增高利于合金的力学性能提高；但有些元素如Al、Sr、Si、Pb、Fe过多则形成的化合物过多，会削弱合金的强韧性。有些元素如Gd 、Ho过多，则造成元素浪费。
铁丝中的成分C、Si、Mn增高利于合金的力学性能提高；过多会削弱合金的强韧性。
铜丝和铁丝两种金属丝体积百分比的增加，利于材料强韧性的提高。但是过多，由于锌合金基体包不住镀钴铜丝及镀铬铁丝，基体出现裂纹，则降低了材料的强韧性，从而影响合金的抗蚀能力。
同时，两种金属丝直径太小，表面积太大，不利于镀层元素溶入锌水中；反之，金属丝直径太大，在锌合金基体中分布的密度减小，又不利于材料整体强韧性的提高。
Claims (1)
1.一种强韧性锌合金材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
镀钴铜丝及镀铬铁丝的准备：分别取直径为1-2mm、成分为纯铜的铜丝以及直径为1-2mm、成分重量百分含量：C为0.05-0.09，Si为0.2%～0.3%,Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，铜丝与铁丝二者的总体长度相当，铜丝和铁丝两种金属丝共占材料的体积百分比为10-35%；按常规方法分别在铜丝表面镀钴及铁丝表面镀铬，铜丝表面镀钴层厚度为50-150微米；铁丝表面镀铬层的厚度为100-200微米；
按清洁球生产的常规方法将上述镀钴铜丝及镀铬铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；
锌合金基体的准备：按重量百分含量Al为39-46％，Sr为0.2％～0.5％，Si为1％～3％，Cu为2％～4％， Pb为1％～3％，Fe为0.5％～1.2％，Gd为0.5％～1％，Mn为4％～6％,Ho为0.01％～0.03％，其余为Zn进行配料；将锌合金基体在感应电炉中熔化制得锌合金液，熔化温度为690-710℃；
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