CN102260808A

CN102260808A - 高铝锌基微晶合金及其制备方法

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Publication number: CN102260808A
Application number: CN2010101828711A
Authority: CN
Inventors: 王秀元; 魏振江; 刘伟纯; 铁维星
Original assignee: Shenyang Longshi Alloy Co Ltd
Current assignee: Shenyang Longshi Alloy Co Ltd
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2011-11-30

Abstract

本发明的目的是提供一种高铝锌基微晶合金及其制备方法，其特征在于所述合金具体包含有下述成分，质量百分比：其特征在于所述合金具体包含有下述成分，质量百分比：Al：27～31％，Cu：1.8～2.6％，Mg：0.02～0.05％，Ti：0.1～0.2％，Ce：0.05～0.10％，B：0.02～0.08％，Y：0.01～0.06％，Zn及不可避免的杂质余量。该合金具有减振、噪音低、自润滑、良好的减摩特性，可以使机械运行平稳，提高了使用寿命；同时其机械、物理综合性能符合变幅机构需要，性能稳定，质量可靠；在节约成本的同时，其强度、硬度有了明显的提高。

Description

高铝锌基微晶合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料科学，特别提供了一种高铝锌基微晶合金及其制备方法。

背景技术

在机械行业中，滑动轴承合金铸件(轴瓦、轴套、蜗轮、螺母、滑轨、滑块等)占有很大比重，目前我国的滑动轴承合金主要沿用传统的铜基合金和巴氏合金，这两类合金中稀贵金属所占的比重极大，铜是我国的稀缺金属，每年50％的铜需要进口，尤其随着电子、电讯工业的迅猛发展，和全球性铜资源枯竭，铜的短缺将更为严重，因此，寻求具有良好的减摩性能(满足使用要求的PV值)，足够的机械强度，良好的导热性，价格便宜的新型滑动轴承合金是各机械行业工程技术人员的普遍愿望，近二十年，引进的标准的高铝锌基ZA8-1、ZA11-5、ZA27-2新型轴承合金，在各机械行业中代替青铜、黄铜、巴氏合金制造轴瓦、轴套、蜗轮、丝母、螺母、导轨、滑块等减摩铸件，由于其摩擦系数较锡青铜低(比6-6-3低44％比10-1低37.5％)，热导率比锡青铜高(比6-6-3高10％、比9-4高70％、比10-1高100％)，而得到各机械行业的普遍欢迎和广泛应用。

重力铸造高铝锌基合金优越的机械性能和优良的铸造工艺性能、机械加工性能令人瞩目，被誉为“魔术合金”。而其较低的原材料成本和熔化节能高达58％更增强了它的竞争力。熔炼工艺简单，无污染也是它的巨大优点。

因此，重力铸造高铝锌基合金受到了国际上广大厂商和使用者的欢迎，尽管高铝锌基合金问世历史不长，然而其研制工作的进展、推广应用迅速，令人瞩目。目前，美国、加拿大、德国、英国、澳大利亚、日本、俄罗斯等几乎所有发达国家都已经成功应用，而开始研究和推广的国家则更多。

重力铸造高铝锌基合金取代青铜、黄铜广泛应用于矿山、石油、水泥、水泵、冶金机床、锻压、压缩机、建筑、减速机、输变电、阀门、运输、建材、造纸、橡胶、包装、粮食、起重、纺织、液压、船舶等机械行业制作瓦、套、蜗轮、螺母、丝母、滑轨、滑块、导轨板等易损部件。

现有技术中，重力铸造领域使用的高铝锌基合金开始于二次世界大战时期的德国，当时德国因为同资源紧缺，急需找到青铜的替代材料，因此在1939～1943年期间，德国锌基合金的用量从7800吨猛增到47000吨。自此，其它国家也开始了对这类合金的应用和发展。

表1ZA8、ZA12、ZA27合金性能列表

1959～1962年，国际铝锌组织ITZR0发起了一项锌基合金研究计划，研制出了ILZR012的铸造锌合金。70年代中期，加拿大Norand Mines Limied研究中心随该合金进行了成分调整，并与美国的Zastern公司合作，相继研制出了ZA8、ZA12、ZA27合金，其中，ZA27综合性能最好，其强度可达400Mpa，延伸率为3-6+％，硬度HBs110。至此，高铝锌基合金构成了铸造锌合金系列。

美国Zastern公司的技术顾问Bess在介绍锌基合金的文章中指出：研制锌基合金的目的，不仅仅是要在传统有色合金能够胜任的场合替代它们，更重要的是使之应用于传统有色合金在强度和耐磨性能上满足不了要求的场合。据他预测：“锌基合金在近期会有一个很大的发展，其生产规模和销售市场将迅速扩大，二十一世纪将是锌合金的全盛时期。”

国内重力铸造高铝锌基合金领域的研究工作目前还比较落后，与国外有相当的差距，我国八十年代初开展高铝锌基合金研究，2000年后高铝锌基合金的开发应用才逐渐提到了议事日程，主要集中在耐磨件、易损件放方面。而结构件、无火花、无磁性应用领域将是我们在高铝锌基合金方面的重要发展方向。

八十年代初，我国开始引进美国ASTMB791-199标准中的ZA27合金。经近二年消化、吸收，先后在锻压、机床、橡胶、水泥、水泵、食品、造纸、石油、轧钢、矿山、运输、起重、纺织、船舶、阀门等机械行业推广，成功地替代青铜、黄铜、巴氏合金制作各种规格的减摩铸件。至今，应用较为广泛减摩合金仍以锌基ZA27-2为代表。

我国铝锌资源丰富，蕴藏量均居世界前列，立足国内富有资源，大力发展重力铸造锌基合金的研究和应用，其与节约铜材、降低成本有重大的经济技术意义和长远的社会意义。

现有技术中，我们迫切需要一种能够替代青铜制造特殊钢板轧机滑块的新型材料。例如，在轧制1Cr18Ni9Ti等特殊钢时，部件承受较大的交变冲击载荷。以抚顺特钢公司薄板厂1200冷轧机的轧制力为1400吨，转动扭力为6吨/米，线速度为2.9米/秒。该机工作时，万向联轴器上的青铜滑块在交变(频繁正反转)冲击载荷作用下磨损极快，被磨下的铜屑形成一条线，平均寿命不足7天。如此频繁停机更换滑块会使设备开动率大大降低，影响经济效益。另一方面，铜一直是紧缺的有色金属，其价格高。大量使用青铜滑块大大提高了企业的成本，浪费铜材。

本公司申请的发明专利：一种高铝锌基轴承合金及其制备方法(申请号：200810228877.0)提供了一种性能良好且降低成本的高铝锌基轴承合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种高铝锌基微晶合金及其制备方法，该合金具有减振、噪音低、自润滑、良好的减摩特性，可以使机械运行平稳，提高了使用寿命；同时其机械、物理综合性能符合变幅机构需要，性能稳定，质量可靠；在节约成本的同时，其强度、硬度有了明显的提高。

本发明具体提供了一种高铝锌基微晶合金，其特征在于所述合金具体包含有下述成分，质量百分比：其特征在于所述合金具体包含有下述成分，质量百分比：Al：27～31％，Cu：1.8～2.6％，Mg：0.02～0.05％，Ti：0.1～0.2％，Ce：0.05～0.10％，B：0.02～0.08％，Y：0.01～0.06％，Zn及不可避免的杂质余量。其中B是以铝硼合金的形式加入。

本发明还提供了上述高铝锌基微晶合金的制备方法，其特征在于：首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入氟硼酸钾或/和氟钛酸钾，其中氟硼酸钾的加入质量低于原料总质量的1％，氟钛酸钾的加入质量低于原料总质量的3％；保持25～35分钟后，浇成锭子，在300℃±10℃时淬火，淬冷介质为过饱和硼酸溶液，其中过饱和硼酸溶液能加快合金的冷却速度。

本发明所提供的高铝锌基微晶合金的制备方法中，向合金熔体中加入的氟硼酸钾或/和氟钛酸钾的量低于原料总质量的≤4％，其中氟硼酸钾≤1％；氟钛酸钾≤3％。

本发明有以下优势：

1、高铝锌基微晶合金的机械、物理综合性能符合变幅机构需要，性能稳定，质量可靠。

2、采用高铝锌基微晶合金可进一步降低成本。

3、高铝锌基微晶合金具有的减振、噪音低、自润滑、良好的减摩特性，尤其是相对于高铝锌基轴承合金(申请号为200810228877.0所述的合金)其强度、硬度得到大幅提高，使主机运行平稳，提高了使用寿命。

因此，本发明所述高铝锌基微晶合金及其制备方法具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。

附图说明

图1高铝锌基微晶合金金相图；

图2高铝锌基微晶合金金相图。

具体实施方式

实施例1

首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入占原料总量0.9％的氟硼酸钾以便细化晶粒；保持30分钟后，浇成锭子，在300℃±10℃时淬火，淬冷介质为过饱和硼酸溶液，最后得到晶粒细化的微晶合金组织，其金相组织见图1。

实施例2

首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入占原料总量0.03％的氟硼酸钾、1.1％氟钛酸钾以便细化晶粒；保持30分钟后，浇成锭子，在300℃±10℃时淬火，淬冷介质为过饱和硼酸溶液，最后得到晶粒细化的微晶合金组织，其金相组织见图2。

实施例3

首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入占原料总量0.25％的氟硼酸钾、1.2％氟钛酸钾以便细化晶粒；保持30分钟后，浇成锭子，在300℃±10℃时淬火，淬冷介质为过饱和硼酸溶液，最后得到晶粒细化的微晶合金。

实施例4

首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入占原料总量0.9％的氟硼酸钾、1.2％氟钛酸钾以便细化晶粒；保持25分钟后，浇成锭子，在300℃±10℃时淬火，淬冷介质为过饱和硼酸溶液，最后得到晶粒细化的微晶合金。

实施例5

首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入占原料总量0.05％的氟硼酸钾、0.15％氟钛酸钾以便细化晶粒；保持25分钟后，浇成锭子，在300℃±10℃时淬火，淬冷介质为过饱和硼酸溶液，最后得到晶粒细化的微晶合金。

实施例6

首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入占原料总量0.1％的氟硼酸钾、1.9％氟钛酸钾以便细化晶粒；保持35分钟后，浇成锭子，在300℃±10℃时淬火，淬冷介质为过饱和硼酸溶液，最后得到晶粒细化的微晶合金。

实施例7

首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入占原料总量0.04％的氟硼酸钾、0.6％氟钛酸钾以便细化晶粒；保持35分钟后，浇成锭子，在300℃±10℃时淬火，淬冷介质为过饱和硼酸溶液，最后得到晶粒细化的微晶合金。

实施例8

首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入占原料总量0.4％的氟硼酸钾、2.8％氟钛酸钾以便细化晶粒；保持35分钟后，浇成锭子，在300℃±10℃时淬火，淬冷介质为过饱和硼酸溶液，最后得到晶粒细化的微晶合金。

实施例9

首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入占原料总量0.2％的氟硼酸钾、2.5％氟钛酸钾以便细化晶粒；保持35分钟后，浇成锭子，在300℃±10℃时淬火，淬冷介质为过饱和硼酸溶液，最后得到晶粒细化的微晶合金。

比较例1

首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入原料总量0.03％的氟硼酸钾、1.1％氟钛酸钾；以便细化晶粒；在25分钟内细化晶粒，得到晶粒细化的合金组织。

比较例2

首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入原料总量0.9％的氟硼酸钾以便细化晶粒；在25～35分钟内细化晶粒，得到晶粒细化的合金组织。

比较例3

首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入原料总量0.2％的氟硼酸钾、1.2％氟钛酸钾；以便细化晶粒；在25分钟内细化晶粒，得到晶粒细化的合金组织。

表2实施例合金配比及合金性能

表3国内外常用轴承合金机械物理性能参数

Claims

1.高铝锌基微晶合金，其特征在于所述合金具体包含有下述成分，质量百分比：Al：27～31％，Cu：1.8～2.6％，Mg：0.02～0.05％，Ti：0.1～0.2％，Ce：0.05～0.10％，B：0.02～0.08％，Y：0.01～0.06％，Zn及不可避免的杂质余量。

2.按照权利要求1所述高铝锌基微晶合金，其特征在于：所述B是以铝硼合金的形式加入。

3.一种按照权利要求1所述高铝锌基微晶合金的制备方法，其特征在于：首先按照各种合金元素质量百分含量配比关系制作合金熔体，然后在610℃～650℃温度条件下向合金熔体中加入氟硼酸钾或/和氟钛酸钾，其中氟硼酸钾的加入质量低于原料总质量的1％，氟钛酸钾的加入质量低于原料总质量的3％；保持25～35分钟后，浇成锭子，在300℃±10℃时淬火，淬冷介质为过饱和硼酸溶液。