CN102534304A - 一种高强度锌铝合金棒材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高强度锌铝合金，其组成及配比为：Al，3.9～4.3％；Cu，0.5～1.25％；Mg，0.03～0.06％；Zn，余量。其用于制作低、中速中温重载轴承或通过连铸或离心铸造制作轴瓦、衬套型材。制备方法是：将存锌锭、铝锭放入坩埚中，升温，待锌锭、铝锭全部熔化后，依次按成分配比加入电解铜，并用石墨棒将其压入锌铝液中，升温至450℃，保温40分钟，保证铜充分熔化并分布均匀，按配比加入金属镁，炉加温，达到580℃～650℃时出炉；浇铸，挤压。其具有优良的室温和高温力学性能，尤其是优良的抗冲击性能，可以抵抗大过载的冲击，韧性好。并经过精密数控机床加工，可以用来制作用于国光工业中所需引信的核心零件的零部件，替代进口材料，实现国防工业关键材料和零部件的国产化。

Description

一种高强度锌铝合金棒材及其制备方法

技术领域

本发明属有色金属加工领域，尤其涉及一种高强度锌铝合金棒材及其制备方法。

背景技术

锌铝合金具有良好的力学性能、耐磨减摩性能以及无磁性等独特的性能，可以用来部分代替铸铁、铜合金或铝合金。同时，锌合金熔点低、耗能少、成本低廉、成型方便，适合于铸造和压力加工等多种制备方法，而且机械加工性能好，可以进行精密的数控机械加工。

由于锌铝合金材料具有良好的力学性能，故常常用于加工结构复杂，装配位置精度高的零部件，这种锌铝合金材料的零部件一般是由锌合金棒经精密数控机床加工而成。如：用来制作安装保险机构的作动机构、隔爆机构、发火机构和传爆序列等。主要有两个功能：一是保障各运动机构在高过载条件下能够正常作用。二是保障正常传递传爆序列各火工器件作用时产生的高温、高冲击轰炸能量。耐大过载冲击刚性好，韧性高。

针对传统锌合金进行深入的研究和开发，可以进一步提高锌合金的各项性能，从而满足在各种尖端部门的材料零部件上的使用，使其应用领域不断地扩展并向更高端的方向深入。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度锌铝合金及其棒材。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种高强度锌铝合金，其组成成份和重量百分比含量为：Al，3.9～4.3％；Cu，0.5～1.25％；Mg，0.03～0.06％；Zn，余量。其中，杂质含量：Fe，≤0.03％；Pb，≤0.003％；Cd，≤0.003％；Sn，≤0.001％。

本发明的另一目的是提供一种高强度锌铝合金棒材及其用途。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种高强度锌铝合金棒材，其用上述的高强度锌铝合金材料制成。

一种高强度锌铝合金棒材的用途，其用上述高强度锌铝合金棒材制作低、中速中温重载轴承或通过连铸或离心铸造制作轴瓦、衬套型材。

本发明的又一目的是提供一种高强度锌铝合金棒材的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种制备上述的高强度锌铝合金棒材的方法，其方法步骤如下：

1)以存铝锭、锌锭、电解铜、镁片为原料，备料；

2)按照权利要求1所述的成分配比将存锌锭、铝锭放入石墨坩埚中，升温，待锌锭、铝锭全部熔化后，依次按成分配比加入电解铜，并用石墨棒将其压入锌铝液中，升温至450℃，保温40分钟，保证铜充分熔化；

4)充分搅拌使成分分布均匀，加入六氯乙烷静置片刻，用小坩埚将熔体表面氧化渣扒干净，按配比加入金属镁，炉加温，达到580℃～650℃时即可出炉；

5)浇铸，得到锌铝合金铸锭；

6)将铸锭表面飞边、毛刺踢掉，使铸锭尺寸为Φ110*300mm；

7)铸锭取样，每炉料均需取样，取锭头部样送检，待化分结果合格后转入挤压工序；

8)放入挤压机中，加热温度为230℃，挤压。

本发明的高性能锌合金棒材具有优良的室温和高温力学性能，尤其是优良的抗冲击性能，可以抵抗大过载的冲击，韧性好。并经过精密数控机床加工，可以用来制作用于国光工业中所需引信的核心零件的零部件，替代进口材料，实现国防工业关键材料和零部件的国产化。

本发明的优点是：采用本发明的高性能锌合金材料，由于其力学性能比目前常规的锌合金要好，尤其是具有优良的高温力学性能，因此有很广泛的应用前景，可以代替青铜作低、中速中温重载轴承，生产成本价格较青铜轴承降低50％。另，还可通过连铸或离心铸造生产型材用以制造轴瓦、衬套等。此外，本发明制造的锌合金基体强度、硬度均超过压铸铝合金，且流动性好，故便于生产各种薄壁压铸件。同时，本发明所制备的锌铝合金材料有优良的铸造性能和压力加工成形性能，采用与生产铸造铝合金、变形铝合金相同的工艺设备，可以生产该锌铝合金，因此可用以取代铝铸件。甚至可代替铸铁生产弯通管等各种成套线路夹具，用该合金制造的凸轮顶杆臂可以代替球铁件，耐磨性好，生产成本较低。因此，本发明制备的锌铝合金既具备了优良的性能，又有较低的生产成本，其技术经济效益很明显，并且具备广阔的应用推广前景。

具体实施方式

本发明的主创点是：制造出一种性能优良的锌铝合金棒材，为能得到该材料，本发明强化了微合金化技术、高强度锌合金的热处理强化工艺和组织结构控制工艺(尤其是晶粒细化技术)，并将这两项关键工艺技术能有效地结合在一起，使获得的锌铝合金棒材满足室温和高温下材料的力学性能。提高强度和晶粒控制是一技术难点，本发明通过对关键方法技术的设计研究，解决了该难点，实现了本发明的目的。

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

具体方法如下：

1)选用原材料：Al：T1、T2≥99.6％；Zn：≥99.995％；Cu：Cu-4；电解铜：≥99.5％；Mg：镁片；选用辅料：六氯乙烷、高纯铝箔和挤压机用润滑油；选定设备：150公斤中频感应炉、Φ110*300mm铸铁模、石墨坩埚、挤压机用退火炉和1200T挤压机；模具：规格为Φ40mm的挤压模具。每炉按150公斤配料准备，所配返回料不得超过炉量的30％，按欲制得的锌铝合金棒材材料配比：3.9％Al，1.25％Cu，0.05％Mg，其余为Zn，计算各原材料的需用量；

2)熔铸锌铝合金：先将铝锭、锌锭放入石墨坩埚中，快速升温至350℃左右，待铝锭锌锭全部熔化后，加入电解铜，待电解铜全部熔清后，升温至450℃，保温40分钟，用石墨罩将六氯乙烷压入合金液底部搅拌进行脱气、造渣，六氯乙烷用量为炉量的0.3～0.4％，扒渣完毕，加入金属镁片，让炉升温，达到580℃～650℃时出炉；

3)将得到的高强度锌铝合金铸锭表面飞边、毛刺踢掉，加工铸锭尺寸为Φ110*300mm；

4)取铸锭锭头部样送检，如化分结果合格，则转入挤压工序；

5)将合格的锌铝合金铸锭放入退火炉中，保持均匀化退火温度：230℃，保温时间：3小时；

6)将退火处理后的锌铝合金铸锭置入1200T挤压机中挤压，加热温度：230℃；挤压筒保温套加热温度：230℃；挤压模及挤压垫预热温度：230℃；

7)挤压到Φ41mm后即完成作业。

为保证挤压线坯表面质量，要经常观察模具是否粘铝，如发现及时消除。为避免挤压线坯起皮产生，严禁于模筒内涂抹润滑剂。挤压后的产品应盘好，捆好炉号标记，转入拉拔工序。

经检验，该棒材规格为Φ41mm的锌铝合金棒材材料性能如下：

常温机械性能：

σ_b≥370Mpa  δ₅≥12％  Ψ≥17％  a_k≥18J/cm²  HB≥90。

高温机械性能：

50℃时   σ_b≥200Mpa  δ₅≥20％  HB≥120；

100℃时  σ_b≥150Mpa  δ₅≥30％  HB≥100；

150℃时  σ_b≥80Mpa  δ₅≥60％  HB≥60。

密度ρ＝6.7±0.1g/cm³。

细等轴晶：晶粒直径d≤10μm。

实施例2：

方法同一实施例1，不同点在于，锌铝合金棒材材料的配比选定为：4.0％Al，1.25％Cu，0.04％Mg，其余为Zn。

实施例3：

方法同一实施例1，不同点在于，锌铝合金棒材材料的配比选定为：4.1％Al，1.15％Cu，0.06％Mg，其余为Zn。

实施例4：

方法同一实施例1，不同点在于，锌铝合金棒材材料的配比选定为：4.3％Al，1.00％Cu，0.04％Mg，其余为Zn。

实施例5：

方法同一实施例1，不同点在于，锌铝合金棒材材料的配比选定为：4.2％Al，1.25％Cu，0.05％Mg，其余为Zn。

实施例6：

方法同一实施例1，不同点在于，锌铝合金棒材材料的配比选定为：4.1％Al，0.8％Cu，0.06％Mg，其余为Zn。

对于本发明的各实施例不再一一列举，凡锌铝合金棒材材料的组成成份和重量百分比含量在Al，3.9～4.3％；Fe，≤0.03％；Pb，≤0.003％；Cd，≤0.003％；Sn，≤0.001％；Cu，0.5～1.25％；Mg，0.03～0.06％；Zn，余量的范围中均属本发明的保护范围。

本发明高强度锌铝合金棒材组分具体标准见表1。

表1

合金

主要成分，％

杂质含量不大于，％

测定本发明高强度锌铝合金棒材常温的物理性能见表2。

表2

本发明高强度锌铝合金棒材规格符合表3规定。

表3

Claims (6)

1.一种高强度锌铝合金，其特征在于材料组成成份和重量百分比含量为：Al，3.9～4.3％；Cu，0.5～1.25％；Mg，0.03～0.06％；Zn，余量。

2.根据权利要求1所述的高强度锌铝合金，其特征在于：其中，杂质含量Fe，≤0.03％；Pb，≤0.003％；Cd，≤0.003％；Sn，≤0.001％。

3.一种高强度锌铝合金棒材，其特征在于：用权利要求1或2所述的高强度锌铝合金材料制成。

4.一种高强度锌铝合金棒材的用途，其特征在于：用权利要求3所述高强度锌铝合金棒材制作低、中速中温重载轴承或凸轮顶杆臂。

5.一种高强度锌铝合金棒材的用途，其特征在于：用权利要求3所述高强度锌铝合金棒材通过连铸或离心铸造制作轴瓦、衬套型材。

6.一种制备权利要求3所述的高强度锌铝合金棒材的方法，其特征在于方法步骤如下：

1)以存铝锭、锌锭、电解铜、镁片为原料，备料；

2)按照权利要求1所述的成分配比将存锌锭、铝锭放入石墨坩埚中，升温，待锌锭、铝锭全部熔化后，依次按成分配比加入电解铜，并用石墨棒将其压入锌铝液中，升温至450℃，保温40分钟，保证铜充分熔化；

4)充分搅拌使成分分布均匀，加入六氯乙烷静置片刻，用小坩埚将熔体表面氧化渣扒干净，按配比加入金属镁，炉加温，达到580℃～650℃时即可出炉；

5)浇铸，得到锌铝合金铸锭；

6)将铸锭表面飞边、毛刺踢掉，使铸锭尺寸为Φ110*300mm；

7)铸锭取样，每炉料均需取样，取锭头部样送检，待化分结果合格后转入挤压工序；

8)放入挤压机中，加热温度为230℃，挤压到预定尺寸。