CN102586650A

CN102586650A - 一种模具用锌合金

Info

Publication number: CN102586650A
Application number: CN2012100524332A
Authority: CN
Inventors: 李正明; 张伟; 张德晶; 陈顺; 窦传龙; 朱北平; 匡立春; 林文军
Original assignee: Zhuzhou Smelter Group Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Smelter Group Co Ltd
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明提供了一种模具用锌合金，所述模具用锌合金的组分及其质量百分比为：铝5%～22%、镁0.01%～0.03%、铜1%～10%、稀土0.05%～0.5%、硼0.01%～0.05%、锆0.05%～0.1%、铋0.03%～0.1%，余量为锌。本发明提供的模具用锌合金，不但能使硬度和耐磨性得到进一步提高，并明显地降低了成分偏析和“底缩”现象，在保证抗拉强度基本不变的前提下，锌合金的尺寸稳定性和制模精度都得到明显的提高。

Description

一种模具用锌合金

技术领域

本发明属于模具制造领域，尤其涉及一种模具用锌合金。

背景技术

随着科学技术的发展，模具应用的范围越来越广泛，对于制造多品种、小批量或频繁更新改型的产品模具如注塑模、吹塑模、压塑模等模具而言，要求具有制造周期短、制作难度小且成本低的特点，而现有技术中通常采用的钢模模具制造成本高、周期长，锌基合金材料的成本相对较低，因此在制造此类模具领域得到广泛应用。但单纯的金属锌不能满足如塑性、硬度、强度等方面的要求，因此通常加入合金元素以改善其物理机械性能。例如，邹勇志、曾建民等在《高铝锌基合金模具材料性能研究》中指出Zn-Al-Cu-Mg（Al 30.0-50.0%，Cu 1.0-2.5%，Mg 0.05%，余量为Zn）合金中添加微量Mn（0.15%～0.3%），塑性和强度得到部分提高，并具有一定的高温性能。张翔、李子全在《RE、Mg及Ti对Zn-4.5%Al合金耐蚀性的影响》中只研究了稀土和钛的含量变化对低铝(4.5%)合金耐腐蚀性能的影响。但上述研究主要针对添加合金元素以改善某一方面的性能，且只是研究了在高铝或低铝范围内添加微量元素对合金性能的影响，均没有从根本上解决模具锌合金材料的本质缺陷问题，作为模具用锌合金仍存在如下问题：

1、力学性能仍未达到模具制造要求，强度比钢模低得多，且合金的硬度和耐磨性较差，布氏硬度一般小于110，在较大的冲裁力或型腔注射压力和锁模力作用下容易损坏，模具的使用寿命短，只能达到上千件的生产数量；

2、凝固收缩率大，锌合金模具材料的凝固收缩率高达0.8% -1.4%，而且收缩率变化不稳定，模具精度难以保证；

3、锌合金软化温度低，尺寸不稳定。锌合金熔点低，在200℃以上工作时，强度、硬度降低，在大的冲裁力或高的注射压力作用下，模具型腔容易产生热变形，影响制件的精度，而且磨损量加大。

由于模具用的锌合金仍然存在许多的局限性，限制了它的推广应用，还需进一步改进。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的模具用锌合金存在硬度和耐磨性较差、布氏硬度小于110、合金的尺寸不稳定导致制模精度低的技术问题。

本发明提供了一种模具用锌合金，所述模具用锌合金的组分及其质量百分比为：铝5%～22%、镁0.01%～0.03%、铜1%～10%、稀土0.05%～0.5%、硼0.01%～0.05%、锆0.05%～0.1%、铋0.03%～0.1%，余量为锌。

作为对本发明的进一步改进，所述稀土的质量百分比为：0.1%～0.4%。

作为对本发明的进一步改进，所述的硼质量百分比为：0.02%～0.03%。

作为对本发明的进一步改进，所述的锆质量百分比为：0.075%～0.1%。

作为对本发明的进一步改进，所述的铋质量百分比为：0.05%～0.1%。

作为对本发明的进一步改进，所述稀土选自镧、铈和钐中的一种或两种。

本发明提供的模具用锌合金中，通过添加微量元素稀土、硼、锆和铋，可以显著提高锌合金的塑性以及综合机械性能，减少成分偏析和“底缩”现象。

其中，稀土（Re）可以细化晶粒，提高机械性能；稀土元素主要以化合物形式存在，它们分别与Al、Cu、Mg形成稳定性极高的化合物，例如AlRe₄、Al₄CuRe、Mg₉Re。这类由稀土元素形成的化合物熔点较高，在液态合金中首先析出，作为活性质点，成为合金的非自发晶核，增加了晶粒数，抑制晶粒的长大、细化晶粒，这就使合金在结晶过程中，过饱和程度显著降低；在时效过程中，它们同样阻碍原子扩散，阻止新相析出，防止老化。外来晶核的增多同时也抑制着结晶过程中低密度富铝相的上浮所造成的成分偏析和“底缩”的发生。因此，本发明提供的模具中锌合金中，通过采用0.05wt%～0.5wt%的稀土，可以提高合金的强度和硬度，降低合金的伸缩率，有效地解决成分偏析和“底缩”现象。

所述模具用锌合金中，锆和铝形成ZrAl₃化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒，并且锆能细化铸造组织，使合金具有更高的轻度、硬度和抗蠕变能力。铋在合金凝固过程中起到膨胀作用，对补缩有利，可以有效解决合金“底缩”问题，提高制模精度。硼作为所述模具用锌合金的晶粒细化剂，在合金中形成高熔点AlB₂金属化合物，成为有效的形核基底，促进晶粒细化，同时可以提高再结晶温度，增加耐腐蚀性。

因此，本发明提供的模具中锌合金，不但能使硬度和耐磨性得到进一步提高，并明显地降低了成分偏析和“底缩”现象，在保证抗拉强度基本不变的前提下，锌合金的尺寸稳定性和制模精度得到明显的提高。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种模具用锌合金S1，所述锌合金S1的组份及其质量百分比为：铝(Al)5%，镁(Mg)0.01%、铜(Cu)1%、稀土镧(La) 0.05%、硼(B)0.01%、锆(Zr)0.05%、铋(Bi)0.03%，余量为锌(Zn)。

实施例2

一种模具用锌合金S2，所述锌合金S2的组份及其质量百分比为：铝(Al)5%，镁(Mg)0.01%、铜(Cu)1%、稀土铈(Ce) 0.05%、硼(B)0.015%、锆(Zr)0.05%、铋(Bi)0.03%，余量为锌(Zn)。

实施例3

一种模具用锌合金S3，所述锌合金S3的组份及其质量百分比为：铝(Al)5%，镁(Mg)0.01%、铜(Cu)1%、稀土镧和铈(La+Ce)0.075%、硼(B)0.015%、锆(Zr)0.05%、铋(Bi)0.03%，余量为锌(Zn)。

实施例4

一种模具用锌合金S4，所述锌合金S4的组份及其质量百分比为：铝(Al)5%，镁(Mg)0.01%、铜(Cu)2%、稀土镧和钐 (La+Sm)0.075%、硼(B)0.015%、锆(Zr)0.05%、铋(Bi)0.03%，余量为锌(Zn)。

实施例5

一种模具用锌合金S5，所述锌合金S5的组份及其质量百分比为：铝(Al)5%，镁(Mg)0.02%、铜(Cu)1%、稀土钐(Sm)0.05%、硼(B)0.05%、锆(Zr)0.075%、铋(Bi)0.03%，余量为锌(Zn)。

实施例6

一种模具用锌合金S6，所述锌合金S6的组份及其质量百分比为：铝(Al)10%，镁(Mg)0.015%、铜(Cu)5%、稀土镧和铈(La+Ce)0.3%、硼(B)0.015%、锆(Zr)0.075%、铋(Bi)0.03%，余量为锌(Zn)。

实施例7

一种模具用锌合金S7，所述锌合金S7的组份及其质量百分比为：铝(Al)15%，镁(Mg)0.02%、铜(Cu)8%、稀土镧和钐 (La+Sm)0.35%、硼(B)0.04%、锆(Zr)0.08%、铋(Bi)0.06%，余量为锌(Zn)。

实施例8

一种模具用锌合金S8，所述锌合金S8的组份及其质量百分比为：铝(Al)18%，镁(Mg)0.02%、铜(Cu)5%、稀土镧和铈(La+Ce)0.35%、硼(B)0.03%、锆(Zr)0.06%、铋(Bi)0.04%，余量为锌(Zn)。

实施例9

一种模具用锌合金S9，所述锌合金S9的组份及其质量百分比为：铝(Al)20%，镁(Mg)0.01%、铜(Cu)8%、稀土镧和铈(La+Ce)0.4%、硼(B)0.04%、锆(Zr)0.08%、铋(Bi)0.04%，余量为锌(Zn)。

实施例10

一种模具用锌合金S10，所述锌合金S10的组份及其质量百分比为：铝(Al)20%，镁(Mg)0.03%、铜(Cu)10%、稀土铈和钐 (Ce+Sm)0.4%、硼(B)0.05%、锆(Zr)0.1%、铋(Bi)0.04%，余量为锌(Zn)。

实施例11

一种模具用锌合金S11，所述锌合金S11的组份及其质量百分比为：铝(Al)9%，镁(Mg)0.015%、铜(Cu)4%、稀土镧和钐 (La+Sm)0.1%、硼(B)0.02%、锆(Zr)0.1%、铋(Bi)0.08%，余量为锌(Zn)。

对比例1

一种模具用锌合金DS1，所述锌合金DS1的组份及其质量百分比为：铝(Al)9%，镁(Mg)0.015%、铜(Cu)4%、稀土镧(La)0.1%、硼(B)0.02%、钛(Ti)0.1%、锰(Mn)0.1%，余量为锌(Zn)。

对比例2

一种模具用锌合金DS2，所述锌合金DS2的组份及其质量百分比为：铝(Al)12%，镁(Mg)0.02%、铜(Cu)3%、稀土镧(La)0.2%、硼(B)0.03%、钛(Ti)0.2%、锰(Mn)0.2%，余量为锌(Zn)。

性能测试：

对锌合金样品S1-S11和DS1-DS2进行如下性能测试，测试结果如表1所示。

表1

锌合金	硬度(HB)	收缩率(%)	伸长率(%)	抗拉强度(MPa)	抗压强度(MPa)
						S1	133	0.80	1.2	254	739
S2	135	0.79	1.2	261	741
						S3	140	0.70	1.1	287	755
S4	145	0.59	0.7	297	773
						S5	144	0.57	0.8	336	768
S6	155	0.50	0.7	345	779
						S7	142	0.58	0.7	329	780
S8	146	0.60	0.7	321	783
						S9	147	0.66	0.8	324	779
S10	134	0.75	1.0	312	760
						S11	158	0.49	0.68	350	785
DS1	120	0.87	1.13	265	703
						DS2	108	0.92	1.25	246	723

从上表1的测试结果可以看出，本发明提供的模具用锌合金样品S1-S11具有较高的硬度和强度，较低的凝固收缩率，并明显地降低了成分偏析和“底缩”现象，具有较高的尺寸稳定性和制模精度，明显优于DS1-DS2的锌合金样品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种模具用锌合金，其特征在于，所述模具用锌合金的组分及其质量百分比为：铝5%～22%、镁0.01%～0.03%、铜1%～10%、稀土0.05%～0.5%、硼0.01%～0.05%、锆0.05%～0.1%、铋0.03%～0.1%，余量为锌。

2.根据权利要求1所述的模具用锌合金，其特征在于，所述稀土的质量百分比为：0.1%～0.4%。

3.根据权利要求1或2所述的模具用锌合金，其特征在于，所述硼的质量百分比为：0.02%～0.03%。

4.根据权利要求1或2所述的模具用锌合金，其特征在于，所述锆的质量百分比为：0.075%～0.1%。

5.根据权利要求1或2所述的模具用锌合金，其特征在于，所述铋的质量百分比为：0.05%～0.1%。

6.根据权利要求3所述的模具用锌合金，其特征在于，所述锆的质量百分比为：0.075%～0.1%。

7.根据权利要求3所述的模具用锌合金，其特征在于，所述铋的质量百分比为：0.05%～0.1%。

8.根据权利要求4所述的模具用锌合金，其特征在于，所述铋的质量百分比为：0.05%～0.1%。

9.根据权利要求1或2所述的模具用锌合金，其特征在于，所述稀土选自镧、铈和钐中的一种或两种。