CN102994806A - 一种高铝耐磨锌基合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高铝耐磨锌基合金，其成分质量百分比如下：Al：28～35%，Cr：0.15～0.3%，Cu：1.5～2.5%，Si：1.0～3.0%，Mn：0.4～1.0%，Mg：0.01～0.06%，Ce：0.06～0.2%，余量为Zn。本发明提供的高铝耐磨锌基合金已经成功地应用在造纸机

Description

一种高铝耐磨锌基合金
技术领域
本发明涉及一种耐磨金属材料,更具体地涉及一种铬、硅、锰元素合金化的耐磨锌基合金。
背景技术
以锌为基加入其它元素组成的合金称为锌基合金，常加入的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等；锌基合金熔点低，流动性好，易熔焊、钎焊和塑性加工，在大气中耐腐蚀，成本低廉，性能优良，因此受到广泛应用。常用其代替锡青铜制造耐磨零件，应用于机床、矿山机械等，锌合金轴瓦具有承载能力强，且在润滑不良或失效时不易发生拉伤和咬焊等优点。因此，世界发达国家对此已经展开了积极的研究，开发了一系列高铝锌基耐磨材料，可以满足各种不同工况条件下的需求。
国内传统的锌基合金存在摩擦系数偏高、耐磨性不够理想、使用温度低等缺点；分析其原因，主要是合金组织中缺乏硬质点。按照沙尔滨减摩理论，轴承合金的组织应该是在软基体上分布着硬质点；如果在锌基合金中加入铬、硅、锰和稀土铈元素，则可以在锌基合金中生成硬质点相，从而提高合金的耐磨性能，降低摩擦系数。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述不足之处而提供一种具有良好耐磨性的铬、硅、锰、铈合金化锌基合金，该合金与ZA系列锌基合金相比较，摩擦系数低，热强性好，可以用于烘缸、轴瓦等工作温度较高和重载的工作环境，从而代替铜合金轴瓦，可取得良好的社会经济效益。
本发明的高铝耐磨锌基合金的成分质量百分比如下：Al：28～35%，Cr：0.15～0.3%，Cu：1.5～2.5%，Si：1.0～3.0%，Mn：0.4～1.0%，Mg：0.01～0.06%，Ce：0.06～0.2%，余量为Zn。合金中铝可以改善合金的铸造性能，增加流动性，细化晶粒，提高机械性能同时降低锌对铁的反应能力。铜可以增加合金的硬度和强度，改善合金的抗磨损性能同时减少晶间腐蚀。镁可以细化合金组织，增加合金的强度，减少晶间腐蚀，改善合金的抗磨损性能。铬和硅能在合金中形成稳定的高熔点化合物，提高合金的强度、硬度和耐磨性，稀土元素铈也能与铜、锌作用生成高熔点化合物，同时使基体晶粒细化，提高流动性能，使工件的内部组织均匀致密。
作为本发明的一个优选实施方案，高铝耐磨锌基合金的成分质量百分比如下：Al：29～33%，Cr：0.21～0.28%，Cu：1.9～2.2%，Si：1.4～2.7%，Mn：0.5～0.8%，Mg：0.03～0.04%，Ce：0.12～0.17%，余量为Zn。
本发明的高铝耐磨锌基合金的熔铸工艺流程如下：炉料选择→中间合金的熔炼→配料→熔炼→精炼除渣→浇铸工件。
依据设计的锌基合金的成份进行配料。坩锅预热至500℃左右时装入80％的锌，继续加热至锌熔化后，依次加入A1-Cr、A1-Cu、A1-Si、A1-Mn及纯A1，待其全部熔化后，加入剩余的锌，最后加入A1-Ce、Zn-Mg合金，充分搅拌，670℃保温。加入ZnCl2除气精炼，扒渣后浇注试件。
本发明的主要技术特点：加入Cr、Si、Mn、Mg、Ce的高铝耐磨锌基合金，其合金的组织为基体+共晶体+Si质点+化合物的复相组织。其抗拉强度σb350～450MPa，室温硬度120-145HBS，抗压强度σbc＞810MPa，冲击韧性ak＞26J/cm2，流动性佳，耐磨性能好，摩擦系数大约是锡青铜1/3，同时熔炼和浇注温度低，节省了大量能源。
具体实施方式
本发明将结合以下实施例作进一步描述：
依据以下成份进行配料，Al：28～35%，Cr：0.15～0.3%，Cu：1.5～2.5%，Si：1.0～3.0%，Mn：0.4～1.0%，Mg：0.01～0.06%，Ce：0.06～0.2%，余量为Zn。
生产工艺如下：利用坩锅预热，采用DRZ-4电阻炉温度控制器进行温度控制，当温度达到500℃左右时，装入80％的锌，继续加热，待锌熔化后，加入A1-Cu、A1-Cr、A1-Si、A1-Mn及纯A1，待其全部熔化后，加入剩余的锌，最后加入A1-Ce、Zn-Mg合金，670℃保温使各元素均匀。最后加入ZnCl2除气精炼，扒渣后浇注试件，用于测定各项性能。
本发明的实施例见下表1。
本发明的性能指标见下表2。
表1各合金元素的组成（重量百分比%）
铝 铬 铜 硅 锰 镁 铈 锌
实施例1 35 0.18 2.2 1.4 1.0 0.04 0.17 余量
实施例2 33 0.21 2.4 2.7 0.8 0.06 0.08 余量
实施例3 29 0.28 1.9 2.1 0.5 0.02 0.12 余量
实施例4 30 0.15 2.5 1.0 0.4 0.03 0.06 余量
实施例5 28 0.3 1.5 3.0 0.7 0.01 0.2 余量
表2高铝锌基合金合金性能
Figure BDA00002663936200031
表2中的抗拉强度由GB228-87金属拉伸试验法测定，硬度由GB231-84金属布氏硬度试验法测定(H/d=1.5)，摩擦磨损经过MMW-1型屏显式立式万能摩擦磨损试验机测定，冲击韧性由GB/T229-2007夏比摆锤冲击试验方法确定，抗压强度由GB/T7314-2005金属压缩试验方法确定。
本发明提供的高铝耐磨锌基合金已经成功地应用在造纸机烘缸轴轴瓦上，烘缸轴轴瓦的工作环境温度为134℃，轴瓦工作温度为200℃，滑动线速度为0.6m/s，承受载荷为9000kg，试用效果良好，其耐磨性和减摩性与铜合金轴瓦相当，完全可以代替铜合金轴瓦，经济效益显著。

Claims (2)

1.一种高铝耐磨锌基合金，其成分质量百分比如下：Al：28～35%，Cr：0.15～0.3%，Cu：1.5～2.5%，Si：1.0～3.0%，Mn：0.4～1.0%，Mg：0.01～0.06%，Ce：0.06～0.2%，余量为Zn。
2.根据权利要求1所述的高铝耐磨锌基合金，其成分质量百分比如下：Al：29～33%，Cr：0.21～0.28%，Cu：1.9～2.2%，Si：1.4～2.7%，Mn：0.5～0.8%，Mg：0.03～0.04%，Ce：0.12～0.17%，余量为Zn。
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