CN103243239A

CN103243239A - 一种提高锌铝合金摩擦磨损性能的工艺方法

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Publication number: CN103243239A
Application number: CN2013102193841A
Authority: CN
Inventors: 李晓薇; 王怀庆; 司松海; 刘光磊; 杨嵩
Original assignee: Zhenjiang Yinuowei Shape Memory Alloys Co Ltd
Current assignee: Zhenjiang Yinuowei Shape Memory Alloys Co Ltd
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明开发出一种提高锌铝合金摩擦磨损性能的工艺方法，属于锌铝合金制备技术领域，其特征为：其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、结晶硅、TiNi合金、纯镁为原料，按比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。采用普通金属型铸造方法，以及对铸型施加整体振动。振动装置采用机械激振（频率50Hz，振幅15-30mm）装置。将金属型铸型放在振动台上，边振动边浇铸，将熔炼好的锌铝合金溶液浇铸成棒状试样毛坯，尺寸为Φ50mm，长400mm，然后进行力学性能和摩擦磨损性能测试。

Description

一种提高锌铝合金摩擦磨损性能的工艺方法

技术领域

本发明属于锌铝合金制备技术领域，特指一种提高锌铝合金摩擦磨损性能的工艺方法。

背景技术

锌铝合金主要应用于代替部分青铜、黄铜制做的耐磨零件和模具，制作壳体薄壁零件和阀门等。锌铝合金作为耐磨材料是其应用最多的一个方面，在重载、低速条件下工作的各种耐磨零件。锌铝合金具有很多其他金属材料无法比拟的特性，综合性能突出：它的熔点低（锌熔点419.5℃），具有优良的铸造和加工性能，可制造出复杂形状的零部件；锌铝合金摩擦系数小对油亲合力大，机械性能优异，可作为耐磨材料（如轴瓦）和青铜代替材料；锌铝合金还可以作为模具合金，可以进行薄板成型加工；它还可作为模具合金，能降低工业噪音和减轻机械振动。目前，美国、加拿大等工业发达国家有较多应用成功的实例，仅美国就有着数十家公司与厂家研究、使用锌铝合金。然而，通常使用的锌铝合金仍然存在一些问题：如塑韧性差、组织成分不均匀，尺寸稳定性低、工作温度低等缺点，多年来人们为克服这些缺点以便扩大其应用范围进行了不懈的努力。

本发明开发出一种提高锌铝合金摩擦磨损性能的工艺方法。

发明内容

一种提高锌铝合金摩擦磨损性能的工艺方法，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、结晶硅、TiNi合金、纯镁为原料。成分为Al26-28wt%、Cu2.2-2.8wt%（以含铜50wt%的铝铜中间合金形式加入）、Si1.0-1.5wt%（以含硅28wt%的铝硅中间合金形式加入）、TiNi合金（以含钛45wt%、镍55wt%的合金形式加入）、纯Mg0.01-0.02wt%、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入铝锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、镍钛中间合金、锌锭，升温至600~650℃时保温6min-8 min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2wt％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时进行浇注。铸造工艺为：采用普通金属型铸造方法，以及对铸型施加整体振动。振动装置采用机械激振（频率50Hz，振幅15-30mm，振幅大于30mm后无法浇注成型）装置。将金属型铸型放在振动台上，边振动边浇铸，将熔炼好的锌铝合金溶液浇铸成棒状试样毛坯，尺寸为Φ50mm，长400mm。

将棒材加工成国家标准试棒，室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行，力学性能如表1所示。再在棒材上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ10 mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC。摩擦磨损是在国产MM-2000型销盘式试验机上进行。磨损量以试样磨损前后的质量差来衡量，称量采用MAll0电子分析天平，精度为0.0001g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为46#机油，滴油速度为30滴每分钟。各试样开始试验前，先进行30min的预跑合，跑合完毕后测定原始重量，然后加载至预定的载荷进行预定时间的磨损试验。摩擦磨损试验结束后，将试样用丙酮超声清洗30min，再测定试样的重量，并计算出试样的磨损量(磨损失重)。每次测试前试样和对磨件都要用丙酮清洗，每次测试后下一次测试前要将对磨件用砂纸磨到1200号，防止下一次测试时对磨件的表面粗糙度发生变化。实验中，钢环转速200r/min，铜环转速180r/min，相对滑动速度0.05236m/s。

表1 不同振幅对锌铝合金力学性能的影响

序号	振幅/mm	抗拉强度σ_b/MPa	伸长率δ/ wt%	显微硬度/HV
					（1）	0	419.0	4.4	126
（2）	15	430.0	4.7	130
					（3）	20	439.5	5.0	139
（4）	30	448.5	5.7	149

附图说明

　图1　不同振幅对新型锌铝合金摩擦磨损性能的影响（磨损时间：3小时）

具体实施方式

实施例1

以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、结晶硅、TiNi合金、纯镁为原料。成分为Al26-28wt%、Cu2.2-2.8wt%（以含铜50wt%的铝铜中间合金形式加入）、Si1.0-1.5wt%（以含硅28wt%的铝硅中间合金形式加入）、TiNi合金0.8wt%（以含钛45wt%、镍55wt%的合金丝材形式加入）、纯Mg0.01-0.02wt%、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入铝锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、镍钛中间合金、锌锭，升温至600~650℃时保温6min-8 min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2wt％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时进行浇注。铸造工艺为：采用普通金属型铸造方法，铸型棒材尺寸为Φ50mm，长400mm。将棒材加工成国家标准试棒，室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行，力学性能如表1（1）所示。再在棒材上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ10 mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC。摩擦磨损是在国产MM-2000型销盘式试验机上进行。磨损量以试样磨损前后的质量差来衡量，称量采用MAll0电子分析天平，精度为0.0001g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为46#机油，滴油速度为30滴每分钟。各试样开始试验前，先进行30min的预跑合，跑合完毕后测定原始重量，然后加载至预定的载荷进行预定时间的磨损试验。摩擦磨损试验结束后，将试样用丙酮超声清洗30min，再测定试样的重量，并计算出试样的磨损量(磨损失重)。每次测试前试样和对磨件都要用丙酮清洗，每次测试后下一次测试前要将对磨件用砂纸磨到1200号，防止下一次测试时对磨件的表面粗糙度发生变化。实验中，钢环转速200r/min，铜环转速180r/min，相对滑动速度0.05236m/s。具体摩擦磨损性能如图1所示。

实施例2

以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、结晶硅、TiNi合金、纯镁为原料。成分为Al26-28wt%、Cu2.2-2.8wt%（以含铜50wt%的铝铜中间合金形式加入）、Si1.0-1.5wt%（以含硅28wt%的铝硅中间合金形式加入）、TiNi合金0.8wt%（以含钛45wt%、镍55wt%的合金丝材形式加入）、纯Mg0.01-0.02wt%、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入铝锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、镍钛中间合金、锌锭，升温至600~650℃时保温6min-8 min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2wt％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时进行浇注。铸造工艺为：采用普通金属型铸造方法并对铸型施加振动。振动装置采用机械激振（频率50Hz，振幅15mm）装置。将金属型铸型放在振动台上，边振动边浇铸，待合金凝固后关闭振动台，铸型棒材尺寸为Φ50mm，长400mm。将棒材加工成国家标准试棒，室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行，力学性能如表1（2）所示。再在棒材上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ10 mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC。摩擦磨损是在国产MM-2000型销盘式试验机上进行。磨损量以试样磨损前后的质量差来衡量，称量采用MAll0电子分析天平，精度为0.0001g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为46#机油，滴油速度为30滴每分钟。各试样开始试验前，先进行30min的预跑合，跑合完毕后测定原始重量，然后加载至预定的载荷进行预定时间的磨损试验。摩擦磨损试验结束后，将试样用丙酮超声清洗30min，再测定试样的重量，并计算出试样的磨损量(磨损失重)。每次测试前试样和对磨件都要用丙酮清洗，每次测试后下一次测试前要将对磨件用砂纸磨到1200号，防止下一次测试时对磨件的表面粗糙度发生变化。实验中，钢环转速200r/min，铜环转速180r/min，相对滑动速度0.05236m/s。具体摩擦磨损性能如图1所示。

实施例3

以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、结晶硅、TiNi合金、纯镁为原料。成分为Al26-28wt%、Cu2.2-2.8wt%（以含铜50wt%的铝铜中间合金形式加入）、Si1.0-1.5wt%（以含硅28wt%的铝硅中间合金形式加入）、TiNi合金0.8wt%（以含钛45wt%、镍55wt%的合金丝材形式加入）、纯Mg0.01-0.02wt%、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入铝锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、镍钛中间合金、锌锭，升温至600~650℃时保温6min-8 min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2wt％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时进行浇注。铸造工艺为：采用普通金属型铸造方法并对铸型施加振动。振动装置采用机械激振（频率50Hz，振幅20mm）装置。将金属型铸型放在振动台上，边振动边浇铸，待合金凝固后关闭振动台，铸型棒材尺寸为Φ50mm，长400mm。将棒材加工成国家标准试棒，室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行，力学性能如表1（3）所示。再在棒材上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ10 mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC。摩擦磨损是在国产MM-2000型销盘式试验机上进行。磨损量以试样磨损前后的质量差来衡量，称量采用MAll0电子分析天平，精度为0.0001g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为46#机油，滴油速度为30滴每分钟。各试样开始试验前，先进行30min的预跑合，跑合完毕后测定原始重量，然后加载至预定的载荷进行预定时间的磨损试验。摩擦磨损试验结束后，将试样用丙酮超声清洗30min，再测定试样的重量，并计算出试样的磨损量(磨损失重)。每次测试前试样和对磨件都要用丙酮清洗，每次测试后下一次测试前要将对磨件用砂纸磨到1200号，防止下一次测试时对磨件的表面粗糙度发生变化。实验中，钢环转速200r/min，铜环转速180r/min，相对滑动速度0.05236m/s。具体摩擦磨损性能如图1所示。

实施例4

以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、结晶硅、TiNi合金、纯镁为原料。成分为Al26-28wt%、Cu2.2-2.8wt%（以含铜50wt%的铝铜中间合金形式加入）、Si1.0-1.5wt%（以含硅28wt%的铝硅中间合金形式加入）、TiNi合金0.8wt%（以含钛45wt%、镍55wt%的合金丝材形式加入）、纯Mg0.01-0.02wt%、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入铝锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、镍钛中间合金、锌锭，升温至600~650℃时保温6min-8 min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2wt％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时进行浇注。铸造工艺为：采用普通金属型铸造方法并对铸型施加振动。振动装置采用机械激振（频率50Hz，振幅30mm）装置。将金属型铸型放在振动台上，边振动边浇铸，待合金凝固后关闭振动台，铸型棒材尺寸为Φ50mm，长400mm。将棒材加工成国家标准试棒，室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行，力学性能如表1（4）所示。再在棒材上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ10 mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC。摩擦磨损是在国产MM-2000型销盘式试验机上进行。磨损量以试样磨损前后的质量差来衡量，称量采用MAll0电子分析天平，精度为0.0001g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为46#机油，滴油速度为30滴每分钟。各试样开始试验前，先进行30min的预跑合，跑合完毕后测定原始重量，然后加载至预定的载荷进行预定时间的磨损试验。摩擦磨损试验结束后，将试样用丙酮超声清洗30min，再测定试样的重量，并计算出试样的磨损量(磨损失重)。每次测试前试样和对磨件都要用丙酮清洗，每次测试后下一次测试前要将对磨件用砂纸磨到1200号，防止下一次测试时对磨件的表面粗糙度发生变化。实验中，钢环转速200r/min，铜环转速180r/min，相对滑动速度0.05236m/s。具体摩擦磨损性能如图1所示。

Claims

1.一种提高锌铝合金摩擦磨损性能的工艺方法，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、结晶硅、TiNi合金、纯镁为原料，成分为Al26-28wt%、Cu2.2-2.8wt%以含铜50wt%的铝铜中间合金形式加入、Si1.0-1.5wt%以含硅28wt%的铝硅中间合金形式加入、TiNi合金以含钛45wt%、镍55wt%的合金形式加入、纯Mg0.01-0.02wt%、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼；熔炼工艺为：加入铝锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、镍钛中间合金、锌锭，升温至600~650℃时保温6min-8 min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2wt％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时进行浇注；铸造工艺为：采用普通金属型铸造方法，以及对铸型施加整体振动；振动装置采用机械激振装置，频率50Hz，振幅15-30mm；将金属型铸型放在振动台上，边振动边浇铸，将熔炼好的锌铝合金溶液浇铸成棒状试样毛坯，尺寸为Φ50mm，长400mm。

2.根据权利要求1所述一种提高锌铝合金摩擦磨损性能的工艺方法，将棒材加工成国家标准试棒，室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行，再在棒材上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ10 mm，环厚度8mm；对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC；摩擦磨损是在国产MM-2000型销盘式试验机上进行；磨损量以试样磨损前后的质量差来衡量，称量采用MAll0电子分析天平，精度为0.0001g；摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为46#机油，滴油速度为30滴每分钟；各试样开始试验前，先进行30min的预跑合，跑合完毕后测定原始重量，然后加载至预定的载荷进行预定时间的磨损试验；摩擦磨损试验结束后，将试样用丙酮超声清洗30min，再测定试样的重量，并计算出试样的磨损量；每次测试前试样和对磨件都要用丙酮清洗，每次测试后下一次测试前要将对磨件用砂纸磨到1200号，防止下一次测试时对磨件的表面粗糙度发生变化；实验中，钢环转速200r/min，铜环转速180r/min，相对滑动速度0.05236m/s。

3.根据权利要求1所述一种提高锌铝合金摩擦磨损性能的工艺方法，机械振动振幅为20mm－30mm时，锌铝合金力学性能和摩擦磨损性能最优。