CN104911418B - 一种煤矿安全用通风机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤矿安全用通风机，所述通风机的主体框架采用摩擦无火花的铸造铝合金制成，通过对组分含量、微观结构和制备方法进行改进，使得该煤矿安全用通风机在煤矿安全生产中不会产生撞击和摩擦火花，并且强度、硬度以及延伸率等均保持在较高的水平。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全和热处理领域，特别是涉及一种煤矿安全用通风机及其热处理方法。
背景技术
矿用通风机的外壳即要保持高强度，同时还要保证不产生火花而引起安全事故，尤其在煤矿生产中，对于由撞击或摩擦而产生火花是坚决杜绝的，在很多国家的煤矿生产中已经禁止轻合金制造的设备，但是由于铝合金重量轻、强度高，如果能生产出一种难以产生摩擦或撞击火花的轻合金，则会在该领域达到技术领先地位。
发明内容
本发明的目的之一在于提出一种煤矿安全用通风机。
本发明的目的之二在于提出一种煤矿安全用通风机的制备方法。
具体通过如下技术手段实现：
一种煤矿安全用通风机，所述通风机的主体框架采用摩擦无火花的铸造铝合金制成，所述摩擦无火花的铸造铝合金的组分按重量百分比计为：Cu：2.8~6.63%，Zn：4.2~5.8%，Cr：0.2~0.8%，Ti：0.2~0.4%，Mn：0.5~0.9%，RE：0.2~0.8%，Zr：0.08~0.12%，Pb：0.08~0.16%，余量为Al和不可避免的杂质。
其中，在该铸造铝合金制成的通风机表面至表面以下1mm范围内的截面中，CuAl2强化相的体积百分比为4.2~8.5%，Al3Ti相的体积百分比为0.2~0.8%，在整个板材的中心位置上下各0.5mm形成的截面中，CuAl2强化相的体积百分比为3.1~5.5%，Al3Ti相的体积百分比为0.8~1.6%，所述截面均是与板材垂直的方向形成的截面。
作为优选，所述铸造铝合金的截面中RE-Al颗粒平均粒径为0.08~0.11μm，并且在该通风机表面至表面以下1mm范围内的截面中与整个板材的中心位置上下各0.5mm形成的截面中的个数相差不超过10%。
前述的煤矿安全用通风机的制备方法包括如下步骤。
（1）熔炼，采用常规真空磁感应炉对前述各组分进行混合熔炼。
（2）铸造，将步骤（1）得到的熔体精密铸造成煤矿安全用通风机的主体框架。
（3）淬火：将步骤（2）得到的半成品置入电阻炉内进行加热，加热温度为580~620℃，保温20~35min，然后喷水淬火至室温。
（4）冷冻处理：将淬火后的半成品注入深冷装置中降温到-80~-120℃，保持10~20min后恢复到室温。
（5）保温处理（回火）：将冷冻处理之后的半成品置入回火炉中，加热到120~180℃，保持20~45min，空冷至室温，得到该煤矿安全用通风机的主体框架，然后与其他部件进行组装即得煤矿安全用通风机。
作为优选，所述熔炼步骤中，除了Al之外，其他组分均采用中间合金的方式加入。
本发明的效果在于：
1，通过在该通风机的主体结构中采用摩擦无火花的铝合金，实现了轻合金在煤矿安全生产中应用。
2，通过在该类铝合金中去除了Si、Mg、Be、Sr等易产生火花的元素，保证了该铝合金在撞击或摩擦过程中不会产生火花，同时添加了RE、Zr、Pb等元素，弥补了去除上述元素后产生强度等性能下降的缺陷，既保证了强度、硬度、延伸率，又保证了安全性和耐腐蚀性。
3，通过限定该铝合金的微观结构，使得在表面处和中心处强化相的合理分布，使得抗拉强度和硬度得到大幅度提高。
4，通过具体特定的热处理，使得铝合金的微观结构能够得到保障的同时，保证了耐腐蚀性和塑性。
5，淬火-冷冻-回火的创新式分配以及参数的合理选择使得热处理效果良好，产品组织更加均匀稳定。
具体实施方式
实施例
1
一种煤矿安全用通风机，所述通风机的主体框架采用摩擦无火花的铸造铝合金制成，所述摩擦无火花的铸造铝合金的组分按重量百分比计为：Cu：5.123%，Zn：4. 8%，Cr：0.61%，Ti：0.3%，Mn：0.62%，RE：0.29%，Zr：0.09%，Pb：0.096%，余量为Al和不可避免的杂质；
其中，在该铸造铝合金制成的通风机表面至表面以下1mm范围内的截面中，CuAl2强化相的体积百分比为6.1%，Al3Ti相的体积百分比为0.5%，在整个板材的中心位置上下各0.5mm形成的截面中，CuAl2强化相的体积百分比为3.9%，Al3Ti相的体积百分比为1.1%，所述截面均是与板材垂直的方向形成的截面，所述铸造铝合金的截面中RE-Al颗粒平均粒径为0.09μm，并且在该通风机表面至表面以下1mm范围内的截面中与整个板材的中心位置上下各0.5mm形成的截面中的个数相差8%（中心位置个数多）。
测得所述通风机框架板材的抗拉强度为210MPa，延伸率：4.8%，硬度HB：66，并且通过900次摩擦和撞击火花测试，无一次产生火花。
实施例
2
一种煤矿安全用通风机，所述通风机的主体框架采用摩擦无火花的铸造铝合金制成，所述摩擦无火花的铸造铝合金的组分按重量百分比计为：Cu：3.3%，Zn：4.2~5.8%，Cr：0.58%，Ti：0.29%，Mn：0.8%，RE：0.6%，Zr：0.11%，Pb：0.12%，余量为Al和不可避免的杂质；其中，在该铸造铝合金制成的通风机表面至表面以下1mm范围内的截面中，CuAl2强化相的体积百分比为5.8%，Al3Ti相的体积百分比为0.51%，在整个板材的中心位置上下各0.5mm形成的截面中，CuAl2强化相的体积百分比为4.1%，Al3Ti相的体积百分比为0.9%，所述截面均是与板材垂直的方向形成的截面。测得所述通风机框架板材的抗拉强度为190MPa，延伸率：4.9%，硬度HB：68，并且通过900次摩擦和撞击火花测试，无一次产生火花。
实施例
3
实施例1的煤矿安全用通风机的制备方法包括如下步骤。
（1）熔炼，采用常规真空磁感应炉对实施例1各组分进行混合熔炼，，除了Al之外，其他组分均采用中间合金的方式加入。
（2）铸造，将步骤（1）得到的熔体精密铸造成煤矿安全用通风机的主体框架。
（3）淬火：将步骤（2）得到的半成品置入电阻炉内进行加热，加热温度为610℃，保温29min，然后喷水淬火至室温。
（4）冷冻处理：将淬火后的半成品注入深冷装置中降温到-96℃，保持16min后恢复到室温。
（5）保温处理：将冷冻处理之后的半成品置入回火炉中，加热到162℃，保持32min，空冷至室温，得到该煤矿安全用通风机的主体框架，然后与其他部件进行组装即得煤矿安全用通风机。
Claims (3)
1.一种煤矿安全用通风机，其特征在于，所述通风机的主体框架采用摩擦无火花的铸造铝合金制成，所述摩擦无火花的铸造铝合金的组分按重量百分比计为：Cu：2.8~6.63%，Zn：4.2~5.8%，Cr：0.2~0.8%，Ti：0.2~0.4%，Mn：0.5~0.9%，RE：0.2~0.8%，Zr：0.08~0.12%，Pb：0.08~0.16%，余量为Al和不可避免的杂质；
其中，在该铸造铝合金制成的通风机表面至表面以下1mm范围内的截面中，CuAl2强化相的体积百分比为4.2~8.5%，Al3Ti相的体积百分比为0.2~0.8%，在整个板材的中心位置上下各0.5mm形成的截面中，CuAl2强化相的体积百分比为3.1~5.5%，Al3Ti相的体积百分比为0.8~1.6%，所述截面均是与板材垂直的方向形成的截面；
所述煤矿安全用通风机的制备方法包括如下步骤：
（1）熔炼，采用常规真空磁感应炉对上述各组分进行混合熔炼；
（2）铸造，将步骤（1）得到的熔体精密铸造成煤矿安全用通风机的主体框架；
（3）淬火：将步骤（2）得到的半成品置入电阻炉内进行加热，加热温度为580~620℃，保温20~35min，然后喷水淬火至室温；
（4）冷冻处理：将淬火后的半成品注入深冷装置中降温到-80~-120℃，保持10~20min后恢复到室温；
（5）保温处理：将冷冻处理之后的半成品置入回火炉中，加热到120~180℃，保持20~45min，空冷至室温，得到该煤矿安全用通风机的主体框架，然后与其他部件进行组装即得煤矿安全用通风机。
2.根据权利要求1所述的煤矿安全用通风机，其特征在于，所述铸造铝合金的截面中RE-Al颗粒平均粒径为0.08~0.11μm，并且在该通风机表面至表面以下1mm范围内的截面中与整个板材的中心位置上下各0.5mm形成的截面中的个数相差不超过10%。
3.权利要求1所述的煤矿安全用通风机的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）熔炼，采用常规真空磁感应炉对权利要求1各组分进行混合熔炼；
（2）铸造，将步骤（1）得到的熔体精密铸造成煤矿安全用通风机的主体框架；
（3）淬火：将步骤（2）得到的半成品置入电阻炉内进行加热，加热温度为580~620℃，保温20~35min，然后喷水淬火至室温；
（4）冷冻处理：将淬火后的半成品注入深冷装置中降温到-80~-120℃，保持10~20min后恢复到室温；
（5）保温处理：将冷冻处理之后的半成品置入回火炉中，加热到120~180℃，保持20~45min，空冷至室温，得到该煤矿安全用通风机的主体框架，然后与其他部件进行组装即得煤矿安全用通风机；
所述熔炼步骤中，除了Al之外，其他组分均采用中间合金的方式加入。
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