CN105088016A - 一种能提高摩擦磨损性能的锌铝铜铬硅锰合金 - Google Patents
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Abstract
一种能提高摩擦磨损性能的锌铝铜铬硅锰合金，属于锌铝合金制备技术领域，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al37-39%、Cu2-2.5%、Cr0.4-0.5%、Si0.3-0.4%、Mn0.2-0.3%、复合变质剂0-1.1%、Mg0.014-0.02%、余量是Zn的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼。待材料全部熔化后，浇铸出六组复合变质剂不同含量的锌铝铜铬硅锰合金毛坯，再在毛坯上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损是在国产MM-2000型销盘式试验机上进行。
Description
技术领域
本发明属于锌铝合金制备技术领域，特指一种能提高摩擦磨损性能的锌铝铜铬硅锰合金。
背景技术
锌铝基合金是一种新型减磨材料。铝锌基合金的诸多优点使其广泛应用于各类机床模具内燃机发动机部件轴承件起重设备等,其中耐磨件居多,如制造轴承、轴瓦、滑块、齿轮、蜗轮及压下螺母等。该材料在优点充分显示的同时,其局限之处也逐渐为人们所了解。重载低速工况下，良好的耐磨损性能。实验表明，与铝、锡青铜相比，高铝锌基合金具有良好的摩擦磨损特性，较小的摩擦系数，更大的承载能力，微合金化后，摩擦系数较青铜，黄铜都小，且承载能力更大。
锌铝合金只所以有良好的减磨性能。因为它的组织为软基硬质结构，这是一种很好的耐磨材料。锌铝合金有复合相结构，有富铝的α相和富锌的η。α相和η相有着很好延展性，α是面心立方结构，η是密排六方结构，它的c/a比正常的要大一些，这种结构有很好延展性，在摩擦过程式中起到润滑作用。如何进一步提高锌铝合金的耐磨性，这是国内外一直关注的内容。向锌铝合金中加入合适数量的合金元素，使组织中出现一定数量大小合适均匀分布的复杂化合物硬质点，可以进一步提高材料的耐磨性。本发明开发出一种能提高摩擦磨损性能的锌铝铜铬硅锰合金。
发明内容
本发明开发出一种能提高摩擦磨损性能的锌铝铜铬硅锰合金，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂（Te9-15%、Sb9-15%、Ba6-10%、Ti6-10%、W6-10%、Y4-7%、Gd4-7%、Tb2-5%、Nb1-3%、Zr1-3%、余为铝）、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al37-39%、Cu2-2.5%（以含铜50%的铝铜中间合金形式加入）、Cr0.4-0.5%（以含Cr35%的铝铬中间合金形式加入）、Si0.3-0.4%(以含Si30%的铝硅中间合金形式加入)、Mn0.2-0.3%(以含Mn40%的铝锰中间合金形式加入)、复合变质剂0-1.1%、Mg0.014-0.02%、余量是Zn的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂，待材料全部熔化后，升温至600~650℃时保温6min-8min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0.2％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℃时准备浇注。铸造工艺为：砂型铸造，底板为金属型，将熔炼好的锌铝铜铬硅锰合金浇铸成长250mm、宽40mm、高70mm的毛坯，根据加入复合变质剂的含量不同，浇铸出六组复合变质剂不同含量的锌铝铜铬硅锰合金毛坯，其复合变质剂加入量分别为0%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%。再在毛坯上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为长19.5mm、宽10mm、高8mm。对磨件的尺寸为外径Φ40mm，内孔Φ16mm，厚度10mm，对磨件的材质为40Cr，硬度50－55HRC。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0.00019g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为30#机油。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重进行磨损试验。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。实验中上试样固定不动，下试样转速为400r/min。
附图说明
图1在不同的载荷下，复合变质剂含量对锌铝铜铬硅锰合金磨损量的影响
◆－300N，■－500N，▼－800N，×－1000N
图2 载荷800N时，未加入复合变质剂锌铝铜铬硅锰合金表面磨损形貌
图3 载荷800N时，加入0.3%复合变质剂锌铝铜铬硅锰合金表面磨损形貌
图4 载荷800N时，加入0.5%复合变质剂锌铝铜铬硅锰合金表面磨损形貌
图5 载荷800N时，加入0.7%复合变质剂锌铝铜铬硅锰合金表面磨损形貌
图6 载荷800N时，加入0.9%复合变质剂锌铝铜铬硅锰合金表面磨损形貌
图7 载荷800N时，加入1.1%复合变质剂锌铝铜铬硅锰合金表面磨损形貌
图2至图7所示为载荷800N，磨损时间3h下，加入0－1.1%复合变质剂合金的磨面形貌照片。锌铝铜铬硅锰合金未加入复合变质剂，在高速重载条件下磨损，磨面的温升很快，温度过高会使材料强度急剧下降，从而出现塑性流变，材料塑性流变引起裂纹形核、扩展，出现因粘着而剥落的凹坑，并最后导致材料剥落，耐磨性下降，如图2所示。加入复合变质剂0.3%－0.5%时，合金表面除了因挤压而产生的塑性变形外，因粘着而剥落的凹坑明显减少，表明材料剥落减少，耐磨性有所增加，如图3和图4所示。加入复合变质剂0.7%－0.9%时，磨面出现许多较细的磨痕，因粘着而剥落的凹坑基本没有了，耐磨性明显增加，如图5和图6所示。加入复合变质剂大于0.9%后，磨面又出现因粘着而剥落的凹坑，耐磨性又有所下降，和图7所示。从而可以看出加入复合变质剂0.7%－0.9%时，锌铝铜铬硅锰合金耐磨性最好。
具体实施方式
实施例1
以工业铝锭A00号、锌锭0号、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂（Te9-15%、Sb9-15%、Ba6-10%、Ti6-10%、W6-10%、Y4-7%、Gd4-7%、Tb2-5%、Nb1-3%、Zr1-3%、余为铝。）、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al37-39%、Cu2-2.5%（以含铜50%的铝铜中间合金形式加入）、Mn0.2-0.3%(以含Mn40%的铝锰中间合金形式加入)、复合变质剂0.3%、Mg0.014-0.02%、余量是Zn的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂，待材料全部熔化后，升温至600~650℃时保温6min-8min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0.2％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℃时准备浇注。铸造工艺为：砂型铸造，底板为金属型，将熔炼好的锌铝铜铬硅锰合金浇铸成长250mm、宽40mm、高70mm的毛坯。再在毛坯上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为长19.5mm、宽10mm、高8mm。对磨件的尺寸为外径Φ40mm，内孔Φ16mm，厚度10mm，对磨件的材质为40Cr，硬度50－55HRC。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0.00019g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为30#机油。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重进行磨损试验。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。实验中上试样固定不动，下试样转速为400r/min。由图1可以看出，复合变质剂加入量为0.3%时，在300N、500N、800N、1000N不同的载荷下，锌铝铜铬硅锰合金的磨损量分别为14mg、28mg、50mg、81mg。
实施例2
以工业铝锭A00号、锌锭0号、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂（Te9-15%、Sb9-15%、Ba6-10%、Ti6-10%、W6-10%、Y4-7%、Gd4-7%、Tb2-5%、Nb1-3%、Zr1-3%、余为铝。）、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al37-39%、Cu2-2.5%（以含铜50%的铝铜中间合金形式加入）、Mn0.2-0.3%(以含Mn40%的铝锰中间合金形式加入)、复合变质剂0.7%、Mg0.014-0.02%、余量是Zn的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂，待材料全部熔化后，升温至600~650℃时保温6min-8min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0.2％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℃时准备浇注。铸造工艺为：砂型铸造，底板为金属型，将熔炼好的锌铝铜铬硅锰合金浇铸成长250mm、宽40mm、高70mm的毛坯。再在毛坯上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为长19.5mm、宽10mm、高8mm。对磨件的尺寸为外径Φ40mm，内孔Φ16mm，厚度10mm，对磨件的材质为40Cr，硬度50－55HRC。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0.00019g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为30#机油。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重进行磨损试验。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。实验中上试样固定不动，下试样转速为400r/min。由图1可以看出，复合变质剂加入量为0.7%时，在300N、500N、800N、1000N不同的载荷下，锌铝铜铬硅锰合金的磨损量分别为8mg、16mg、33mg、58mg。
实施例3
以工业铝锭A00号、锌锭0号、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂（Te9-15%、Sb9-15%、Ba6-10%、Ti6-10%、W6-10%、Y4-7%、Gd4-7%、Tb2-5%、Nb1-3%、Zr1-3%、余为铝。）、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al37-39%、Cu2-2.5%（以含铜50%的铝铜中间合金形式加入）、Mn0.2-0.3%(以含Mn40%的铝锰中间合金形式加入)、复合变质剂1.1%、Mg0.014-0.02%、余量是Zn的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂，待材料全部熔化后，升温至600~650℃时保温6min-8min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0.2％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℃时准备浇注。铸造工艺为：砂型铸造，底板为金属型，将熔炼好的锌铝铜铬硅锰合金浇铸成长250mm、宽40mm、高70mm的毛坯。再在毛坯上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为长19.5mm、宽10mm、高8mm。对磨件的尺寸为外径Φ40mm，内孔Φ16mm，厚度10mm，对磨件的材质为40Cr，硬度50－55HRC。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0.00019g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为30#机油。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重进行磨损试验。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。实验中上试样固定不动，下试样转速为400r/min。由图1可以看出，复合变质剂加入量为0.3%时，在300N、500N、800N、1000N不同的载荷下，锌铝铜铬硅锰合金的磨损量分别为10mg、19mg、41mg、71mg。
对比例
以工业铝锭A00号、锌锭0号、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、纯镁为原料。成分按重量百分比计算，按Al37-39%、Cu2-2.5%（以含铜50%的铝铜中间合金形式加入）、Mn0.2-0.3%(以含Mn40%的铝锰中间合金形式加入)、Mg0.014-0.02%、余量是Zn的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金，待材料全部熔化后，升温至600~650℃时保温6min-8min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0.2％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℃时准备浇注。铸造工艺为：砂型铸造，底板为金属型，将熔炼好的锌铝铜铬硅锰合金浇铸成长250mm、宽40mm、高70mm的毛坯。再在毛坯上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为长19.5mm、宽10mm、高8mm。对磨件的尺寸为外径Φ40mm，内孔Φ16mm，厚度10mm，对磨件的材质为40Cr，硬度50－55HRC。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0.00019g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为30#机油。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重进行磨损试验。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。实验中上试样固定不动，下试样转速为400r/min。由图1可以看出，未加入复合变质剂时，在300N、500N、800N、1000N不同的载荷下，锌铝铜铬硅锰合金的磨损量分别为20mg、38mg、78mg、115mg。
Claims (2)
1.一种能提高摩擦磨损性能的锌铝铜铬硅锰合金，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂，其中Te9-15%、Sb9-15%、Ba6-10%、Ti6-10%、W6-10%、Y4-7%、Gd4-7%、Tb2-5%、Nb1-3%、Zr1-3%、余为铝、纯镁为原料；成分按重量百分比计算，按Al37-39%、Cu2-2.5%以含铜50%的铝铜中间合金形式加入、Cr0.4-0.5%以含Cr35%的铝铬中间合金形式加入、Si0.3-0.4%以含Si30%的铝硅中间合金形式加入、Mn0.2-0.3%以含Mn40%的铝锰中间合金形式加入、复合变质剂0-1.1%、Mg0.014-0.02%、余量是Zn的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼；熔炼工艺为：先加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、复合变质剂，待材料全部熔化后，升温至600~650℃时保温6min-8min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0.2％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℃时准备浇注；铸造工艺为：砂型铸造，底板为金属型，将熔炼好的锌铝铜铬硅锰合金浇铸成长250mm、宽40mm、高70mm的毛坯，根据加入复合变质剂的含量不同，浇铸出六组复合变质剂不同含量的锌铝铜铬硅锰合金毛坯，其复合变质剂加入量分别为0%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%；再在毛坯上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为长19.5mm、宽10mm、高8mm；对磨件的尺寸为外径Φ40mm，内孔Φ16mm，厚度10mm，对磨件的材质为40Cr，硬度50－55HRC；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0.00019g；摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为30#机油；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重进行磨损试验；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；实验中上试样固定不动，下试样转速为400r/min。
2.根据权利要求1所述一种能提高摩擦磨损性能的锌铝铜铬硅锰合金，加入复合变质剂0.7%－0.9%时，耐磨性能最好。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151125 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |