CN1053930C

CN1053930C - 一种用于制造减压器零件的锌基合金材料

Info

Publication number: CN1053930C
Application number: CN96116059A
Authority: CN
Inventors: 田长文; 李少南; 王世建; 赵炳月
Original assignee: New Material Institute of Shandong Academy of Sciences
Current assignee: New Material Institute of Shandong Academy of Sciences
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 2000-06-28
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: CN1182802A

Abstract

本发明提供了一种锌基合金材料，采用金属型重力铸造或挤压铸造，用于制造减压器阀体、螺杆或输入接头、螺母等零件，锌基合金的化学成分组成(重量百分比)为：Al22～28，Cu1.0～20，Cr0.1～0.5，Ti0.01～0.05，B0.002～0.02，Mg0.005～0.02，余为Zn，其它允许杂质含量为Fe<0.1，Pb<0.04，Sn<0.002，Cd<0.003。制造成功的减压零件在30MPa压力下不发生渗漏，与通用的铅黄铜零件相比成本降低40%以上。

Description

一种用于制造减压器零件的锌基合金材料

本发明涉及锌基合金材料，具体地说是用于制造减压器阀体、螺杆、螺母等零件的锌基合金材料。

通常使用的氧气瓶、乙炔气瓶、二氧化碳气瓶等均带有一个减压器，其中减压器阀体、螺杆或叫输入接头和螺母是减压器中的重要零件。根据GB7899-87规定，减压器的高压室要求在规定负荷为30MPa的压力下，持续5分钟水压试验后应无永久性变形，因此对材料的耐压性能和机械性能有较高的要求。另外，BG7899-87标准规定，与乙炔或具有类似化学特性的气体接触的材料其含铜量应不超过70％，因此，国内外广泛采用铅黄铜材料ZCuZn40Pb2(相当于GB1176-74标准规定的ZHPb59-1铅黄铜)制造。根据BG1176-87标准规定，这种铅黄铜含有58～63％Cu，0.5～2.5％Pb，其余为Zn。金属型铸造时，铸态机械性能为σb≥280MPa，δ≥20％，HB90。减压器阀体的制造方法是，首先配制铅黄铜材料，在感应炉或其它熔炼设备中熔化，连续铸造或用其它方法铸造成棒材，然后下料，在电阻炉中加热到一定的温度，采用模锻方法成形。而螺杆、螺母则采用铸造成形的园形棒材或六方型材经机械切削加工而成。用黄铜材料制造存在下列缺点：①由于这种合金含有较高含量的贵重金属铜，原材料成本高，材料来源困难；②由于生产工序多，能耗高，而螺母、螺杆又由于加机械加工，材料的利用率低，因而生产成本高；③黄铜材料在熔炼过程中，熔炼温度超过锌的沸点(911℃)，因此，在熔炼过程中蒸发产生的烟雾大。又由于合金中含有铅，环境污染严重，严重影响操作人员的健康，生产车间需要较好的通风除尘设备。

目前，国际上研究和推广应用的锌基合金材料ZA27，见《Metal Progress》，1982(11)，P29-31，具有强度高和耐磨性好的特点，主要用于代替锡青铜ZCuSn5Zn5Pb5，ZCuSn10Pb1等材料作耐磨轴承材料使用，在机械、冶金、矿山、轻工等行业用于制造轴瓦、轴套、蜗轮等另件。ZA27合金含有下列成分：25～28％Al，2.0～2.5％Cu，0.01～0.02％Mg，其余为Zn。金属型重力铸造时，机械性能为σb400～440MPa，δ1-3％，HB110～120。但是该合金的最大的缺点是，由于铝含量较高，凝固温度范围宽(380～492℃)，在铸造过程中极易出现显微缩松，铸件的致密度差，因而铸件的耐压性能差。该合金产生显微缩松的原因在于，由于凝固温度范围宽，呈树枝晶凝固，最后在树枝晶间隙中凝固的液体，在凝固过程中得不到补缩，造成显微缩松。另外，这种合金的塑韧性低，金属型铸造时延伸率1-3％，通过热处理可提高合金的塑韧性，但合金的强度降低。研究分析表明，合金的耐压性能和塑韧性与合金的致密度有关。因此，细化合金粗大的树枝晶组织，改变合金的凝固方式，提高合金的致密度，不仅能提高合金的耐压性能，而且也能同时提高合金的塑韧性。

本发明的目的是提供一种锌基合金材料用于制造减压器阀体、螺杆、螺母等另件，具有较高的耐压性能和较高的强度及塑韧性。

本发明的锌基合金其化学成分组成(重量百分比)为：Al 22～28，Cu 1.0～2.0，Cr 0.1～0.5，Ti 0.01～0.05，B 0.002～0.02，Mg 0.005～0.02，其余为Zn，其中杂质允许含量为：Fe＜0.1，Pb＜0.004 Sn＜0.002，Cd＜0.003。

本发明的锌基合金中，加入Al，Cu，Cr的主要作用是提高合金的强度和硬度。加入0.1～0.5％的Cr能够明显提高合金的强度，细化合金的组织。在合金的凝固过程中，加入Cr后形成Cr的金属间化合物θ相，在组织中呈较为规则的方块状主要分布在富铝α相的晶内，少数分布在晶界，尺寸大小为3～10μm，θ相是先析出相。加入Cr能明显细化合金的组织，提高合金的致密度。由于Cu含量低，合金发生共晶凝固的液体减少，从而减少了合金的显微缩松。Mg的作用主要是提高合金的强度和耐蚀性能。Ti和B的作用主要是细化合金的组织，提高合金组织的致密性，加入Ti和B后，合金的组织明显细化，粗大的树枝晶组织消失，并且出现等轴晶。

本发明的锌基合金可采用金属型重力铸造或挤压铸造，制造减压器阀体、螺杆、螺母零件。挤压铸造时，合适的压力为50～180MPa，合金的机械性能最好，致密度高，耐压性能好。挤压铸造时，机械性能为σb420～490MPa，δ8～10％，ak80～140J/cm²，HB100-125。金属重力铸造时，铸件组织致密，铸态机械性能为：σb400～480MPa，δ4-8％，ak40～60J/cm²，HB95～120。

本发明合金的优点在于，合金的强度高，塑韧性好，组织致密度高，耐压性能好，并且具有不发火花特性。与铅黄铜材料ZCuZu40Pb2相比，原材料成本低，重量比铅黄铜ZCuZn40Pb2轻40％左右，按体积计算，成本仅为铅黄铜的38～40％。由于熔炼温度为600～650℃，比铅黄铜的熔炼温度(约950℃)低，并且一次铸成形，因此能耗低，对环境无污染。

实施例1.在本发明合金成分范围内，选择24％Al，2.0％Cu，0.3％Cr，0.02％Ti，0.01％B，0.015Mg，其余为Zn。金属重力铸造机械性能σb480MPa，ak50J/cm²，HB110。

实施例2.在本发明合金成分范围内，选择26％Al，1.9％Cu，0.4％Cr，0.02％Ti，0.01％B，0.005Mg，其余为Zn。挤压铸造(压力为90MPa)时，机械性能为σb440MPa，δ12％，ak120J/cm²，HB120。

实施例3.用上述两种铸造方法制造的减压器阀体，根据GB7899-87规定，进行结构强度、气密性、压力升高系数，不规则系数等主要性能试验，均符合标准要求。对阀体的高压室充以30MPa的压力，低压室乙炔阀体充入3MPa的压力、氧气阀体充入6MPa的压力，持续5分钟，阀体的高低压室无永久变形，并且不发生渗漏现象。

实施例4.按实施例1选择的合金化学成分，金属型重力铸造成减压器用螺母，与铅黄铜材料ZCuZn40Pb2制成的螺母，做破坏性拉力试验，本发明锌基合金制成的螺母拉断力为57～60千牛，而铅黄铜材料的螺母则为33～40千牛，锌基合金螺母的耐磨性是铅黄铜材料螺母的2倍。

Claims

1.一种用于制造减压器阀体、螺杆或输入接头、螺母等零件的锌基合金材料，其特征在于，合金的化学成分组成(重量百分比)为：Al 22～28，Cu 1.0～2.0，Cr 0.1～0.5，Ti 0.01～0.05，B0.002～0.02，Mg 0.005～0.02，余为Zn，其中允许杂量含量为：Fe＜0.1，Pb＜0.004，Sn＜0.002，Cd＜0.003。