CN105648291B - 高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料及其制备方法和应用，其解决了现有螺旋流恒压泵材料不能满足消防用泵对轻量化要求及石油化工工业对泵耐腐蚀性要求而存在的技术问题，其组分的质量百分比含量为Cu：4.7‑5.4％；Zr：0.05‑0.2％；Mn：0.3‑0.5％；B：0.005‑0.015％；V：0.05‑0.25％；Mg：<0.05％；Ti：0.15‑0.35％；Fe：<0.15％；Si：<0.08％；Cd：0.15‑0.25％；余量为Al。本发明同时提供了其制备方法和应用。本发明可广泛应用于螺旋流恒压泵材料的制备领域。

Description

高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种合金材料及其制备方法和应用，具体说是高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料及其制备方法和应用。
背景技术
公开号为104895842A的中国发明专利申请公开了一种螺旋流恒压泵，其设有泵后盖、泵体、叶轮、轴承体和泵轴，泵后盖设于所述泵体的后侧并与所述泵体固定连接，泵后盖与所述泵体共同围绕形成泵室；泵轴伸入泵室内，叶轮设于泵室内泵轴的前端；泵后盖与泵轴之间设有腔室，腔室内设有机械密封；轴承体与泵体相连接，泵轴通过两端双滚动轴承支撑在轴承体上；叶轮设有后盖板，后盖板设有两侧，一侧设有背叶片，后盖板另一侧设有均匀分布的长叶片和短叶片，长叶片和短叶片交叉分布，长叶片和短叶片均设有同样方向的折弯，长叶片和短叶片均共同围绕形成各自的回转中心，短叶片共同的回转中心内口直径大于长叶片共同的回转中心内口直径。
该螺旋流恒压泵解决了螺旋流恒压泵摩擦大寿命短、对高浓度高粘度等重质浆液体的适应性差、出液压力小不恒定、流量小不稳定、震动大体积大、轴承体过热且两端温差偏大易出故障等技术问题，其摩擦小、寿命长、对高浓度高粘度等重质浆液体的适应性好、出液压力大且恒定、流量大且稳定、有效平衡轴向力与径向力、震动小体积小且故障率极低。
但是，包括上述螺旋流恒压泵在内的国内外泵类产品壳体材料大多数采用灰铁﹑球铁﹑铸钢等铁元素碳元素含量高的材质，具有高密度﹑质量重﹑易腐蚀的特性。但车载船载及工程消防用泵对轻量化要求较高，同时石油化工工业对泵耐腐蚀性要求高，上述材质已不能满足现有消防，工程及工业生产要求。
发明内容
本发明就是为了解决现有螺旋流恒压泵材料不能满足消防用泵对轻量化要求及石油化工工业对泵耐腐蚀性要求而存在的技术问题，提供一种轻量、耐腐蚀性好的高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料及其制备方法和应用。
为此，本发明提供一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料，其组分的质量百分比含量为Cu：4.7-5.4％；Zr：0.05-0.2％；Mn：0.3-0.5％；B：0.005-0.015％；V：0.05-0.25％；Mg：<0.05％；Ti：0.15-0.35％；Fe：<0.15％；Si：<0.08％；Cd：0.15-0.25％；余量为Al。
优选地，本发明组分的质量百分比含量为Cu：4.85％；Zr：0.07％；Mn：0.35％；B：0.008％；V：0.06％；Mg：0.03％；Ti：0.21％；Fe：0.09％；Si：0.04％；Cd：0.2％；余量为Al。
本发明同时提供一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料的制备方法，其包括如下步骤：(1)对熔炼过程使用的工具、浇包、精炼剂，进行烘烤四个小时以上；(2)用50Kw-70Kw功率给中频感应炉预热，同时除去坩埚壁上的杂质；(3)把铝合金锭装炉，通电熔化，用测温仪测量铝液的温度，当升温到710-740摄氏度时，加入精炼剂，装上氩气精炼机，启动精炼机的电源，精炼时间为3-5分钟，除去表面熔渣；(4)启动精炼机的电源，打开氩气瓶开关，调整压力为0.1-0.15MPa，将通气管插入合金液开始精炼去气，时间为25-30分钟；(5)炉前检测成分的含量；(6)炉前检验合金液的含气量，减压凝固试样需在二级以上当达不到二级时，应进行第二次精炼去气，再次进行检验，直到合格；(7)根据炉前检验成分含量，调整成分，铜、锆、锰、镉以纯金属加入，硼、钒以硼铁合金和钒铁合金形式加入；加入占合金液总质量0.05％的二氧化钛压于合金液中，细化晶粒，提高产品的性能；升温到705-725摄氏度，加入除渣剂，除去表面溶渣，即可进行浇注；(8)热处理，采用535-543摄氏度固溶强化后，170-180摄氏度完全时效处理。
本发明同时提供高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料在制备螺旋流恒压泵中的应用，螺旋流恒压泵设有泵后盖、泵体、叶轮、轴承体和泵轴，泵后盖设于所述泵体的后侧并与所述泵体固定连接，泵后盖与所述泵体共同围绕形成泵室；泵轴伸入泵室内，叶轮设于泵室内泵轴的前端；泵后盖与泵轴之间设有腔室，腔室内设有机械密封；轴承体与泵体相连接，泵轴通过两端双滚动轴承支撑在轴承体上；叶轮设有后盖板，后盖板设有两侧，一侧设有背叶片，后盖板另一侧设有均匀分布的长叶片和短叶片，长叶片和短叶片交叉分布，长叶片和短叶片均设有同样方向的折弯，长叶片和短叶片均共同围绕形成各自的回转中心，短叶片共同的回转中心内口直径大于长叶片共同的回转中心内口直径。
本发明采取上述制造工艺后，有以下效果：
1、本发明材料来源容易获得，生产过程不复杂，通过热处理后的铸件，抗拉强度＞500MPa,屈服强度＞430MPa，硬度HB≥150,具有高强度、抗腐蚀能力好、耐6个以上压力的气密试验。
2、通过精炼和通氩气除气处理，有效的去除合金液的氧化夹杂、气体，流动性好，冲型能力好，线收缩较小，适用于铸造复杂的薄壁零件。
3、这种铝合金材料，密度为2.82g/cm3约为钢铁的三分之一，产品的重量明显的减轻，降低成本，装卸方便。
4、这种材料的产品，加工性能好，焊接性能好，提高了生产效率。
5、同一型号铸件材料特点对比：
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步描述：
以下实施例中所用精炼剂的生产厂家为：深圳派瑞科冶金材料有限公司，产品型号为6AB；除渣剂的生产厂家为：深圳派瑞科冶金材料有限公司，产品型号为COVERAL 73。
实施例1
用500Kg中频感应炉熔炼该高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料，其工艺步骤为：(1)对熔炼过程使用的工具、浇包、精炼剂、提前烘烤，至少4个小时。(2)用60Kw功率给中频感应炉预热，同时除去坩埚壁上的杂质。(3)把优质铝合金锭装炉，通电熔化，用测温仪测量铝液的温度，当升温到720-730摄氏度时，加入精炼剂，装上氩气精炼机，启动精炼机的电源，精炼时间为4分钟，除去表面熔渣。(4)启动精炼机的电源，打开氩气瓶开关，调整压力为0.12MPa，将通气管插入合金液开始精炼去气，时间为27分钟。(5)炉前检测成分的含量。(6)炉前检验合金液的含气量，减压凝固试样需在二级以上当达不到二级时，应进行第二次精炼去气，再次进行检验，直到合格。(7)根据炉前检验成分含量，调整成分，铜、锆、锰、镉以纯金属加入，硼、钒以硼铁合金和钒铁合金的形式加入。加入占合金液总质量0.05％的二氧化钛压于合金液中，细化晶粒，提高产品的性能。升温到710-720摄氏度，加入聚渣剂，除去表面溶渣，即可进行浇注。(8)热处理，采用535-543摄氏度固溶强化后，170-180摄氏度完全时效处理。
本发明一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料化学成分见表1，力学性能见表2
表1一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料化学成分(质量百分比含量)
元素 Cu Zr Mn B V Mg Ti Fe Si
成分 4.85 0.07 0.35 0.008 0.06 0.03 0.21 0.09 0.04
元素 Cd Al
成分 0.2 余量
表2一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料力学性能
抗拉强度 屈服强度 硬度 压力的气密试验
510MPa 440MPa HB160 6.6MPa
实施例2
用1000Kg中频感应炉熔炼该高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料，其工艺步骤为：(1)对熔炼过程使用的工具、浇包、精炼剂、提前烘烤，至少5个小时。(2)用50Kw功率给中频感应炉预热，同时除去坩埚壁上的杂质。(3)把优质铝合金锭装炉，通电熔化，用测温仪测量铝液的温度，当升温到730-740摄氏度时，加入精炼剂，装上氩气精炼机，启动精炼机的电源，精炼时间为5分钟，除去表面熔渣。(4)启动精炼机的电源，打开氩气瓶开关，调整压力为0.15MPa，将通气管插入合金液开始精炼去气，时间为30分钟。(5)炉前检测成分的含量。(6)炉前检验合金液的含气量，减压凝固试样需在二级以上当达不到二级时，应进行第二次精炼去气，再次进行检验，直到合格。(7)根据炉前检验成分含量，调整成分，铜、锆、锰、镉以纯金属加入，硼、钒以硼铁合金和钒铁合金的形式加入。加入占合金液总质量0.05％的二氧化钛压于合金液中，细化晶粒，提高产品的性能。升温到715-725摄氏度，加入除渣剂，除去表面溶渣，即可进行浇注。(8)热处理，采用535-543摄氏度固溶强化后，170-180摄氏度完全时效处理。
本发明一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料化学成分见表3，力学性能见表4
表3一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料化学成分(质量百分比含量)
元素 Cu Zr Mn B V Mg Ti Fe Si
成分 4.7 0.05 0.3 0.005 0.06 0.04 0.15 0.10 0.047
元素 Cd Al
成分 0.25 余量
表4一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料力学性能
抗拉强度 屈服强度 硬度 压力的气密试验
503MPa 435MPa HB155 6.3MPa
实施例3
用1000Kg中频感应炉熔炼该高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料，其工艺步骤为：(1)对熔炼过程使用的工具、浇包、精炼剂、提前烘烤，至少5个小时。(2)用70Kw功率给中频感应炉预热，同时除去坩埚壁上的杂质。(3)把优质铝合金锭装炉，通电熔化，用测温仪测量铝液的温度，当升温到710-720摄氏度时，加入精炼剂，装上氩气精炼机，启动精炼机的电源，精炼时间为3分钟，除去表面熔渣。(4)启动精炼机的电源，打开氩气瓶开关，调整压力为0.10MPa，将通气管插入合金液开始精炼去气，时间为25分钟。(5)炉前检测成分的含量。(6)炉前检验合金液的含气量，减压凝固试样需在二级以上当达不到二级时，应进行第二次精炼去气，再次进行检验，直到合格。(7)根据炉前检验成分含量，调整成分，铜、锆、锰、镉以纯金属加入，硼、钒以硼铁合金和钒铁合金的形式加入。加入占合金液总质量0.05％的二氧化钛压于合金液中，细化晶粒，提高产品的性能。升温到705-710摄氏度，加入除渣剂，除去表面溶渣，即可进行浇注。(8)热处理，采用535-543摄氏度固溶强化后，170-180摄氏度完全时效处理。
本发明一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料化学成分见表5，力学性能见表6
表5一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料化学成分(质量百分比含量)
元素 Cu Zr Mn B V Mg Ti Fe Si
成分 5.4 0.2 0.5 0.015 0.25 0.045 0.35 0.10 0.05
元素 Cd Al
成分 0.15 余量
表6一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料力学性能
抗拉强度 屈服强度 硬度 压力的气密试验
500MPa 437MPa HB153 6.2MPa
通过上述实施例的性能比较，优先采用实施例1。

Claims (1)

1.一种高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料的制备方法，其特征是包括如下步骤：
(1)对熔炼过程使用的工具、浇包、精炼剂，进行烘烤4个小时以上；
(2)用50Kw-70Kw功率给中频感应炉预热，同时除去坩埚壁上的杂质；
(3)把铝合金锭装炉，通电熔化，用测温仪测量铝液的温度，当升温到710-740摄氏度时，加入精炼剂，装上氩气精炼机，启动精炼机的电源，精炼时间为3-5分钟，除去表面熔渣；
(4)启动精炼机的电源，打开氩气瓶开关，调整压力为0.1-0.15MPa，将通气管插入合金液开始精炼去气，时间为25-30分钟；
(5)炉前检测成分的含量；
(6)炉前检验合金液的含气量，减压凝固试样需在二级以上，当达不到二级时，应进行第二次精炼去气，再次进行检验，直到合格；
(7)根据炉前检验成分含量，调整成分，铜、锆、锰、镉以纯金属加入，硼、钒以硼铁合金和钒铁合金形式加入；加入占合金液总质量0.05％的二氧化钛压于合金液中，细化晶粒，提高产品的性能；升温到705-725摄氏度，加入除渣剂，除去表面溶渣，即可进行浇注；
(8)热处理，采用535-543摄氏度固溶强化后，170-180摄氏度完全时效处理；
所述高强度合金铸铝螺旋流恒压泵材料组分的质量百分比含量为Cu：4.7-5.4％；Zr：0.05-0.2％；Mn：0.3-0.5％；B：0.005-0.015％；V：0.05-0.25％；Mg：<0.05％；Ti：0.15-0.35％；Fe：<0.15％；Si：<0.08％；Cd：0.15-0.25％；余量为Al。
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