CN106521266B - 一种缝纫机针棒抱及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针棒抱及其制备方法，属于合金材料领域。所述的缝纫机针棒抱由耐磨铝合金制成，所述耐磨铝合金的成分及其质量百分比为：Mg:5.0‑8.0％，Si:1.0％‑3.0％，C:1.1‑2.8％，Cr:0.28‑1.05％，V:0.12‑0.5％，Mo:0.08‑0.3％，B:0.1％‑0.6％，Ni:0.07‑0.65％，Nb:0.03‑0.25％，Re:0.02‑0.06％，余量为Al。所述耐磨铝合金经熔化、精炼、变质、浇铸、退火处理等步骤制备得到缝纫机针棒抱，该针棒抱具有良好的力学性能和优异的耐摩擦性能。

Description

一种缝纫机针棒抱及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种针棒抱及其制备方法，属于合金材料领域。

背景技术

铝合金具有质量轻、强韧性好、耐腐蚀以及特有的金属光泽等特性，被越来越多的机械零部件所采用，如电器、照明器件、汽车等。为了满足零部件薄壁化、轻量化、快速散热和铸造生产的需要，对铝合金的铸造流动性、导热性能和力学性能都提出了越来越高的要求。

缝纫机上的针棒抱主要是用来夹紧针棒，现有的针棒抱一般都是用铝合金进行浇铸而成，由于现有铝合金材料的特性，使得其抗拉强度、抗弯强度、硬度相对较低，耐磨性能差，常常由于针棒在针棒滑动孔内快速长久的滑动，使针棒抱上的针棒滑动孔的磨损后内孔孔经扩大，造成针棒在孔内摆动太大，并产生噪声，影响缝纫机的使用。因此提供一种耐磨性能好、力学性能优的针棒抱尤为重要。

发明内容

针对现有技术存在耐磨性能差的缺点，本发明提供一种耐磨性好、力学性能优异的缝纫机针棒抱及其制造方法，有效提高针棒抱使用寿命。

本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种缝纫机针棒抱，所述的缝纫机针棒抱由耐磨铝合金制成，所述耐磨铝合金的成分及其质量百分比为：Mg:5.0-8.0％，Si:1.0％-3.0％，C:1.1-2.8％，Cr:0.28-1.05％，V:0.12-0.5％，Mo:0.08-0.3％，B:0.1％-0.6％，Ni:0.07-0.65％，Nb:0.03-0.25％，Re:0.02-0.06％，余量为Al。

各元素及质量百分比的选择与限定理由如下：

C：C既可以固溶于基体中起固溶强化作用，又是形成碳化物增强相的基本元素。碳含量太高会增加材料脆性，太少则减少碳化物增强相的数量致使其耐磨性降低。因此C的范围为1.1-2.8％。

Cr、V、Mo可与C形成碳化合物硬质相，适量形成虽然能在一定程度上帮助提高组织的硬度和耐磨性，但过量的碳化物会将本来就韧性不高的基体组织割裂，使晶粒间的联接程度降低。因此，Cr含量选择0.28-1.05％，V含量选择0.12-0.5％，Mo含量选择0.08-0.3％。

B：B能够细化晶粒，形成细小的弥散析出相。另一方面，B还能与和Al形成复杂化合物AlB₂和AlB₁₂，能显著提高材料表面的硬度和耐磨性能。但是当B含量超过0.6％时，将会导致“热脆”现象，影响合金的热加工性能。

Ni:Ni固溶到Al基体中，从而起到固溶强化的作用；同时加入Ni元素后，形成集中于晶界或晶界附近的硬质富镍相颗粒，使得在高温下晶界滑移困难，有效提高了低高温强度共晶组织的形变抗力，限制了晶界裂纹的扩展，进而提高合金的耐磨性能。但当Ni含量过多时，NiAl₃颗粒和富镍相颗粒的数量和尺寸都会增加，晶界粗化，缺陷增多，材料的断裂敏感性增大。Ni含量选择0.07-0.65％。

Nb：Nb能形成弥散析出相细化晶粒，以提高材料的强度和韧性。当Nb含量过高时，所获增强增韧效果达到饱和。因此，鉴于成本和效果，Nb含量选择范围为0.03-0.25％。

Re：稀土Re是合金优异的细化变质元素，添加微量Re元素，可使共晶形态从粗大的针状转变为细小均匀的颗粒状，提高铝合金的铸造流动性、强度和塑性。

Mg在合金中与基体铝元素生成大量Mg₅Al相，而通过热处理能使全部Mg₅Al相固溶到铝合金基体α相中，使得合金具有优异的常温力学性能。Si与Al可形成Al+Si共晶液相，是提高铝合金铸造流动性的主要成分，Si也可与Mg形成Mg₂Si强化相，增强铝合金的强度。元素Cr与C可形成Cr₇C₃和Cr₂₃C₆碳化物硬质相，与B能形成硼铬化物CrB、Cr₂B硬质相。元素B与C可形成BC碳化物硬质相。元素V也可与C形成碳化物VC、V₄C₃。元素Mo与C可形成Mo₂C特殊碳化物。由于这些元素所形成的碳化物均以硬质相存在于组织中，材料硬度很高，阻碍了磨料在材料亚表层的滑动，从而有效地抑制了犁沟及微观切削现象的发生，起到增强材料耐磨性的作用。需要注意的是，碳化物数量的增加虽然可以提高堆焊层的初始硬度和耐磨性，但硬度增加的同时会使材料组织变脆，抗裂性能下降。元素Ni和Nb的加入主要是为了增加韧性以提高材料的抗裂性能。

在铝合金领域，各元素之间的作用不是单独存在的，而是通过各成分以及组分的百分比形成一个整体，本发明正是通过铝合金整体的合理配伍，进一步提高铝合金的耐磨性能和力学性能。

作为优选，所述的Cr:V:Mo质量比为(2.0-3.5)：(1.5-2.0)：1。Cr、V、Mo的合理复配，使得Cr、V、Mo用量较少的情况下，形成的碳化物对材料的耐磨性能也能起到显著提高作用。

作为优选，所述的Ni:Nb质量比为(2-3):1。在此配比下形成的Nb、Ti复合物，可以有效抑制晶粒的长大，促进基体形成细小晶粒组织，得到具有优良力学性能的合金材料。

作为优选，所述的Re为稀土元素Eu、La、Ce、Pr、Nd、Er、Y中的一种或多种。进一步优选，稀土元素Eu和La的复配物，Eu和La的质量比为(1-2)：1。添加复配物的变质效果优于单独添加一种稀土元素的效果，且实验表明稀土元素中Eu具有最强的变质能力，La次之，使用二者的复配物，在添加质量少的情况下达到优异的变质效果。

本发明的另一个目的在于提供一种缝纫机针棒抱的制备方法，包括如下步骤：

S1、将铝锭加热至700-750℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的铝中间合金，充分混合后形成熔体；

S2、保持熔体温度，对熔体先进行精炼与净化处理，再加入Re的铝中间合金进行变质处理；

S3、将经步骤S2处理的熔体浇铸成型为缝纫机针棒抱铸坯；

S4、将缝纫机针棒抱铸坯进行退火处理，即可制得缝纫机针棒抱成品。

作为优选，S2步骤中使用精炼溶剂对熔体进行精炼与净化处理，精炼溶剂的质量为炉料总质量的0.2-0.4％。当精炼溶剂的用量大于0.4％时，精炼溶剂会对变质处理产生不利影响，随着精炼溶剂用量的增加，基体细小均匀的颗粒状逐渐恢复到变质前的针状形态。

作为优选，所述的精炼溶剂为六氯乙烷与氟硅酸钠的复配物，六氯乙烷与氟硅酸钠的质量比为(1-2)：1。在此配比下的精炼溶剂对熔体的精炼和净化效果最佳。

作为优选，所述的S4步骤中退火保温温度为350-460℃，保温时间为2-6小时。

对铸造产品进行退火处理主要起两个方面的作用：第一，消除铸造应力；第二，控制过饱和固熔体中溶质原子的析出，改善组织。退火温度过高，合金第二相溶解过多，过饱和固熔体的浓度增加，使基体晶格斜扭畸变增加，降低力学性能；若温度过低，固熔体很难充分分解，也会使力学性能下降。因此，退火过程的保温温度为350-460℃。

与现有技术相比，本发明通过添加Cr、C、Ni、V、Mo、Nb、B、Re等元素，结合本发明的制备方法，获得的缝纫机针棒抱具有良好的力学性能和优异的耐摩擦性能。且本发明所提供的制备工艺简单易行，适合工业化生产。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明的铝合金成分及其质量百分比为：Mg:5.0-8.0％，Si:1.0％-3.0％，C:1.1-2.8％，Cr:0.28-1.05％，V:0.12-0.5％，Mo:0.08-0.3％，B:0.1％-0.6％，Ni:0.07-0.65％，Nb:0.03-0.25％，Re:0.02-0.06％，余量为Al。

表1实施例1-4和对比例1-2铝合金成分的质量百分比％

实施例1

根据表1实施例1中铝合金成分的质量百分比，制备铝合金：

S1、将铝锭加热至700℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的铝中间合金，充分混合后形成熔体；

S2：保持熔体温度，加入六氯乙烷与氟硅酸钠质量比为1:1的复配精炼溶剂，精炼溶剂的加入量为总炉料质量的0.2％，对熔体进行精炼与净化处理，以去除熔体中渣物和有害气体，一直到无气体、气泡逸出为止，静置10min后扒去浮渣；然后将质量比为2:1的Eu和La复合稀土元素铝中间合金加入熔体中，混合均匀；

S3、将经步骤S2处理的熔体浇铸成型为缝纫机针棒抱铸坯；

S4、将缝纫机针棒抱铸坯进行退火处理，退火保温温度为350℃，保温时间为5小时，即可得缝纫机针棒抱成品。

实施例2

根据表1实施例2中铝合金成分的质量百分比，制备铝合金：

S1、将铝锭加热至720℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的铝中间合金，充分混合后形成熔体；

S2：保持熔体温度，加入六氯乙烷与氟硅酸钠质量比为2:1的复配精炼溶剂，精炼溶剂的加入量为总炉料质量的0.4％，对熔体进行精炼与净化处理，以去除熔体中渣物和有害气体，一直到无气体、气泡逸出为止，静置15min后扒去浮渣；然后将Ce的铝中间合金加入熔体中，混合均匀；

S3、将经步骤S2处理的熔体浇铸成型为缝纫机针棒抱铸坯；

S4、将缝纫机针棒抱铸坯进行退火处理，退火保温温度为400℃，保温时间为4小时，即可得缝纫机针棒抱成品。

实施例3

根据表1实施例3中铝合金成分的质量百分比，制备铝合金：

S1、将铝锭加热至750℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的铝中间合金，充分混合后形成熔体；

S2：保持熔体温度，加入六氯乙烷与氟硅酸钠质量比为1.5:1的复配精炼溶剂，精炼溶剂的加入量为总炉料质量的0.3％，对熔体进行精炼与净化处理，以去除熔体中渣物和有害气体，一直到无气体、气泡逸出为止，静置20min后扒去浮渣；然后将La的铝中间合金加入熔体中，混合均匀；

S3、将经步骤S2处理的熔体浇铸成型为缝纫机针棒抱铸坯；

S4、将缝纫机针棒抱铸坯进行退火处理，退火保温温度为450℃，保温时间为3小时，即可得缝纫机针棒抱成品。

实施例4

根据表1实施例4中铝合金成分的质量百分比，制备铝合金：

S1、将铝锭加热至710℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的铝中间合金，充分混合后形成熔体；

S2：保持熔体温度，加入六氯乙烷与氟硅酸钠质量比为1.8:1的复配精炼溶剂，精炼溶剂的加入量为总炉料质量的0.3％，对熔体进行精炼与净化处理，以去除熔体中渣物和有害气体，一直到无气体、气泡逸出为止，静置18min后扒去浮渣；然后将Pr的铝中间合金加入熔体中，混合均匀；

S3、将经步骤S2处理的熔体浇铸成型为缝纫机针棒抱铸坯；

S4、将缝纫机针棒抱铸坯进行退火处理，退火保温温度为350℃，保温时间为6小时，即可得缝纫机针棒抱成品。

对比例1

根据表1对比例1中铝合金成分的质量百分比，制备铝合金，制备步骤与实施例1相同。

对比例2

根据表1对比例2中铝合金成分的质量百分比，制备铝合金，制备步骤与实施例2相同。

对比例3

该对比例与实施例3的区别仅在于，对比例3的制备过程中，精炼溶剂为六氯乙烷，加入量为总炉料质量的0.5％，退火保温温度为300℃，保温时间为8小时，其他与实施例3相同，此处不再累述。

表2本发明实施例1-4与对比例1-3的针棒抱性能测试结果

从表2中可以看出，实施例1-4的力学性质优良，布氏硬度大，磨损质量损失低，对比例1因Cr、V的缺失，合金组织硬质相数量减少，影响针棒抱的耐磨性能，对比例2因Ni、Nb的缺失，针棒抱的力学性能降低，对比例3的制备方法参数不同于本发明，使得针棒抱的各性能有所降低。

本发明通过合金材料组分和质量百分比以及制备方法的合理选择，赋予针棒抱更优异的力学性能和耐磨性能，延长针棒抱的使用寿命。

本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (1)

1.一种缝纫机针棒抱，其特征在于，所述的缝纫机针棒抱由耐磨铝合金制成，所述耐磨铝合金的成分及其质量百分比为：Mg:5.0％，Si:1.0％，C:1.5％，Cr:0.28％，V:0.16％，Mo:0.08％，B:0.1％，Ni:0.09％，Nb:0.03％，Re:0.02％，余量为Al；其中所述Cr:V:Mo的质量比为3.5：2：1，所述Ni:Nb的质量比为3:1；

其中Re为稀土元素Eu和La的复配物，Eu和La的质量比为2：1；

所述针棒抱的制备方法包括以下步骤：

S1、将铝锭加热至700℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的铝中间合金，充分混合后形成熔体；

S2：保持熔体温度，加入六氯乙烷与氟硅酸钠质量比为1:1的复配精炼溶剂，精炼溶剂的加入量为总炉料质量的0.2％，对熔体进行精炼与净化处理，以去除熔体中渣物和有害气体，一直到无气体、气泡逸出为止，静置10min后扒去浮渣；然后将Eu和La复合稀土元素铝中间合金加入熔体中，混合均匀；

S3、将经步骤S2处理的熔体浇铸成型为缝纫机针棒抱铸坯；

S4、将缝纫机针棒抱铸坯进行退火处理，退火保温温度为350℃，保温时间为5小时，即可得缝纫机针棒抱成品。