CN106591640A - 一种耐磨铝合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨铝合金及该耐磨铝合金的制造方法，其中耐磨铝合金中硅的含量为14.5％‑15.5％，铁的含量为0.7％‑0.9％，铜的含量为2.8％‑3.2％，锰的含量为0.7％‑0.9％，镁的含量为0.45％‑0.65％，锌的含量为1％‑1.5％，铬的含量为0.25％‑0.35％，钛的含量为0.1％‑0.2％，镍的含量≤0.1％，铅的含量≤0.1％，锡的含量≤0.2％，镉的含量≤0.01％。本发明解决的技术问题在于克服现有的铝合金硬度低不耐磨的缺点，提供一种耐磨铝合金及该耐磨铝合金的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料领域。具体为一种耐磨铝合金。
背景技术
铝合金的重量与其他合金相比来说比较小，可广泛应用于很多行业，尤其是对重量有要求的场合。但与其他合金相比，铝合金的硬度比较低，因此一般的铝合金不耐磨。由于铝合金不耐磨，在很多情况下，只能选择重量大但耐磨的合金来替代铝合金。不耐磨的特点大大限制了铝合金的应用。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有的铝合金硬度低不耐磨的缺点，提供一种耐磨铝合金。
本发明的耐磨铝合金，硅的含量为14.5％-15.5％，铁的含量为0.7％-0.9％，铜的含量为2.8％-3.2％，锰的含量为0.7％-0.9％，镁的含量为0.45％-0.65％，锌的含量为1％-1.5％，铬的含量为0.25％-0.35％，钛的含量为0.1％-0.2％，镍的含量≤0.1％，铅的含量≤0.1％，锡的含量≤0.2％，镉的含量≤0.01％，其中各成分的含量为质量含量。
作为优选，硅的含量为14.8％-15.2％。
作为优选，铁的含量为0.75％-0.85％。
作为优选，铜的含量为2.9％-3.1％。
作为优选，锰的含量为0.75％-0.85％。
作为优选，镁的含量为0.6％-0.65％。
作为优选，锌的含量为1.2％-1.3％。
作为优选，铬的含量为0.3％-0.33％。
作为优选，钛的含量为0.15％-0.18％。
本发明还提供一种耐磨铝合金制造方法，包括如下步骤：
(1)对成分进行配比，硅的含量为14.5％-15.5％，铁的含量为0.7％-0.9％，铜的含量为2.8％-3.2％，锰的含量为0.7％-0.9％，镁的含量为0.45％-0.65％，锌的含量为1％-1.5％，铬的含量为0.25％-0.35％，钛的含量为0.1％-0.2％，镍的含 量≤0.1％，铅的含量≤0.1％，锡的含量≤0.2％，镉的含量≤0.01％，其中，各成分的含量均为质量含量；
(2)将铝锭加入熔炉熔化，在金属熔液升温至810℃－830℃时加入硅，并搅拌金属熔液至硅完全熔化；
(3)在金属熔液的温度升至820℃-850℃时向金属熔液投入铁剂、锰剂、钛剂和铬剂，搅拌金属熔液并使金属熔液升温；
(4)在金属熔液达到840℃-860℃时，向金属熔液投入铜；
(5)向金属熔液加入无钠精炼剂进行精炼并除渣；
(6)在金属熔液达到840℃-860℃时，向金属熔液投入磷铜，并进行搅拌，然后静置,投入的磷铜中的铜的质量与步骤(4)中投入的铜的质量的总和占所有成分的质量的比例与步骤(1)中规定的铜的含量一致；
(7)在磷铜充分熔化后利用部分金属熔液进行预热浇铸，并将预热浇铸获得的铝合金锭投入熔炉内使熔炉内的金属熔液温度降至750℃-770℃时，向金属熔液内投入纯镁并搅拌；
(8)取样化验，如果各成分的含量符合步骤(1)中的配比，向金属熔液通入氮气20分钟；
(9)浇铸合金铝锭并切片检查针孔；
(10)如果检查针孔符合设定的标准，在金属熔液的温度降至730℃-750℃进行浇铸；
作为优选，在将铝锭加入熔炉之前清理并除去熔炉内的杂质。
作为优选，步骤(2)中加入的硅为质量不超过1Kg的硅块。
作为优选，步骤(6)中磷铜中的磷的含量占所有成分的0.08％-0.15％，根据所有成分的总质量计算得出磷的总质量和铜的总质量m1，根据磷的总质量和选用的磷铜中磷的含量计算磷铜的总质量m3和磷铜中铜的质量m2，步骤(4)中投入的铜的质量m＝m1-m2。
作为优选，磷的含量占所有成分的0.12％
作为优选，磷铜整块被架在炉口内侧，由明火加热至熔融状态后投入金属熔液内。
作为优选，浇铸时，模具的底部浸在水中，并且使模具的温度保持在60℃以下。
作为优选，在浇铸时，金属熔液先通过过滤装置，再进入模具，所述过滤装置包括灰盘及放置在灰盘上的陶瓷过滤板。
作为优选，浇铸时，在金属溶液进入模具后，刮去模具内金属溶液表面形成的氧化膜。
作为优选，在步骤(10)中，浇铸后，对铝锭表面喷水雾。
本发明提供的耐磨铝合金和耐磨铝合金制造方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
通过重力浇铸获得的本发明的耐磨铝合金，其热处理前的平均摩擦系数为0.29，平均摩擦失重为0.0846，平均抗拉强度为177.06MPA，平均硬度为107.7HB。热处理后的耐磨铝合金，其平均摩擦系数为0.31，平均摩擦失重为0.0746g，平均抗拉强度为252.45MPA，平均硬度为125HB。本发明提供的耐磨铝合金具有良好的耐磨性能和切削加工性能，非常适合应用于发动机零件、自动和手动变速器零件、动力转向液压泵零件、空调压缩机零件等。通过压铸获得的耐磨铝合金的平均抗拉强度比通过重力铸造获得的耐磨铝合金的抗拉强度提高30％以上。
具体实施方式
本发明提供的耐磨铝合金，其中，硅的含量为14.5％-15.5％，铁的含量为0.7％-0.9％，铜的含量为2.8％-3.2％，锰的含量为0.7％-0.9％，镁的含量为0.45％-0.65％，锌的含量为1％-1.5％，铬的含量为0.25％-0.35％，钛的含量为0.1％-0.2％，镍的含量≤0.1％，铅的含量≤0.1％，锡的含量≤0.2％，镉的含量≤0.01％，其中各成分的含量为质量含量。
关于本发明提供的耐磨铝合金的耐磨性能，委托机械工业材料质量检测中心和上海材料研究所检测中心进行了检测。检测采用的对磨轮材料为45钢，半径为20mm，硬度为42－45HRC，粗糙度为Ra0.4μm，在负荷为196N，线速度为0.42m/s的情况下进行2小时的干摩擦。检测的对象是通过重力铸造获得的耐磨铝合金，热处理前的耐磨铝合金，其平均摩擦系数为0.29，平均摩擦失重为0.0846，平均抗拉强度为177.06MPA，平均硬度为107.7HB。热处理后的耐磨铝合金，其平均摩擦系数为0.31，平均摩擦失重为0.0746g，平均抗拉强度为252.45MPA，平均硬度为125HB。
另外，本发明的耐磨铝合金的平均密度为2.77g/cm3，导电率为18.49％，铝锭铸态断口组织的针孔为1级，晶粒为1级，疏松为1级。液相温度为625℃，固相温度为594℃。
综上，本发明提供的耐磨铝合金具有良好的耐磨性能和切削加工性能，非常适合应用于发动机零件、自动和手动变速器零件、动力转向液压泵零件、空调压缩机零件等。
在第一实施例中，硅的含量为14.8％-15.2％,铁的含量为0.75％-0.85％,铜的含量为2.9％-3.1％,锰的含量为0.75％-0.85％,镁的含量为0.6％-0.65％,锌的含量为1.2％-1.3％,铬的含量为0.3％-0.33％,钛的含量为0.15％-0.18％。镍的含量≤0.06％，铅的含量≤0.07％，锡的含量≤0.14％，镉的含量≤0.005％。
在第二实施例中，硅的含量为14.5％-14.8％,铁的含量为0.8％-0.85％,铜的含量为3.0％-3.1％,锰的含量为0.85％-0.9％,镁的含量为0.55％-0.6％,锌的含量为1.3％-1.5％,铬的含量为0.33％-0.35％,钛的含量为0.18％-0.2％。镍的含量≤0.08％，铅的含量≤0.09％，锡的含量≤0.17％，镉的含量≤0.08％。
在第三实施例中，硅的含量为15.2％-15.5％,铁的含量为0.7％-0.75％,铜的含量为2.8％-2.9％,锰的含量为0.7％-0.8％,镁的含量为0.5％-0.55％,锌的含量为1％-1.2％,铬的含量为0.25％-0.3％,钛的含量为0.1％-0.15％。镍的含量≤0.03％，铅的含量≤0.04％，锡的含量≤0.1％，镉的含量≤0.03％。
以下介绍上述耐磨铝合金的制造方法，依次包括以下步骤：
(1)对成分进行配比，硅的含量为14.5％-15.5％，铁的含量为0.7％-0.9％，铜的含量为2.8％-3.2％，锰的含量为0.7％-0.9％，镁的含量为0.45％-0.65％，锌的含量为1％-1.5％，铬的含量为0.25％-0.35％，钛的含量为0.1％-0.2％，镍的含量≤0.1％，铅的含量≤0.1％，锡的含量≤0.2％，镉的含量≤0.01％。本发明所述的含量，均指质量含量。
(2)将铝锭加入熔炉熔化，在金属熔液升温至810℃－830℃时加入硅，并搅拌金属熔液至硅完全熔化。在本实施例中，在将铝锭加入熔炉之前清理并除去熔炉内的杂质。步骤(2)中的铝锭可以为原铝，也可以为再生铝。在本实施例中，在步骤中(2)中加入的硅为质量不超过1Kg的硅块，大的硅块可以破开成为小硅块，另外，硅粉和硅粒也不适于直接投入金属熔液。
(3)在金属熔液的温度升至820℃-850℃时向金属熔液投入铁剂、锰剂、钛剂和铬剂，搅拌金属熔液并使金属熔液升温。
(4)在金属熔液达到840℃-860℃时，向金属熔液投入铜。
(5)向金属熔液加入无钠精炼剂进行精炼并除渣。
(6)在金属熔液达到840℃-860℃时，向金属熔液投入磷铜，投入的磷铜中的铜的质量与步骤(4)中投入的铜的质量的总和占所有成分的质量的比例与 步骤(1)中规定的铜的含量一致。在本步骤中磷铜整块被架在炉口内侧，由明火加热至熔融状态后投入金属熔液内。
(7)在磷铜充分熔化后利用部分金属熔液进行预热浇铸，并将预热浇铸获得的铝合金锭投入熔炉内使熔炉内的金属熔液温度降至750℃-770℃时，向金属熔液内投入纯镁并搅拌。
(8)取样化验，如果各成分的含量符合步骤(1)中的配比，向金属熔液通入氮气20分钟。
(9)浇铸合金铝锭并切片检查针孔。
(10)如果检查针孔符合设定的标准，在金属熔液的温度降至730℃-750℃进行浇铸，浇铸时，模具的底部浸在水中，并且使模具的温度保持在60℃以下。
作为优选的方案，步骤(6)中磷铜中的磷的含量占所有成分的0.08％-0.15％，根据所有成分的总质量计算得出磷的总质量和铜的总质量m1，根据磷的总质量和选用的磷铜中磷的含量计算磷铜的总质量m3和磷铜中铜的质量m2，步骤(4)中投入的铜的质量m＝m1-m2，步骤(6)中投入的磷铜的质量为m3。为作为进一步的优选，磷的含量占所有成分的0.12％。磷铜中的磷是作为变质剂，促进金属溶液产生更好的结晶效果，从而提高铝合金的质量。
另外，在浇铸时，金属熔液先通过过滤装置，再进入模具。过滤装置可以进一步过滤掉金属熔液中的杂质，每隔一段时间，需要对过滤装置进行清理，出去留在过滤装置上的杂质。过滤装置一般采用灰盘，在本实施例中，灰盘上放置有陶瓷过滤板，以对金属溶液进行更细致的过滤。在金属溶液进入模具后，刮去模具内金属溶液表面形成的氧化膜，即刮面。在浇铸后，对铝锭表面喷水雾，使铝锭尽快地冷却下来。在本实施例中，步骤(10)中的浇铸为重力浇铸。
另外，在其他实施例中，步骤(10)也可采取压铸，压铸时模具内金属溶液时被密封起来的，因此是无法进行刮面操作的。通过压铸获得的耐磨铝合金的平均抗拉强度比通过重力铸造获得的耐磨铝合金的抗拉强度提高30％以上。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。
Claims (19)
1.一种耐磨铝合金，其特征在于，硅的含量为14.5％-15.5％，铁的含量为0.7％-0.9％，铜的含量为2.8％-3.2％，锰的含量为0.7％-0.9％，镁的含量为0.45％-0.65％，锌的含量为1％-1.5％，铬的含量为0.25％-0.35％，钛的含量为0.1％-0.2％，镍的含量≤0.1％，铅的含量≤0.1％，锡的含量≤0.2％，镉的含量≤0.01％，其中各成分的含量为质量含量。
2.根据权利要求1所述的耐磨合金，其特征在于，硅的含量为14.8％-15.2％。
3.根据权利要求1所述的耐磨合金，其特征在于，铁的含量为0.75％-0.85％。
4.根据权利要求1所述的耐磨合金，其特征在于，铜的含量为2.9％-3.1％。
5.根据权利要求1所述的耐磨合金，其特征在于，锰的含量为0.75％-0.85％。
6.根据权利要求1所述的耐磨合金，其特征在于，镁的含量为0.6％-0.65％。
7.根据权利要求1所述的耐磨合金，其特征在于，锌的含量为1.2％-1.3％。
8.根据权利要求1所述的耐磨合金，其特征在于，铬的含量为0.3％-0.33％。
9.根据权利要求1所述的耐磨合金，其特征在于，钛的含量为0.15％-0.18％。
10.一种耐磨铝合金制造方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
(1)对成分进行配比，硅的含量为14.5％-15.5％，铁的含量为0.7％-0.9％，铜的含量为2.8％-3.2％，锰的含量为0.7％-0.9％，镁的含量为0.45％-0.65％，锌的含量为1％-1.5％，铬的含量为0.25％-0.35％，钛的含量为0.1％-0.2％，镍的含量≤0.1％，铅的含量≤0.1％，锡的含量≤0.2％，镉的含量≤0.01％，其中，各成分的含量均为质量含量；
(2)将铝锭加入熔炉熔化，在金属熔液升温至810℃－830℃时加入硅，并搅拌金属熔液至硅完全熔化；
(3)在金属熔液的温度升至820℃-850℃时向金属熔液投入铁剂、锰剂、钛剂和铬剂，搅拌金属熔液并使金属熔液升温；
(4)在金属熔液达到840℃-860℃时，向金属熔液投入铜；
(5)向金属熔液加入无钠精炼剂进行精炼并除渣；
(6)在金属熔液达到840℃-860℃时，向金属熔液投入磷铜，并进行搅拌，然后静置,投入的磷铜中的铜的质量与步骤(4)中投入的铜的质量的总和占所有成分的质量的比例与步骤(1)中规定的铜的含量一致；
(7)在磷铜充分熔化后利用部分金属熔液进行预热浇铸，并将预热浇铸获得的铝合金锭投入熔炉内使熔炉内的金属熔液温度降至750℃-770℃时，向金属熔液内投入纯镁并搅拌；
(8)取样化验，如果各成分的含量符合步骤(1)中的配比，向金属熔液通入氮气20分钟；
(9)浇铸合金铝锭并切片检查针孔；
(10)如果检查针孔符合设定的标准，在金属熔液的温度降至730℃-750℃进行浇铸。
11.根据权利要求10所述的耐磨铝合金制造方法，其特征在于，在将铝锭加入熔炉之前清理并除去熔炉内的杂质。
12.根据权利要求10所述的耐磨铝合金制造方法，其特征在于，步骤(2)中加入的硅为质量不超过1Kg的硅块。
13.根据权利要求10所述的耐磨铝合金的制造方法，其特征在于，步骤(6)中磷铜中的磷的含量占所有成分的0.08％-0.15％，根据所有成分的总质量计算得出磷的总质量和铜的总质量m1，根据磷的总质量和选用的磷铜中磷的含量计算磷铜的总质量m3和磷铜中铜的质量m2，步骤(4)中投入的铜的质量m＝m1-m2。
14.根据权利要求13所述的耐磨铝合金的制造方法，其特征在于，磷的含量占所有成分的0.12％。
15.根据权利要求13所述的耐磨铝合金制造方法，其特征在于，磷铜整块被架在炉口内侧，由明火加热至熔融状态后投入金属熔液内。
16.根据权利要求10所述的耐磨铝合金制造方法，其特征在于，
浇铸时，模具的底部浸在水中，并且使模具的温度保持在60℃以下。
17.根据权利要求10所述的耐磨铝合金制造方法，其特征在于，在浇铸时，金属熔液先通过过滤装置，再进入模具，所述过滤装置包括灰盘及放置在灰盘上的陶瓷过滤板。
18.根据权利要求10所述的耐磨铝合金制造方法，其特征在于，浇铸时，在金属溶液进入模具后，刮去模具内金属溶液表面形成的氧化膜。
19.根据权利要求10所述的耐磨铝合金制造方法，其特征在于，在步骤(10)中，浇铸后，对铝锭表面喷水雾。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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