CN107012374A - 一种耐磨铝合金衬套材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨铝合金衬套材料及其制备方法，该合金衬套材料由以下按照质量百分比的原料组成：Zn7.2~8.4%，Mg1.1~2.5%，Cu1.6~3.1%，Zr0.02~0.24%，Li0.8~1.5%，Cr0.15~0.33%，Ti0.05~0.21%，余量为Al。配料后将原料放入中频感应炉中熔炼，温度控制在800℃精炼1h，出炉浇铸成锭，随后在马弗炉中将铸锭进行475℃保温12h的均匀化处理，在热模拟试验机上进行热变形，变形温度为375~425℃、应变速率为1s‑1、变形量为60%、变形道次为1~3次；在马弗炉中对试样进行固溶处理，固溶制度为435℃保温1h，升温1h至485℃，保温1h；在时效炉中进行时效，时效采用110℃保温24h。本发明的耐磨铝合金衬套材料具有良好的机械性能，尤其具有较好的抗拉强度及延伸率，还具有良好的耐磨、耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种耐磨铝合金衬套材料及其制备方法。
背景技术
衬套就是起到衬垫作用的环套，在阀门应用领域中，衬套在阀盖之内，裹住阀杆，一般使用聚四氟乙烯或者石墨等腐蚀材料，用于密封作用。金属衬套多使用铝合金制作，铝合金在机械性能、制作成本、使用寿命等方面较其他合金在制作衬套上有明显的优势。
铝合金的基本工艺流程包括熔铸、均匀化、热变形、固溶和时效，现有的铝合金加工过程中，为使铝合金充分变形，一般需将总变形量控制在70~80%，在加工厚度较大的衬套时，就需要更大的合金坯料，由此带来的铸造开裂、冶金质量控制、成分偏析等问题更为突出。由此可见，在当前铸锭最大规模有限的情况下，通过采用更加有效的热变形方案实现变形组织结构的精细调控和沿厚度方向充分、均匀变形，已成为解决问题的必然选择。
发明内容
本发明目的在于提供一种耐磨铝合金衬套材料及其制备方法，以解决上述背景中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种耐磨铝合金衬套材料，由以下按照质量百分比的原料组成：Zn7.2~8.4%，Mg1.1~2.5%，Cu1.6~3.1%，Zr0.02~0.24%，Li0.8~1.5%，Cr0.15~0.33%，Ti0.05~0.21%，余量为Al。
作为本发明进一步的方案：所述耐磨铝合金衬套材料，由以下按照质量百分比的原料组成：Zn7.4~8.1%，Mg1.4~2.2%，Cu1.8~2.9%，Zr0.05~0.2%，Li0.9~1.3%，Cr0.19~0.31%，Ti0.07~0.18%，余量为Al。
作为本发明进一步的方案：所述耐磨铝合金衬套材料，由以下按照质量百分比的原料组成：Zn7.7%，Mg1.8%，Cu2.4%，Zr0.12%，Li1.1%，Cr0.23%，Ti0.14%，余量为Al。
一种耐磨铝合金衬套材料的制备方法，包括以下步骤：
1）配料：按照所述耐磨铝合金衬套材料的原料组成及其质量百分比配比进行配料；
2）熔铸：将原料放入中频感应炉中熔炼，温度控制在800℃精炼1h，出炉浇铸成锭；
3）均匀化：在马弗炉中将铸锭进行475℃保温12h的均匀化处理；
4）热变形：铸锭经机加工加工成直径10mm，厚度15mm的圆柱形试样，热变形在热模拟试验机上进行，变形温度为375~425℃、应变速率为1s-1、变形量为60%、变形道次为1~3次；
5）固溶：在马弗炉中对试样进行固溶处理，固溶制度为435℃保温1h，升温1h至485℃，保温1h；
6）时效：在时效炉中进行，时效采用110℃保温24h。
作为本发明进一步的方案：步骤4）中，单道次变形温度为375℃、400℃、425℃，多道次变形温度为400℃，2道次变形时，每道次变形量为30%，3道次变形时，每道次变形量为20%，道次间隔时间为60s。
作为本发明进一步的方案：步骤4）中，变形试样的两端贴有石墨片，压缩过程中试样通过电阻直接加热，加热速率5℃/s，保温时间3min，压缩完成后对试样进行水淬。
本发明的耐磨铝合金衬套材料，经过试验测试，其物理机械性能如下：
1、抗拉强度(σb )：740～800MPa
2、硬度(HV) ：240～280
3、延伸率(δs )：8.2％～15.1％
4、弹性模量(E)：65～78GPa
5、电导率（MS/m）：18~26
本发明的耐磨铝合金衬套材料具有良好的机械性能，尤其具有较好的抗拉强度及延伸率。此外，本发明的耐磨铝合金衬套材料还具有良好的耐磨、耐腐蚀性能。本发明的制备方法生产工艺简单，生产成本较低，通过单道次大变形替代多道次小变形，在保证性能相当的前提下，有效减少了变形量，从而减少铸锭厚度，提高了铸锭的稳定性和力学性能，即提高了由铸锭加工而成的衬套的稳定性和力学性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种耐磨铝合金衬套材料，由以下按照质量百分比的原料组成：Zn7.7%，Mg1.8%，Cu2.4%，Zr0.12%，Li1.1%，Cr0.23%，Ti0.14%，余量为Al。
制备时，包括以下步骤：
1）配料：按照所述耐磨铝合金衬套材料的原料组成及其质量百分比配比进行配料；
2）熔铸：将原料放入中频感应炉中熔炼，温度控制在800℃精炼1h，出炉浇铸成锭；
3）均匀化：在马弗炉中将铸锭进行475℃保温12h的均匀化处理；
4）热变形：铸锭经机加工加工成直径10mm，厚度15mm的圆柱形试样，热变形在热模拟试验机上进行，变形温度为375℃、应变速率为1s-1、变形量为60%、变形道次为1次；
5）固溶：在马弗炉中对试样进行固溶处理，固溶制度为435℃保温1h，升温1h至485℃，保温1h；
6）时效：在时效炉中进行，时效采用110℃保温24h。
实施例2
本发明实施例中，一种耐磨铝合金衬套材料，由以下按照质量百分比的原料组成：Zn7.7%，Mg1.8%，Cu2.4%，Zr0.12%，Li1.1%，Cr0.23%，Ti0.14%，余量为Al。
制备时，包括以下步骤：
1）配料：按照所述耐磨铝合金衬套材料的原料组成及其质量百分比配比进行配料；
2）熔铸：将原料放入中频感应炉中熔炼，温度控制在800℃精炼1h，出炉浇铸成锭；
3）均匀化：在马弗炉中将铸锭进行475℃保温12h的均匀化处理；
4）热变形：铸锭经机加工加工成直径10mm，厚度15mm的圆柱形试样，热变形在热模拟试验机上进行，变形温度为400℃、应变速率为1s-1、变形量为60%、变形道次为1次；
5）固溶：在马弗炉中对试样进行固溶处理，固溶制度为435℃保温1h，升温1h至485℃，保温1h；
6）时效：在时效炉中进行，时效采用110℃保温24h。
实施例3
本发明实施例中，一种耐磨铝合金衬套材料，由以下按照质量百分比的原料组成：Zn7.7%，Mg1.8%，Cu2.4%，Zr0.12%，Li1.1%，Cr0.23%，Ti0.14%，余量为Al。
制备时，包括以下步骤：
1）配料：按照所述耐磨铝合金衬套材料的原料组成及其质量百分比配比进行配料；
2）熔铸：将原料放入中频感应炉中熔炼，温度控制在800℃精炼1h，出炉浇铸成锭；
3）均匀化：在马弗炉中将铸锭进行475℃保温12h的均匀化处理；
4）热变形：铸锭经机加工加工成直径10mm，厚度15mm的圆柱形试样，热变形在热模拟试验机上进行，变形温度为425℃、应变速率为1s-1、变形量为60%、变形道次为1次；
5）固溶：在马弗炉中对试样进行固溶处理，固溶制度为435℃保温1h，升温1h至485℃，保温1h；
6）时效：在时效炉中进行，时效采用110℃保温24h。
实施例4
本发明实施例中，一种耐磨铝合金衬套材料，由以下按照质量百分比的原料组成：Zn7.7%，Mg1.8%，Cu2.4%，Zr0.12%，Li1.1%，Cr0.23%，Ti0.14%，余量为Al。
制备时，包括以下步骤：
1）配料：按照所述耐磨铝合金衬套材料的原料组成及其质量百分比配比进行配料；
2）熔铸：将原料放入中频感应炉中熔炼，温度控制在800℃精炼1h，出炉浇铸成锭；
3）均匀化：在马弗炉中将铸锭进行475℃保温12h的均匀化处理；
4）热变形：铸锭经机加工加工成直径10mm，厚度15mm的圆柱形试样，热变形在热模拟试验机上进行，变形温度为400℃、应变速率为1s-1、变形量为60%、变形道次为2次，每道次变形量为30%，道次间隔时间为60s；
5）固溶：在马弗炉中对试样进行固溶处理，固溶制度为435℃保温1h，升温1h至485℃，保温1h；
6）时效：在时效炉中进行，时效采用110℃保温24h。
实施例5
本发明实施例中，一种耐磨铝合金衬套材料，由以下按照质量百分比的原料组成：Zn7.7%，Mg1.8%，Cu2.4%，Zr0.12%，Li1.1%，Cr0.23%，Ti0.14%，余量为Al。
制备时，包括以下步骤：
1）配料：按照所述耐磨铝合金衬套材料的原料组成及其质量百分比配比进行配料；
2）熔铸：将原料放入中频感应炉中熔炼，温度控制在800℃精炼1h，出炉浇铸成锭；
3）均匀化：在马弗炉中将铸锭进行475℃保温12h的均匀化处理；
4）热变形：铸锭经机加工加工成直径10mm，厚度15mm的圆柱形试样，热变形在热模拟试验机上进行，变形温度为400℃、应变速率为1s-1、变形量为60%、变形道次为3次，道次变形量为20%，道次间隔时间为60s；
5）固溶：在马弗炉中对试样进行固溶处理，固溶制度为435℃保温1h，升温1h至485℃，保温1h；
6）时效：在时效炉中进行，时效采用110℃保温24h。
将实施例1~5制得的合金衬套材料制成相应的测试件，按照国家标准测试，其主要性能如表1所示。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| σb（MPa） | 740 | 763 | 800 | 785 | 790 |
| 硬度（HV） | 240 | 254 | 280 | 267 | 265 |
| δs（%） | 8.2 | 11.2 | 15.1 | 14.6 | 14.8 |
| E（GPa） | 64 | 67 | 78 | 75 | 75 |
| 电导率（MS/m） | 18 | 20 | 26 | 24 | 25 |
由表中数据可知实施例4、5即变形道次为2、3，变形温度400℃的变形得到的衬套材料在机械性能方面和实施例3即变形道次1，变形温度425℃的变形得到的衬套材料在机械性能方面相当，说明了可以采用单道次大变形（即1次变形60%）代替多道次小变形（即2/3道次累计变形60%）以达到保证性能的前提下，减小铸锭厚度的目的，从而提升由铸锭加工而成的衬套的力学性能和稳定性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种耐磨铝合金衬套材料，其特征在于，由以下按照质量百分比的原料组成：Zn7.2~8.4%，Mg1.1~2.5%，Cu1.6~3.1%，Zr0.02~0.24%，Li0.8~1.5%，Cr0.15~0.33%，Ti0.05~0.21%，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的耐磨铝合金衬套材料，其特征在于，由以下按照质量百分比的原料组成：Zn7.4~8.1%，Mg1.4~2.2%，Cu1.8~2.9%，Zr0.05~0.2%，Li0.9~1.3%，Cr0.19~0.31%，Ti0.07~0.18%，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的耐磨铝合金衬套材料，其特征在于，由以下按照质量百分比的原料组成：Zn7.7%，Mg1.8%，Cu2.4%，Zr0.12%，Li1.1%，Cr0.23%，Ti0.14%，余量为Al。
4.一种如权利要求1-3任一所述的耐磨铝合金衬套材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）配料：按照所述耐磨铝合金衬套材料的原料组成及其质量百分比配比进行配料；
2）熔铸：将原料放入中频感应炉中熔炼，温度控制在800℃精炼1h，出炉浇铸成锭；
3）均匀化：在马弗炉中将铸锭进行475℃保温12h的均匀化处理；
4）热变形：铸锭经机加工加工成直径10mm，厚度15mm的圆柱形试样，热变形在热模拟试验机上进行，变形温度为375~425℃、应变速率为1s-1、变形量为60%、变形道次为1~3次；
5）固溶：在马弗炉中对试样进行固溶处理，固溶制度为435℃保温1h，升温1h至485℃，保温1h；
6）时效：在时效炉中进行，时效采用110℃保温24h。
5.根据权利要求4所述的耐磨铝合金衬套材料的制备方法，其特征在于，步骤4）中，单道次变形温度为375℃、400℃、425℃，多道次变形温度为400℃，2道次变形时，每道次变形量为30%，3道次变形时，每道次变形量为20%，道次间隔时间为60s。
6.根据权利要求4所述的耐磨铝合金衬套材料的制备方法，其特征在于，步骤4）中，变形试样的两端贴有石墨片，压缩过程中试样通过电阻直接加热，加热速率5℃/s，保温时间3min，压缩完成后对试样进行水淬。
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