CN107130157B

CN107130157B - 一种稀土耐磨合金

Info

Publication number: CN107130157B
Application number: CN201710554546.5A
Authority: CN
Inventors: 饶昕
Original assignee: Mianyang Shengyuan Alloy Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mianyang Shengyuan Alloy Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2018-12-25
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: CN107130157A

Abstract

本发明公开了一种稀土耐磨合金，目的在于解决目前现有的锌铝基耐磨合金强度低，高温性能差，批量生产成品率低，使用中易剥落甚至开裂等不足的问题。其含有的化学元素成分及其质量百分比为：锌30~32，铜5~15，镁0.1~0.5，锰0.8~1.5，铼0.5~1.0，锆0.4~0.55，钛0.5~1.0，硼0.1~0.2，铅0.05~0.15，S≤0.04，P≤0.04，余量为铝和不可避免的杂质。本发明通过组分之间的相互配合，采用适当的生产工艺，使得合金在具有较好的耐磨、减摩性能的前提下，有效提高合金的机械强度，且在高负荷，大冲击力下，材料依然保持较好的强度，有效避免合金的开裂剥落，零件变型等现象的发生，延长了设备的使用寿命满足实际应用的需要。本发明所生产的稀土耐磨合金成本低，产品合格率高，具有较好的综合机械性能，能够替代耐磨铜合金及普通的锌铝基合金，扩大使用范围，已在传动、重载设备上广泛使用。

Description

一种稀土耐磨合金

技术领域

本发明涉及合金领域，具体为一种稀土耐磨合金。本发明的稀土耐磨合金具有较好的耐磨性能、机械强度，能够满足矿山、冶金、机械等领域加工的需要，具有较好的应用前景。

背景技术

近年来，随着科技的发展，对于材料的要求也越来越高；尤其是在矿山、冶金、机械、煤炭、石油、建材、交通等工业领域中，对于材料的性能要求越来越高。其中，磨损是设备失效或材料破坏的重要因素，也是导致机械失效的原因之一，还会导致能源和材料的大量消耗。在矿山、冶金、机械、煤炭、石油、建材、交通等工业领域中，由于使用环境恶劣，使得材料磨损情况更加严重。为此，迫切需要一种机械强度高耐磨性能好的合金，以满足相关领域的需要。

目前，广泛应用的金属耐磨材料主要包括：耐磨铜合金和非金属耐磨材料，前者成本高，存在韧性差和耐磨性差，生产耗能大的不足，而后者的脆性较大，在使用中易剥落，甚至开裂，难以满足现代工业发展对高性能耐磨材料的要求，应用受到极大限制。

为提高金属耐磨材料的抗磨性能，满足应用要求，近年来，国内外开展了大量的研究，开发出了大量的新型高性能耐磨材料。我国业在1999年公布了锌基合金的国家标准，该锌基合金与普通耐磨材料相比，具有耐磨损，机械性能好，热处理工艺简单，能耗低等优点，适合于制作，但其生产成本高，生产浇铸不稳定，成品率低，使用范为较窄，且还存在着高温性能差，膨胀系数大的问题，使用中易剥落甚至开裂等不足。

为此，迫切需要一种新的合金，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对目前现有的耐磨锌铝基合金中虽然具有较好得到耐磨性，但是综合机械强度不高，大尺寸零件生产合格率不高，且还存在着高温性能差，易开裂，使用中易剥落甚至开裂等不足的问题，提供一种稀土耐磨合金。本发明通过组分之间的相互配合，使得合金在具有较好的耐磨、减摩性能的前提下，有效提高合金的机械性能，且在高温环境下，材料依然保持较好的机械强度，有效避免合金在高温工况下开裂、剥落等现象的发生，满足实际应用的需要，扩大了合金的使用范围。本发明的合金生产工艺简单，成本低，强度高，具有较好的综合机械性能，能够满足实际应用的需要。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种稀土耐磨合金，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：锌30~32%，铜5 ~8.5%，镁0.1~0.5%，锰0.8~1.5%，镧0.1-0.5%，鐠0.05-0.2%，铼0.5~1.0%，锆0.4~0.55%，钛0.5~1.0%，硼0.1~0.2%，S≤0.04%，P≤0.04%，余量为铝和不可避免的杂质。

其含有的化学元素成分及其质量百分比为：锌30~32%，铜5.5~7.0%，镁0.1~0.2%，锰1.0%，镧0.1-0.3%，鐠0.05-0.15%，铼0.5~1.0%，锆0.5~0.52%，钛0.5~1.0%，硼0.1~0.2%，S≤0.04%，P≤0.04%，余量为铝和不可避免的杂质。

其含有的化学元素成分及其质量百分比为：锌30%，铜6.1%，镁0.1%，锰1.0%，镧0.22%，鐠0.11%，铼0.8%，锆0.5%，钛0.7%，硼0.15%，S≤0.04%，P≤0.04%，余量为铝和不可避免的杂质。

该稀土耐磨合金采用包括以下步骤的方法制备而成：

（1）按配比称取各组分，备用；

（2）向非真空感应炉中依次加入铜、铝、锌，镁、锰，待熔化搅拌均匀后，将温度控制在780-850℃，再向其中加入镧、铼、鐠、锆、钛，硼进行熔炼，然后静置时间为20~25min，得到熔炼液；

（3）将步骤（2）得到的熔炼液浇注成铸件，即可。

所述步骤2中，待温度控制在780-850℃，并向其中加入镧、铼、鐠、锆、钛，硼进行熔炼的同时，将稀土耐磨合金总质量0.22~0.28wt%的氟钛酸钾撒在液态金属表面，保温静置时间为20~25min，得到熔炼液。

氟钛酸钾的加入量为稀土耐磨合金总质量0.25wt%。

针对前述问题，本发明提供一种稀土耐磨合金。本发明的合金含有的化学元素成分及其质量百分比为：锌30~32%，铜5 ~8.5%，镁0.1~0.5%，锰0.8~1.5%，镧0.1-0.5%，鐠0.05-0.2%，铼0.5~1.0%，锆0.4~0.55%，钛0.5~1.0%，硼0.1~0.2%，S≤0.04%，P≤0.04%，余量为铝和不可避免的杂质。本发明中，以铝为基础，通过锌与铝复配，形成Al-Zn固溶体；硼、锆、钛作为强化元素，能够使制备的合金晶粒细化，使制备的合金韧性、强度得到进一步提高；而铜的加入，使的铜与镁之间形成Cu-Mg固溶体，通过控制Cu和Mg的质量比例，能有效提高制备合金的耐磨性能，且Mg与Mn的加入，还能提高合金的抗热裂性能；而Cu的加入，还能形成Zn-Cu金属间化合物硬质点，进而达到提高合金耐磨和减摩的作用；而铼的加入，则能有效减少合金高温下的材料脆性，有效避免高温使用时剥落、开裂现象的产生；而通过镧、鐠的加入，则能显著提升所制备材料在高温下的机械性能，有效避免合金在高温工况下开裂、剥落等现象的发生。另外，合金中S、P的质量百分比不超过0.04，若合金中S、P含量过高，会导致合金性能裂化，降低合金自身的性能。

本发明作为一种新型耐磨减摩材料，具有较好的耐磨性能、机加性能，能够用于矿山、冶金、机械、煤炭、石油、建材等领域，能够有效满足耐磨材料的需要，具有十分广阔的应用前景和推广价值，值得大规模推广和应用。

进一步，本发明提供前述耐磨合金的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）按配比称取各组分，备用；（2）向非真空感应炉中依次加入铜、铝、锌，镁、锰，待熔化搅拌均匀后，将温度控制在780-850℃，再向其中加入镧、铼、鐠、锆、钛，硼进行熔炼，然后静置时间为20~25min，得到熔炼液；（3）将步骤（2）得到的熔炼液浇注成铸件，即可。该制备方法具有生产流程短，工艺简单，易于操作，成本低的优点，所制备的产品稳定可靠，成品率达95%以上。

经测定，本发明的铸态稀土耐磨合金20℃下的抗拉强度为550~620Mpa，抗压强度为700~770MPa，布氏硬度达到110~130；其在50℃下的抗拉强度为400~500Mpa，抗压强度为550~630MPa，其在高温环境下，材料依然保持较好的机械强度，未出现开裂、剥落等现象。

本发明合金通过各组分的相互配合，使多种元素固溶强化，并形成相应的硬质相，使得合金在具有较好的耐磨、减摩性能，且在高温下，材料依然保持较好的塑性，有效避免合金在高温下，开裂、剥落等现象的发生，满足实际应用的需要。同时，本发明中，不含有钒、钼等元素，合金的生产成本低，能够满足工业化、大规模应用的需求。实际应用表明，与传统铸造ZCuPb15Sn8相比，本发明的铸态稀土耐磨合金的磨损率降低了50~70%，使用寿命得到有效延长，具有较好的效果。

进一步，本发明中，在合金的制备过程中，在780-850℃下时，将稀土耐磨合金总质量0.22~0.28wt%的氟钛酸钾撒在液态金属表面。申请人研究发现，添加特定比例的氟钛酸钾能够细化所制备合金材料，进一步提升材料的机械性能。

经测定，经细化步骤处理后，本发明的铸态稀土耐磨合金20℃、50℃下的抗拉强度、抗压强度分别得到进一步的提升，具有较好的效果。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

本实施例耐磨合金的组分及其质量百分比如下：锌32%，铜7%，镁0.2%，锰1%，镧0.3%，鐠0.15%，铼1%，锆0.52%，钛0.9%，硼0.2%，S≤0.04%，P≤0.04%，余量为铝和不可避免的杂质。

该稀土耐磨合金的制备方法如下：按配比称取各组分，备用；向非真空感应炉中依次加入铜、铝、锌，镁、锰，待熔化搅拌均匀后，将温度控制在780-800℃，再向其中加入镧、铼、鐠、锆、钛，硼进行熔炼，然后静置时间为20~25min，得到熔炼液；将得到的熔炼液浇注成铸件，即得合金。

经测定，本实施例制备的铸态稀土耐磨合金在20℃下的抗拉强度为606Mpa，抗压强度为719MPa。将其在50摄氏度下进行测定，其抗拉强度为454MPa，抗压裂强度为571MPa。

实施例2

本实施例耐磨合金的组分及其质量百分比如下：锌31.5%，铜5.2%，镁0.5%，锰1.3%，镧0.45%，鐠0.2%，铼0.6%，锆0.55%，钛0.5%，硼0.16%，S≤0.04%，P≤0.04%，余量为铝和不可避免的杂质。

该稀土耐磨合金的制备方法如下：按配比称取各组分，备用；向非真空感应炉中依次加入铜、铝、锌，镁、锰，待熔化搅拌均匀后，将温度控制在800-820℃，再向其中加入镧、铼、鐠、锆、钛，硼进行熔炼，然后静置时间为20~22min，得到熔炼液；将得到的熔炼液浇注成铸件，即得合金。

经测定，本实施例制备的铸态稀土耐磨合金在20℃下的抗拉强度为587Mpa，抗压强度为694MPa。将其在50摄氏度下进行测定，其抗拉强度为410MPa，抗压裂强度为551MPa。

实施例3

本实施例耐磨合金的组分及其质量百分比如下：锌30%，铜6.1%，镁0.1%，锰1%，镧0.22%，鐠0.11%，铼0.8%，锆0.5%，钛0.7%，硼0.15%，S≤0.04%，P≤0.04%，余量为铝和不可避免的杂质。

该稀土耐磨合金的制备方法如下：按配比称取各组分，备用；向非真空感应炉中依次加入铜、铝、锌，镁、锰，待熔化搅拌均匀后，将温度控制在820-850℃，再向其中加入镧、铼、鐠、锆、钛，硼进行熔炼，然后静置时间为25min，得到熔炼液；将得到的熔炼液浇注成铸件，即得合金。

经测定，本实施例制备的铸态稀土耐磨合金在20℃下的抗拉强度为615Mpa，抗压强度为730MPa，布氏硬度为130。将其在50摄氏度下进行测定，其抗拉强度为482MPa，抗压强度为576MPa。

实施例4

本实施例耐磨合金的组分及其质量百分比如下：锌30.5%，铜8%，镁0.35%，锰1.5%，镧0.1%，鐠0.08%，铼0.6%，锆0.45%，钛0.8%，硼0.1%，S≤0.04%，P≤0.04%，余量为铝和不可避免的杂质。

经测定，本实施例制备的铸态稀土耐磨合金在20℃下的抗拉强度为598Mpa，抗压强度为711MPa，压缩率为46.5%，延伸率6.5%；布氏硬度130。将其在50摄氏度下进行测定，其抗拉强度为422MPa，抗压裂强度为566MPa。

实施例5

按实施例3的配比称取各组分。该稀土耐磨合金的制备方法如下：按配比称取各组分，备用；向非真空感应炉中依次加入铜、铝、锌，镁、锰，待熔化搅拌均匀后，将温度控制在820-850℃，再向其中加入镧、铼、鐠、锆、钛，硼进行熔炼，并将稀土耐磨合金总质量0.22~0.28wt%的氟钛酸钾撒在液态金属表面，然后静置时间为25min，得到熔炼液；将得到的熔炼液浇注成铸件，即得合金。

经测定，本实施例制备的铸态稀土耐磨合金在20℃下的抗拉强度为626Mpa，抗压强度为752MPa。将其在50摄氏度下进行测定，其抗拉强度为513MPa，抗压裂强度为628MPa。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种稀土耐磨合金，其特征在于，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：锌30~32%，铜5 ~8.5%，镁0.1~0.5%，锰0.8~1.5%，镧0.1~0.5%，镨 0.05~0.2%，铼0.5~1.0%，锆0.4~0.55%，钛0.5~1.0%，硼0.1~0.2%，S≤0.04%，P≤0.04%，余量为铝和不可避免的杂质；

该耐磨合金采用包括以下步骤的方法制备而成：

（1）按配比称取各组分，备用；

（2）向非真空感应炉中依次加入铜、铝、锌，镁、锰，待熔化搅拌均匀后，将温度控制在780-850℃，再向其中加入镧、铼、镨、锆、钛，硼进行熔炼，然后静置时间为20~25min，得到熔炼液；

（3）将步骤（2）得到的熔炼液浇注成铸件，即可；

所述步骤（2）中，待温度控制在780-850℃，并向其中加入镧、铼、镨、锆、钛，硼进行熔炼的同时，将稀土耐磨合金总质量0.22~0.28wt%的氟钛酸钾撒在液态金属表面，保温静置时间为20~25min，得到熔炼液。

2.根据权利要求1所述稀土耐磨合金，其特征在于，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：锌30~32%，铜5.5~7.0%，镁0.1~0.2%，锰1.0%，镧0.1~0.3%，镨 0.05~0.15%，铼0.5~1.0%，锆0.5~0.52%，钛0.5~1.0%，硼0.1~0.2%，S≤0.04%，P≤0.04%，余量为铝和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述稀土耐磨合金，其特征在于，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：锌30%，铜6.1%，镁0.1%，锰1.0%，镧0.22%，镨 0.11%，铼0.8%，锆0.5%，钛0.7%，硼0.15%，S≤0.04%，P≤0.04%，余量为铝和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述稀土耐磨合金，氟钛酸钾的加入量为稀土耐磨合金总质量0.25wt%。