CN107723537A - 一种高强减摩铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强减摩铝合金，按重量百分比，各组分为：铋：1.0%‑9.0%、铜：2.0%‑8.0%、锰：0.3%‑1.7%，硅：0.2%‑1.7%，镁：0.3%‑2.2%，杂质≤0.7%，余量为铝。本发明采用添加铋、铜、锰、硅、镁等元素，通过合金化提高了铝基体的强度和减磨性能，充分满足了高压齿轮泵的需求；制备的铝合金的微观组织晶粒度等级指数达7‑8级，抗拉强度可达450‑470Mpa，摩擦系数小于0.02；提高了铝合金材料的力学性能，同时具有良好的加工性能、表面粗糙度低等优点。同时，本发明的铝合金组分中不含重金属，避免了因现有铝合金材料中广泛使用重金属（如铅）而对人体及环境带来的危害，对促进绿色环保生产具有重要的积极意义。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金领域，特别是一种高强减摩铝合金及其制备方法。
背景技术
在液压件行业，齿轮泵是量大面广的产品。齿轮泵中齿轮的定位和端泄的密封通常是采用铝合金轴承套、铜合金或钢-锡青铜烧结复合双金属侧板来保证的，对于齿轮转速超过2000转/分、压力超过20Mpa的高压齿轮油泵，现有技术存在以下问题：
因为如采用铜合金或钢-锡青铜烧结复合双金属，不仅重量较大，而且需要消耗大量的铜材，生产成本过高。所以目前大部分齿轮泵材料均由铝合金制成，而在高压、高转速的工况条件下，工作温度较高，由于铁、铜、铝的膨胀系数各不相同，易造成配合精度的下降，导致齿轮泵的整体效率降低。
现有的铝合金材料，通常采用Si作为强化元素，但强度性能不高，比如目前轴瓦常用的SAE788铝合金，其主要元素为：Sn:6%-8.8%、Pb:1.5%-2.5%、Si：2.25%-2.75%。其抗拉强度（6b）仅为138-159Mpa,不能满足高压齿轮泵的强度和摩擦性能的要求，同时其中还存在重金属铅，不符合目前环保生产的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强减摩铝合金及其制备方法，通过合金化提高铝基体的强度和减磨性能，满足高压齿轮泵的需求，并且不含重金属元素，环保性能优异。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强减摩铝合金，按重量百分比，各组分为：铋：1.0%-9.0%、铜：2.0%-8.0%、锰：0.3%-1.7%，硅：0.2%-1.7%，镁：0.3%-2.2%，杂质≤0.7%，余量为铝。
一种高强减摩铝合金的制备方法，按以下步骤进行：
1）配料：按所述各组分重量百分比配备原料；
2）熔炼：开启熔炉，待熔炉温度升至720℃时，加入铝锭，待铝锭熔化后持续加热使铝液温度同样达到720℃；
3）首次微量元素的添加：将原料中的铋、铜、硅分次按序加入到步骤2）所形成的铝液中，静置20分钟后，再搅拌铝液5分钟；
4）二次微量元素的添加：将镁和锰分次压入步骤3）所形成的铝液中，静置10分钟后，再搅拌铝液5分钟，形成合金液；
5）除气扒渣处理：采用浮游法对合金液进行除气处理，并于除气结束后进行静置、扒渣；
6）测氢处理：对除气后的合金液进行测氢检验；
7）浇铸：将测氢检验合格后的合金液浇注到金属模具中，待合金液凝固，得到浇铸毛坯；
8）热处理:对浇铸毛坯进行固溶时效处理，得到高强减摩铝合金产品。
本发明的有益效果在于：本发明采用添加铋、铜、锰、硅、镁等元素，通过合金化提高了铝基体的强度和减磨性能，充分满足了高压齿轮泵的需求；制备的铝合金的微观组织晶粒度等级指数达7-8级，抗拉强度可达450-470Mpa，摩擦系数小于0.02；提高了铝合金材料的力学性能，同时具有良好的加工性能、表面粗糙度低等优点。同时，本发明的铝合金组分中不含重金属，避免了因现有铝合金材料中广泛使用重金属（如铅）而对人体及环境带来的危害，对促进绿色环保生产具有重要的积极意义。
说明书附图
图1为本发明的高强减摩铝合金的金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
实施例1
本发明的高强减摩铝合金，是一种铸造铝合金，本实施例中具体各组分配比参见表1所示，熔炉选用坩埚电阻炉，具体制备工艺按以下步骤进行：
1）配料：按所述各组分重量百分比配备原料；
2）熔炼：开启熔炉，待熔炉温度升至720℃时，加入铝锭，待铝锭熔化后持续加热使铝液温度同样达到720℃；
3）首次微量元素的添加：将原料中的铋、铜、硅分次按序加入到步骤2）所形成的铝液中，静置20分钟后，再搅拌铝液5分钟；
4）二次微量元素的添加：将镁和锰分次压入步骤3）所形成的铝液中，静置10分钟后，再搅拌铝液5分钟，形成合金液；
5）除气扒渣处理：采用浮游法对合金液进行除气处理，并于除气结束后进行静置、扒渣；
6）测氢处理：对除气后的合金液进行测氢检验；
7）浇铸：将测氢检验合格后的合金液浇注到金属模具中，待合金液凝固，得到浇铸毛坯；
8）热处理:对浇铸毛坯进行固溶时效处理，得到高强减摩铝合金产品。
制得的高强减摩铝合金的性能参见表2，其中摩擦系数检测在HDM10摩擦试验机进行。其金相组织参照图1所示，图中黑色原点为铋元素，分布均匀，具有良好的产品性能。
表1 高强减摩铝合金成分表
| 组分 | 铋 | 铜 | 锰 | 硅 | 镁 | 杂质 | 铝 |
| 重量百分比（%） | 1.0 | 8.0 | 0.3 | 1.7 | 0.3 | ≤0.7 | 余量 |
表2 高强减摩铝合金性能
| 抗拉强度（Mpa） | 摩擦系数（μ） | 晶粒度级别指数 |
| 450 | 0.02 | 8级 |
实施例2
本实施例的制备工艺与实施例1相同，具体各组分配比参见表3所示，性能参见表4所示，其金相组织与图1相似。
表3 高强减摩铝合金成分表
| 组分 | 铋 | 铜 | 锰 | 硅 | 镁 | 杂质 | 铝 |
| 重量百分比（%） | 3.4 | 6.2 | 0.65 | 1.23 | 0.87 | ≤0.7 | 余量 |
表4 高强减摩铝合金性能
| 抗拉强度（Mpa） | 摩擦系数（μ） | 晶粒度级别指数 |
| 470 | 0.02 | 8级 |
实施例3
本实施例的制备工艺与实施例1相同，具体各组分配比参见表5所示，性能参见表6所示，其金相组织与图1相似。
表5 高强减摩铝合金成分表
| 组分 | 铋 | 铜 | 锰 | 硅 | 镁 | 杂质 | 铝 |
| 重量百分比（%） | 5.7 | 5.2 | 0.75 | 0.98 | 1.25 | ≤0.7 | 余量 |
表6 高强减摩铝合金性能
| 抗拉强度（Mpa） | 摩擦系数（μ） | 晶粒度级别指数 |
| 463 | 0.02 | 8级 |
实施例4
本实施例的制备工艺与实施例1相同，具体各组分配比参见表7所示，性能参见表8所示，其金相组织与图1相似。
表7高强减摩铝合金成分表
| 组分 | 铋 | 铜 | 锰 | 硅 | 镁 | 杂质 | 铝 |
| 重量百分比（%） | 7.8 | 3.2 | 1.4 | 0.2 | 2.2 | ≤0.7 | 余量 |
表8 高强减摩铝合金性能
| 抗拉强度（Mpa） | 摩擦系数（μ） | 晶粒度级别指数 |
| 455 | 0.02 | 8级 |
实施例5
本实施例的制备工艺与实施例1相同，具体各组分配比参见表9所示，性能参见表10所示，其金相组织与图1相似。
表9 高强减摩铝合金成分表
| 组分 | 铋 | 铜 | 锰 | 硅 | 镁 | 杂质 | 铝 |
| 重量百分比（%） | 9.0 | 2.0 | 1.7 | 0.79 | 1.2 | ≤0.7 | 余量 |
表10 高强减摩铝合金性能
| 抗拉强度（Mpa） | 摩擦系数（μ） | 晶粒度级别指数 |
| 456 | 0.02 | 8级 |
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种高强减摩铝合金，其特征在于：按重量百分比，各组分为：铋：1.0%-9.0%、铜：2.0%-8.0%、锰：0.3%-1.7%，硅：0.2%-1.7%，镁：0.3%-2.2%，杂质≤0.7%，余量为铝。
2.根据权利要求1所述的一种高强减摩铝合金的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行：
1）配料：按所述各组分重量百分比配备原料；
2）熔炼：开启熔炉，待熔炉温度升至720℃时，加入铝锭，待铝锭熔化后持续加热使铝液温度同样达到720℃；
3）首次微量元素的添加：将原料中的铋、铜、硅分次按序加入到步骤2）所形成的铝液中，静置20分钟后，再搅拌铝液5分钟；
4）二次微量元素的添加：将镁和锰分次压入步骤3）所形成的铝液中，静置10分钟后，再搅拌铝液5分钟，形成合金液；
5）除气扒渣处理：采用浮游法对合金液进行除气处理，并于除气结束后进行静置、扒渣；
6）测氢处理：对除气后的合金液进行测氢检验；
7）浇铸：将测氢检验合格后的合金液浇注到金属模具中，待合金液凝固，得到浇铸毛坯；
8）热处理:对浇铸毛坯进行固溶时效处理，得到高强减摩铝合金产品。
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