CN108165828B - 一种耐磨锌基合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨锌基合金及其制备方法，属于锌基合金技术领域。本发明的锌基合金的化学元素组成：Al：27‑33wt.％，Cu：3.0‑4.5wt.％，Co：0.010‑0.015wt.％；余量为Zn；其制备方法：一、将铝锭置入熔化炉中，加热至780‑800℃，保温，待铝熔化后加入铝铜合金和钴铝合金，保持炉温不变，直至合金全部熔化，加入锌锭并降温至650～680℃，精炼，静置10分后浇铸；二、然后置于热处理炉内，加热至340～360℃，保温2小时以上，再在水中淬火至室温，尔后放入热处理炉内加热至200～230℃，保温10～11h，在室温下自然冷却。本发明的锌基合金材料具有高耐磨性、高塑性及高韧性。

Description

一种耐磨锌基合金及其制备方法
技术领域
本发明属于锌基合金技术领域；具体涉及一种耐磨锌基合金及其制备方法。
背景技术
ZA33锌基耐磨合金主要是针对替代市场中大量应用的锡青铜产品，为了进一步提高性能，降低成本，升级产品。锌基耐磨合金、不仅强度，塑性优于锡青铜，而且摩擦系数小，在磨擦产生的热效应相对也较小，膨胀系数低，尺寸稳定性好。
为了替代传统的锡青铜使用，锌基合金的铸件作为耐磨材料被广泛用于轴瓦、轴套等轴承类机械零部件制造。虽然锌基合金具有优异的强度及出色的耐磨性能，但其铸态下的塑性、韧性差的缺点，严重限制了锌基耐磨合金的使用。
现有耐磨锌基合金虽然强度及耐磨性都很高,但是添加元素较多，成分相对难以控制，同时合金塑性及韧性相对较低，做为轴套在使用中承受冲击载荷时容易发生脆性断裂，所以有必要改善高强耐磨锌基合金的塑性及韧性。
现有锌基合金主要成分重量比Al占20％-30％，Zn占55-65％，Cu和Co元素通过中间合金加入，含量的具体比例不容易控制。经800℃以上高温熔炼，在730℃浇注成型，模具采用金属型模具。所得锌基合金材料强度高达400MPa以上，硬度值184HB，与45#钢磨损实验测得摩擦系数为0.034，而延伸率只有6％左右，室温冲击功在15J·cm-2左右。同时800℃温度以上熔炼，锌损失严重，产生大量的氧化锌，同时也产生大量气体污染环境。现有提高材料塑性和韧性的热处理工艺为经220℃-250℃进行退火，时间为10h，结果抗拉强度和硬度略有降低，塑性和韧性提高不明显，达到8％左右。
现有工艺通过加入合金元素改善材料的性能，包括Ti元素、Ni元素、Gr元素、Si元素以及稀土元素等，Ti、Ni和Gr元素对于提高锌基合金的抗拉强度及硬度效果明显，但对于改善塑性和韧性没有效果；Si元素对于改善锌基合金的耐磨性效果明显，但对于改善其他力学性能效果不好；稀土元素能够提高锌基合金的综合力学性能，但对于塑性和韧性提高有限。
发明内容
本发明目的在于提供一种耐磨锌基合金及其制备方法，保证耐磨性同时大幅度提高合金的塑性及韧性，从而改善合金的综合力学性能。
本发明中一种耐磨锌基合金以重量百分含量(wt.％)计，所述锌基合金是由以下化学元素组成：Al：27％-33％，Cu：3.0％-4.5％，Co：0.010％-0.015％；余量为Zn；其制备方法是由下述步骤完成的：
步骤一、将铝锭置入熔化炉中，加热至780-800℃，保温，待铝熔化后加入铝铜合金和钴铝合金，保持炉温不变，直至合金全部熔化，加入锌锭并降温至650～680℃，待合金全部熔化后精炼，静置10分钟后浇铸，得到铸锭；
步骤二、然后铸锭置于热处理炉内，先以30℃/min加热至340～360℃，保温2小时以上，再在水中淬火至室温，在水中淬火时水温控制在20℃以下，尔后放入热处理炉内加热至200～230℃，保温10～11h，在室温下自然冷却，即得到耐磨锌基合金。
进一步地限定，步骤一中的浇铸是按下述操作进行的：浇铸前对金属型模具进行预热，预热温度为150℃，把冷铁放在金属型模具的底部；精炼后的液态金属经搅拌、扒渣后浇入金属型模具，浇铸完成后，用保温盖板盖住铸型顶部，用冷却水由铸型底部逐渐对铸件进行冷却，冷却水温度为15℃，直至铸型温度降至室温。
进一步地限定，步骤一所述的铝锭为1A99，铝铜合金为铝铜中间合金AlCu50，钴铝合金为CoAl10，锌锭为Zn99.99。
本发明形成材料的成分可控，每次出炉的材料成分几乎固定，最终性能稳定。
本发明熔化原料过程中减少了锌氧化，同时也减少了气体产生。
本发明方法获得的锌基合金材料具有高耐磨性、高塑性及高韧性。
本发明的工艺简单，可操作性强。
具体实施方式
实施例1：本实施例中一种耐磨锌基合金的制备方法如下：
(1)熔炼：将铝锭1A99放入熔炼炉中加热至780℃，待铝锭熔化后，放入铝铜中间合金AlCu50和钴铝合金CoAl10，保持炉温不变，待其充分熔化后，加入锌锭Zn99.99并降温至680℃，待合金全部熔化后加入精炼，静置10分钟后准备进行浇铸处理。
(2)浇铸：浇铸所用的铸型模具为金属型模具，浇铸前对模具进行预热，预热温度为150℃，把冷铁放在金属型模具的底部。液态金属经搅拌、扒渣后浇入金属型模具，浇铸完成后，用保温盖板盖住铸型顶部，用冷却水由铸型底部逐渐对铸件进行冷却，冷却水温度为15℃，直至铸型温度降至室温，得到铸锭。所得到铸锭的成分重量百分比为：铝占27％，铜占3％，钴占0.01％，余量为锌。
(3)将铸锭放入热处理炉内，先以30℃/min加热至340℃，保温时间大于2小时，然后在水中淬火至室温，水温控制在20℃以下；再放入热处理炉内加热至200℃，保温10h，最后在室温下自然冷却。
实施例2：本实施例中一种耐磨锌基合金的制备方法如下：
(1)熔炼：将铝锭1A99放入熔炼炉中加热至800℃，待铝锭熔化后，放入铝铜中间合金AlCu50和钴铝合金CoAl10，保持炉温不变，待其充分熔化后，加入锌锭Zn99.99并降温至650℃，待合金全部熔化后精炼，静置10分钟后准备进行浇铸处理。
(2)浇铸：浇铸所用的铸型模具为金属型模具，浇铸前对模具进行预热，预热温度为200℃，把冷铁放在金属型模具的底部。液态金属经搅拌、扒渣后浇入金属型模具，浇铸完成后，用保温盖板盖住铸型顶部，用冷却水由铸型底部逐渐对铸件进行冷却，冷却水温度为15℃，直至铸型温度降至室温，得到铸锭。所得到铸锭的成分重量百分比为：铝占33％，铜占4％，钴占0.013％，余量为锌。
(3)将铸锭放入热处理炉内，先以30℃/min加热至360℃，保温时间大于2小时，然后在水中淬火至室温，水温控制在20℃以下；再放入热处理炉内加热至230℃，保温10h，最后在室温下自然冷却。
实施例3：本实施例中一种耐磨锌基合金的制备方法如下：
(1)熔炼：将铝锭1A99放入熔炼炉中加热至790℃，待铝锭熔化后，放入铝铜中间合金AlCu50和钴铝合金CoAl10，保持炉温不变，待其充分熔化后，加入锌锭Zn99.99并降温至670℃，待合金全部熔化后精炼，静置10分钟后准备进行浇铸处理。
(2)浇铸：浇铸所用的铸型模具为金属型模具，浇铸前对模具进行预热，预热温度为170℃，把冷铁放在金属型模具的底部。液态金属经搅拌、扒渣后浇入金属型模具，浇铸完成后，用保温盖板盖住铸型顶部，用冷却水由铸型底部逐渐对铸件进行冷却，冷却水温度为15℃，直至铸型温度降至室温，得到铸锭。所得到铸锭的成分重量百分比为：铝占31％，铜占4.5％，钴占0.015％，余量为锌。
(3)将铸锭放入热处理炉内，先以30℃/min加热至350℃，保温时间大于2小时，然后在水中淬火至室温，水温控制在20℃以下；再放入热处理炉内加热至220℃，保温10h，最后在室温下自然冷却。
本发明中精炼是按现有方法进行的。
表1不同实施例中热处理前后锌合金铸件的力学性能对比
由表1可知，实施例1-3的方法获得的锌基合金材料具有高耐磨性、高塑性及高韧性。

Claims (7)

1.一种耐磨锌基合金，其特征在于以重量百分含量(wt.％)计，所述锌基合金是由以下化学元素组成：Al：27％-33％，Cu：3.0％-4.5％，Co：0.010％-0.015％；余量为Zn；
其制备方法是由下述步骤完成的：
步骤一、将铝锭置入熔化炉中，加热至780-800℃，保温，待铝熔化后加入铝铜合金和钴铝合金，保持炉温不变，直至合金全部熔化，加入锌锭并降温至650～680℃，待合金全部熔化后加入精炼剂进行精炼，静置10分钟后浇铸，得到铸锭；
步骤二、然后铸锭置于热处理炉内，先以30℃/min加热至340～360℃，保温2小时以上，再在水中淬火至室温，在水中淬火时水温控制在20℃以下，尔后放入热处理炉内加热至200～230℃，保温10～11h，在室温下自然冷却，即得到耐磨锌基合金。
2.根据权利要求1所述一种耐磨锌基合金，其特征在于以重量百分含量(wt.％)计，所述锌基合金是由以下化学元素组成：Al：27％，Cu：3.0％，Co：0.010％；余量为Zn。
3.根据权利要求1所述一种耐磨锌基合金，其特征在于以重量百分含量(wt.％)计，所述锌基合金是由以下化学元素组成：Al：33％，Cu：4.0％，Co：0.013％；余量为Zn。
4.根据权利要求1所述一种耐磨锌基合金，其特征在于以重量百分含量(wt.％)计，所述锌基合金是由以下化学元素组成：Al：31％，Cu：4.5％，Co：0.015％；余量为Zn。
5.如权利要求1-4中任意一项权利要求所述耐磨锌基合金的制备方法，其特征在于所述方法是由下述步骤完成的：
步骤一、将铝锭置入熔化炉中，加热至780-800℃，保温，待铝熔化后加入铝铜合金和钴铝合金，保持炉温不变，直至合金全部熔化，加入锌锭并降温至650～680℃，待合金全部熔化后加入精炼剂进行精炼，静置10分钟后浇铸，得到铸锭；
步骤二、然后铸锭置于热处理炉内，先以30℃/min加热至340～360℃，保温2小时以上，再在水中淬火至室温，在水中淬火时水温控制在20℃以下，尔后放入热处理炉内加热至200～230℃，保温10～11h，在室温下自然冷却，即得到耐磨锌基合金。
6.根据权利要求5所述耐磨锌基合金的制备方法，其特征在于步骤一中的浇铸是按下述操作进行的：
浇铸前对金属型模具进行预热，预热温度为150℃，把冷铁放在金属型模具的底部；精炼后的液态金属经搅拌、扒渣后浇入金属型模具，浇铸完成后，用保温盖板盖住铸型顶部，用冷却水由铸型底部逐渐对铸件进行冷却，冷却水温度为15℃，直至铸型温度降至室温。
7.根据权利要求5所述耐磨锌基合金的制备方法，其特征在于步骤一所述的铝锭为1A99，铝铜合金为铝铜中间合金AlCu50，钴铝合金为CoAl10，锌锭为Zn99.99。
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