CN115537602B - 一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块及其铸造方法 - Google Patents

一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块及其铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块及其铸造方法，该锌合金包含质量分数为22％～30％的Al，2.0％～2.5％的Cu，0.02％～0.05％的Mg，0.1％～0.2％的Mn，Fe，Sn以及0.05％～0.15％的稀土变质剂，余量为Zn及杂质；Fe<0.1％，Sn<0.1％。该锌合金材料在160℃下保温20h，其硬度的下降值为3～5HBW，在160℃下的摩擦磨损试验的磨损量为255～270mg。本发明中的锌合金配方应用于重卡变速箱换挡拨叉块零件有效提升了零件的耐磨性、使用寿命和使用温度，有效满足了换挡拨叉块在高速重载工况下的使用需求。

Description

一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块及其铸造方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块及其铸造方法。
背景技术
同步器换挡拨叉块是汽车变速箱上换挡系统的重要部件，通过拨叉块拨动滑套使变速箱齿轮啮合状况达到要求的主轴转速。目前国内外重卡变速箱换挡拨叉块零件传统材料为铜合金。但是，铜合金材料耐磨性差导致拨叉块寿命低。同时，铜合金磨损产生的铜屑易与变速箱中的润滑油发生反应，催化其老化，污染油品。另外，随着铜合金资源的日趋减少，成本的日益上升，使得铜合金产品成本大幅上升。在机械行业领域中，锌合金因其优异的耐磨减摩性能目前作为铜合金的替代材料而被大量用于轴瓦、轴套等使用功耗不大的轴承类零部件的制造。但是，在高速重载工况下，功耗较高，使用工况温度也较高，现有的锌合金强度无法满足高速重载工况下的使用要求，因为在该工况下，由于锌合金热膨胀系数大、尺寸稳定性差、工作温度超过120℃后力学性能急剧下降的问题，导致现有锌合金的耐磨性能较差，使锌合金换挡拨叉块发生严重的粘着磨损，大大限制了锌合金代替铜合金的应用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块及其铸造方法，从而解决现有锌合金换挡拨叉块在高速重载工况下耐磨性能差的技术问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块，所述换挡拨叉块由锌合金制成，所述锌合金以质量百分比计，包括22％～30％的Al，2.0％～2.5％的Cu，0.02％～0.05％的Mg，0.1％～0.2％的Mn，Fe，Sn以及0.05％～0.15％的稀土变质剂，余量为Zn及杂质；
其中，所述Fe<0.1％，Sn<0.1％；
所述配方的锌合金在160℃下保温20h，其硬度的下降值为3～5HBW，在160℃下的摩擦磨损试验的磨损量为255～270mg。
一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块的铸造方法，包括以下步骤：
S1：对锌锭进行熔炼，熔炼结束后，升高熔液温度，然后加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金和稀土变质剂，待所述铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂完全熔化后，搅拌混合均匀，对体系进行降温处理，降温后加入镁锭，直至镁锭熔化，得到浇注液；
S2：对步骤S1得到的浇注液进行浇注成型，得到铸件；
S3：对步骤S2得到的铸件进行热处理，热处理后冷却，得到所述重卡变速箱换挡拨叉块的毛坯件；
S4：对步骤S3得到的毛坯件进行粗加工以及精加工，得到所述重卡变速箱换挡拨叉块。
优选的，所述步骤S1中镁锭熔化后，还包括在熔液中加入除渣剂，调节熔液成分，得到所述浇注液。
优选的，所述除渣剂为质量分数为0.05～0.3％的ZnCl2。
优选的，所述步骤S1中对锌锭进行熔炼过程中，熔炼温度为450～500℃，熔炼时间为20～30min。
优选的，所述步骤S1中对锌锭熔炼结束后，将体系温度升至800～850℃，然后再加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂。
优选的，所述步骤S1中在加入镁锭之前，将体系温度降至650～670℃。
优选的，所述步骤S1中在镁锭熔化过程中，使镁锭处于熔液底部。
优选的，所述步骤S2中，浇注温度控制在580～600℃。
优选的，所述步骤S3中，热处理的温度为300～350℃，保温时间为3～5h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块，包含质量分数为22％～30％的Al，2.0％～2.5％的Cu，0.02％～0.05％的Mg，0.1％～0.2％的Mn，Fe，Sn以及0.05～0.15％的稀土变质剂，余量为Zn及杂质。其中，加入铝能够增加合金的流动性，同时细化晶粒，还可以与其他金属元素形成合金，提高锌合金的机械性能。铜是主要强化元素，与铝元素形成CuAl2强化相，提高合金的强度以及高负荷条件下的耐磨性。镁的添加不仅可以提高锌合金的抗腐蚀性，还能与基体锌元素形成强化相Mg/Zn2，对合金产生强化作用，改善合金的抗磨损性能。锰能够与合金中的铝元素结合形成MnAl6化合物弥散质点，能阻止锌合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显着细化再结晶晶粒，从而增加合金的硬度和韧性。稀土变质剂对锌合金金属熔液具有较好的除气、净化、精炼作用，同时能够显著改变锌合金金相组织特征，如细化晶粒，清除晶界杂质，稀土元素还能与铜、锌作用生成高熔点化合物，上述金相组织特征的转变使得锌合金换挡拨叉块在高温条件下的力学性能和耐磨性能得到有效提高，该换挡拨叉块在160℃下保温20h，其硬度的下降值为3～5HBW，所述挡拨叉块在160℃下的摩擦磨损试验的磨损量为255～270mg，可有效满足高速重载工况下耐磨耐高温的使用需求。
一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块的铸造方法，通过熔炼、浇注成型、热处理以及粗加工和精加工制得，其中在熔炼过程中，在加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂之前，对熔化的锌锭熔液进行升温处理，确保铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂的有效熔化，铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂熔化后，对体系进行降温，然后加入镁锭，该过程中降温的目的是为了避免温度高使得Mg元素出现过度烧损。
进一步的，步骤S1中镁锭熔化后，还包括在熔液中加入除渣剂，调节熔液成分，得到所述浇注液。采用除渣剂去为了除掉熔液中各种熔渣和杂质，保证锌合金熔液的洁净。
进一步的，步骤S1中对锌锭熔炼结束后，将体系温度升至800～850℃，然后再加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂，该温度有效确保了后续原料的熔化。
进一步的，步骤S1中在加入镁锭之前，将体系温度降至650～670℃，可有效避免温度过高使得Mg元素出现过度烧损。
进一步的，步骤S1中在镁锭熔化过程中，通过钟罩按压使镁锭处于熔液底部，避免Mg元素添加后因为密度小出现上浮导致无法与锌合金溶液混合均匀。
进一步的，浇注温度控制在580～600℃，温度过高会使得铸件结晶粗大而导致力学性能降低。
进一步的，热处理的温度为300～350℃，可以改善锌合金的尺寸稳定性差问题，有效提升了锌合金的力学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明中磨损试验所用到样品的尺寸结构示意图；
图2为本发明中磨损试验的样品设置示意图；
图3为拨叉块的装配示意图；
图4为拨叉块的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。
本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
如图3、4所示，同步器换挡拨叉块是汽车变速箱上换挡系统的重要部件，通过拨叉块拨动滑套使变速箱齿轮啮合状况达到要求的主轴转速。目前国内外重卡变速箱换挡拨叉块零件传统材料为铜合金。但是，铜合金材料耐磨性差导致拨叉块寿命低。同时，铜合金磨损产生的铜屑易与变速箱中的润滑油发生反应，催化其老化，污染油品。
本发明提供了一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块，包含质量分数为22％～30％的Al，2.0％～2.5％的Cu，0.02％～0.05％的Mg，0.1％～0.2％的Mn，Fe，Sn以及0.05％～0.15％的稀土变质剂，余量为Zn及杂质；其中，所述Fe<0.1％，Sn<0.1％；稀土变质剂包含质量分数为50％的Ce，29％的La，5％的Pr和16％的Nd。该配方的锌合金在160℃下保温20h，其硬度的下降值为3～5HBW，在160℃下的摩擦磨损试验磨损量为255～270mg。
本发明中的锌合金加工制得的变速箱换挡拨叉块优选的用于高速重载工况下，该拨叉块在该工况下具有良好的力学性能以及耐磨性能。
另外，本发明还公开了上述用于重卡变速箱换挡拨叉块的铸造方法，具体包括以下步骤：
S1：熔炼，对锌锭进行熔炼，熔炼温度为450～500℃，熔炼时间为20～30min，熔炼结束后，升高熔液温度至800～850℃，然后按比例加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金和稀土变质剂，待铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂完全熔化后，搅拌混合均匀，对体系进行降温处理，降温至650～670℃，加入镁锭，用钟罩将镁锭按压至熔体底部维持5～10min，直至镁锭熔化，最后在熔液中加入除渣剂，调节熔液成分，得到浇注液；其中，除渣剂为0.05～0.3％的ZnCl2进行精炼，待反应停止后扒渣并静置5～10min。
S2：铸造成型，对步骤S1得到的浇注液，浇注温度控制在580～600℃，用砂型浇注成型，得到铸件。
S3：热处理，对步骤S2得到的铸件在300～350℃下进行热处理，保温时间3～5h，随炉冷却后，得到该重卡变速箱换挡拨叉块的毛坯件，合金的尺寸不稳定现象得到改善；
S4：对步骤S3得到的毛坯件进行粗加工以及精加工，得到重卡变速箱换挡拨叉块。
经测试，该锌合金拨叉块的表面硬度为110～150HBW，抗拉强度不小于400MPa。进一步的，采用本发明中设计的锌合金加工得到的拨叉块与锰黄铜两种成分的拨叉块进行同步器换挡试验，结果表明，经过30万次疲劳试验，采用本发明中锌合金加工的拨叉块的表面磨损深度0.04～0.06mm，铜合金表面磨损深度0.4～0.5mm，可以看出拨叉块的耐磨性得到大幅提升。同时，锌合金和润滑油的兼容性测试表明锌合金并不会催化油品老化。另外，零件的成本下降40％。针对高温使用工况下的性能，与传统的ZA27材料相比，本发明中的锌合金在160℃保温20h，硬度由110～120HBW降为105～117HBW，下降值为3～5HBW，而ZA27合金由114HBW降为92.8HBW，下降值为21.2HBW，表明本发明中的锌合金在高温条件下的性能相比较于传统的ZA27材料得到大幅提升。
采用以下方法对本发明制得的锌合金拨叉块的摩擦磨损性能进行试验验证：
摩擦磨损实验在MM-U10屏显式材料断面摩擦磨损试验机上进行。采用ZA27锌合金和本发明提出的锌合金进行对比试验。实验温度在90°和160°进行，摩擦磨损实验样品尺寸如图1所示。对磨件(也称之为对偶件)为渗碳后的SAE8620RH材料，表面硬度为60HRC，尺寸为外径φ25.6mm×内径φ20mm，表面粗糙度为Ra0.8μm。磨损试验中，样品的设置示意图见图2，实验采取定速定压摩擦实验方法，加载载荷为1000N，转速为1000r/min，实验时间为1000min，润滑油采用S3壳法1长效增强型，试验结果见表1。
本发明的优点在于提供一种换挡拨叉块用锌合金的配方，得到了具有优异的铸造和热处理性能的锌合金，解决了原有铜合金拨叉块成本较高、耐磨性相对较差，磨屑和油品兼容性差，以及现在的ZA27合金的高温性能低、耐磨性不足的缺点。本发明中的锌合金拨叉块组成配方有效提升了拨叉块零件的耐磨性，提高使用寿命以及使用温度。解决了润滑油油品的过早老化，同时降低了拨叉块的成本，提高了部件的经济效益。有效克服了现在的ZA27合金的高温性能低、耐磨性不足的缺点。
本发明采取了合适的原料和熔炼工艺，保证了合金的性能；选择了最佳的铸造工艺参数以获得性能优异的锌合金；采用了最为有效的热处理工艺和参数，最大限度地提高了锌合金的性能。本发明中的锌合金不但具有优异的常温力学性能，即便在超过160℃的条件下仍能满足使用要求。通过选择了合适的合金元素和配比关系，以及开发铸造和热处理工艺，由此制造出的换挡拨叉块获得了优异的力学性能，特别是能够在重载、高温使用环境下依然保持足够的机械强度和硬度，有效解决了普通锌合金力学性能较低，高温耐磨性能差的技术问题，可作为铜合金的优良代用材料，使以锌代铜制作换挡拨叉块零件获得巨大的经济和社会效益。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。
实施例1
一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块，包含质量分数为22％的Al，2.0％的Cu，0.02％的Mg，0.1％的Mn，0.08％Fe，0.09％Sn以及0.05％的稀土变质剂，余量为Zn及杂质；其中，稀土变质剂包含质量分数为50％的Ce，29％的La，5％的Pr和16％的Nd。
本实施例中锌合金换挡拨叉块的铸造方法具体包括以下步骤：
S1：熔炼，对锌锭进行熔炼，熔炼温度为450℃，熔炼时间为30min，熔炼结束后，升高熔液温度至800℃，然后按本实施例中的比例加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金和稀土变质剂，待铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂完全熔化后，搅拌混合均匀，对体系进行降温处理，降温至650℃，加入镁锭，用钟罩将镁锭按压至熔体底部维持5min，直至镁锭熔化，最后在熔液中加入除渣剂，调节熔液成分，得到浇注液，其中除渣剂为0.08％的ZnCl2；
S2：铸造成型，对步骤S1得到的浇注液在真空条件下进行浇注，浇注温度控制在580℃，用砂型浇注成型，得到铸件；
S3：热处理，对步骤S2得到的铸件在300℃下进行热处理，保温时间5h，随炉冷却后，得到该重卡变速箱换挡拨叉块的毛坯件；
S4：对步骤S3得到的毛坯件进行粗加工以及精加工，得到重卡变速箱换挡拨叉块。
经测试，该锌合金拨叉块的表面硬度为110HBW，抗拉强度为410MPa。进一步的，采用本发明中设计的锌合金加工得到的拨叉块与锰黄铜两种成分的拨叉块进行同步器换挡试验，结果表明，经过30万次疲劳试验，采用本发明中锌合金加工的拨叉块的表面磨损深度0.04mm，铜合金表面磨损深度0.4mm，可以看出拨叉块的耐磨性得到大幅提升。
针对高温使用工况下的性能，将本实施例制得的锌合金与传统的ZA27材料在高温(160℃)条件下保温处理，测试其硬度变化。结果表明，本实施例中制得的锌合金在160℃保温20h，硬度由110HBW降为105HBW，降值为5HBW，而ZA27合金由114HBW降为92.8HBW，下降值为21.2HBW，表明本实施例制得的锌合金在高温条件下的性能相比较于传统的ZA27材料得到大幅提升。本实施例制得的锌合金材料的摩擦磨损试验结果见表1，由表1的测试结果可知，本发明制得的锌合金的耐磨性比传统的ZA27材料无论是在90℃还是在160℃条件下均具有显著的优势。
实施例2
一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块，包含质量分数为23.5％的Al，2.1％的Cu，0.03％的Mg，0.15％的Mn，0.05％Fe，0.08％Sn以及0.08％的稀土变质剂，余量为Zn及杂质；其中，稀土变质剂包含质量分数为50％的Ce，29％的La，5％的Pr和16％的Nd。
本实施例中锌合金换挡拨叉块的铸造方法具体包括以下步骤：
S1：熔炼，对锌锭进行熔炼，熔炼温度为460℃，熔炼时间为29min，熔炼结束后，升高熔液温度至810℃，然后按本实施例中的比例加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金和稀土变质剂，待铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂完全熔化后，搅拌混合均匀，对体系进行降温处理，降温至652℃，加入镁锭，用钟罩将镁锭按压至熔体底部维持5.5min，直至镁锭熔化，最后在熔液中加入除渣剂，调节熔液成分，得到浇注液，其中除渣剂为0.05％的ZnCl2；
S2：铸造成型，对步骤S1得到的浇注液在真空条件下进行浇注，浇注温度控制在585C，用砂型浇注成型，得到铸件；
S3：热处理，对步骤S2得到的铸件在312℃下进行热处理，保温时间4.7h，随炉冷却后，得到该重卡变速箱换挡拨叉块的毛坯件；
S4：对步骤S3得到的毛坯件进行粗加工以及精加工，得到重卡变速箱换挡拨叉块。
经测试，该锌合金拨叉块的表面硬度为119.1HBW，抗拉强度为420MPa。进一步的，采用本发明中设计的锌合金加工得到的拨叉块与锰黄铜两种成分的拨叉块进行同步器换挡试验，结果表明，经过30万次疲劳试验，采用本发明中锌合金加工的拨叉块的表面磨损深度0.05mm，铜合金表面磨损深度0.44mm，可以看出拨叉块的耐磨性得到大幅提升。
针对高温使用工况下的性能，将本实施例制得的锌合金与传统的ZA27材料在高温(160℃)条件下保温处理，测试其硬度变化。结果表明，本实施例中制得的锌合金在160℃保温20h，硬度由119.1HBW降为115HBW，降值为4.1HBW，表明本实施例制得的锌合金在高温条件下的性能相比较于传统的ZA27材料得到大幅提升。本实施例制得的锌合金材料的摩擦磨损试验结果见表1。
实施例3
一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块，包含质量分数为25.5％的Al，2.3％的Cu，0.04％的Mg，0.14％的Mn，0.05％Fe，0.05％Sn以及0.07％的稀土变质剂，余量为Zn及杂质；其中，稀土变质剂包含质量分数为50％的Ce，29％的La，5％的Pr和16％的Nd。
本实施例中锌合金换挡拨叉块的铸造方法具体包括以下步骤：
S1：熔炼，对锌锭进行熔炼，熔炼温度为470℃，熔炼时间为28min，熔炼结束后，升高熔液温度至820℃，然后按本实施例中的比例加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金和稀土变质剂，待铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂完全熔化后，搅拌混合均匀，对体系进行降温处理，降温至655℃，加入镁锭，用钟罩将镁锭按压至熔体底部维持6.2min，直至镁锭熔化，最后在熔液中加入除渣剂，调节熔液成分，得到浇注液，其中除渣剂为0.1％的ZnCl2；
S2：铸造成型，对步骤S1得到的浇注液在真空条件下进行浇注，浇注温度控制在590℃，用砂型浇注成型，得到铸件；
S3：热处理，对步骤S2得到的铸件在325℃下进行热处理，保温时间4.5h，随炉冷却后，得到该重卡变速箱换挡拨叉块的毛坯件；
S4：对步骤S3得到的毛坯件进行粗加工以及精加工，得到重卡变速箱换挡拨叉块。
经测试，该锌合金拨叉块的表面硬度为120HBW，抗拉强度为425MPa。进一步的，采用本发明中设计的锌合金加工得到的拨叉块与锰黄铜两种成分的拨叉块进行同步器换挡试验，结果表明，经过30万次疲劳试验，采用本发明中锌合金加工的拨叉块的表面磨损深度0.04mm，铜合金表面磨损深度0.45mm，可以看出拨叉块的耐磨性得到大幅提升。
针对高温使用工况下的性能，将本实施例制得的锌合金与传统的ZA27材料在高温(160℃)条件下保温处理，测试其硬度变化。结果表明，本实施例中制得的锌合金在160℃保温20h，硬度由120HBW降为117HBW，降值为3HBW，表明本实施例制得的锌合金在高温条件下的性能相比较于传统的ZA27材料得到大幅提升。本实施例制得的锌合金材料的摩擦磨损试验结果见表1。
实施例4
一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块，包含质量分数为26.8％的Al，2.4％的Cu，0.05％的Mg，0.18％的Mn，0.04％Fe，0.05％Sn以及0.11％的稀土变质剂，余量为Zn及杂质；其中，稀土变质剂包含质量分数为50％的Ce，29％的La，5％的Pr和16％的Nd。
本实施例中锌合金换挡拨叉块的铸造方法具体包括以下步骤：
S1：熔炼，对锌锭进行熔炼，熔炼温度为480℃，熔炼时间为26min，熔炼结束后，升高熔液温度至830℃，然后按本实施例中的比例加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金和稀土变质剂，待铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂完全熔化后，搅拌混合均匀，对体系进行降温处理，降温至660℃，加入镁锭，用钟罩将镁锭按压至熔体底部维持7.5min，直至镁锭熔化，最后在熔液中加入除渣剂，调节熔液成分，得到浇注液，其中除渣剂为0.15％的ZnCl2；
S2：铸造成型，对步骤S1得到的浇注液在真空条件下进行浇注，浇注温度控制在595℃，用砂型浇注成型，得到铸件；
S3：热处理，对步骤S2得到的铸件在335℃下进行热处理，保温时间3.5h，随炉冷却后，得到该重卡变速箱换挡拨叉块的毛坯件；
S4：对步骤S3得到的毛坯件进行粗加工以及精加工，得到重卡变速箱换挡拨叉块。
经测试，该锌合金拨叉块的表面硬度为133.5HBW，抗拉强度为417MPa。进一步的，采用本发明中设计的锌合金加工得到的拨叉块与锰黄铜两种成分的拨叉块进行同步器换挡试验，结果表明，经过30万次疲劳试验，采用本发明中锌合金加工的拨叉块的表面磨损深度0.045mm，铜合金表面磨损深度0.50mm，可以看出拨叉块的耐磨性得到大幅提升。本实施例制得的锌合金材料的摩擦磨损试验结果见表1。
实施例5
一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块，包含质量分数为29％的Al，2.5％的Cu，0.04％的Mg，0.15％的Mn，0.09％Fe，0.03％Sn以及0.13％的稀土变质剂，余量为Zn及杂质；其中，稀土变质剂包含质量分数为50％的Ce，29％的La，5％的Pr和16％的Nd。
本实施例中锌合金换挡拨叉块的铸造方法具体包括以下步骤：
S1：熔炼，对锌锭进行熔炼，熔炼温度为490℃，熔炼时间为22min，熔炼结束后，升高熔液温度至840℃，然后按本实施例中的比例加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金和稀土变质剂，待铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂完全熔化后，搅拌混合均匀，对体系进行降温处理，降温至665℃，加入镁锭，用钟罩将镁锭按压至熔体底部维持8.5min，直至镁锭熔化，最后在熔液中加入除渣剂，调节熔液成分，得到浇注液，其中除渣剂为0.2％的ZnCl2；
S2：铸造成型，对步骤S1得到的浇注液在真空条件下进行浇注，浇注温度控制在600℃，用砂型浇注成型，得到铸件；
S3：热处理，对步骤S2得到的铸件在340℃下进行热处理，保温时间3.2h，随炉冷却后，得到该重卡变速箱换挡拨叉块的毛坯件；
S4：对步骤S3得到的毛坯件进行粗加工以及精加工，得到重卡变速箱换挡拨叉块。
经测试，该锌合金拨叉块的表面硬度为145HBW，抗拉强度为413MPa。进一步的，采用本发明中设计的锌合金加工得到的拨叉块与锰黄铜两种成分的拨叉块进行同步器换挡试验，结果表明，经过30万次疲劳试验，采用本发明中锌合金加工的拨叉块的表面磨损深度0.056mm，铜合金表面磨损深度0.50mm，可以看出拨叉块的耐磨性得到大幅提升。本实施例制得的锌合金材料的摩擦磨损试验结果见表1。
实施例6
一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块，包含质量分数为30％的Al，2.5％的Cu，0.05％的Mg，0.2％的Mn，0.05％Fe，0.01％Sn以及0.15％的稀土变质剂，余量为Zn及杂质；其中，稀土变质剂包含质量分数为50％的Ce，29％的La，5％的Pr和16％的Nd。
本实施例中锌合金换挡拨叉块的铸造方法具体包括以下步骤：
S1：熔炼，对锌锭进行熔炼，熔炼温度为500℃，熔炼时间为20min，熔炼结束后，升高熔液温度至850℃，然后按本实施例中的比例加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金和稀土变质剂，待铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂完全熔化后，搅拌混合均匀，对体系进行降温处理，降温至670℃，加入镁锭，用钟罩将镁锭按压至熔体底部维持10min，直至镁锭熔化，最后在熔液中加入除渣剂，调节熔液成分，得到浇注液，其中除渣剂为0.3％的ZnCl2；
S2：铸造成型，对步骤S1得到的浇注液在真空条件下进行浇注，浇注温度控制在600℃，用砂型浇注成型，得到铸件；
S3：热处理，对步骤S2得到的铸件在350℃下进行热处理，保温时间3h，随炉冷却后，得到该重卡变速箱换挡拨叉块的毛坯件；
S4：对步骤S3得到的毛坯件进行粗加工以及精加工，得到重卡变速箱换挡拨叉块。
经测试，该锌合金拨叉块的表面硬度为150HBW，抗拉强度为423MPa。进一步的，采用本发明中设计的锌合金加工得到的拨叉块与锰黄铜两种成分的拨叉块进行同步器换挡试验，结果表明，经过30万次疲劳试验，采用本发明中锌合金加工的拨叉块的表面磨损深度0.06mm，铜合金表面磨损深度0.48mm，可以看出拨叉块的耐磨性得到大幅提升。本实施例制得的锌合金材料的摩擦磨损试验结果见表1。
表1本发明实施例1～6中制得的锌合金其摩擦磨损试验结果
由表1可知，本发明中的锌合金挡拨叉块在160℃下的磨损量为255～270mg，而ZA27材料在160℃时的磨损量为878.6mg，可见本发明中的锌合金挡拨叉块在高温下具有良好的耐磨性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块，其特征在于，所述换挡拨叉块由锌合金制成，所述锌合金以质量百分比计，包括22%~30%的Al，2.0%~2.5%的Cu，0.02%~0.05%的Mg，0.1%~0.2%的Mn，Fe，Sn以及0.05%~0.15%的稀土变质剂，余量为Zn及杂质；
其中，所述Fe<0.1%，Sn<0.1%；
所述配方的锌合金在160oC下保温20h，其硬度的下降值为3~5HBW，在160oC下的摩擦磨损试验的磨损量为255~270mg；
所述用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块的铸造过程包括熔炼得到浇注液、对浇注液进行浇注成型得到铸件、并对铸件进行热处理；
所述熔炼过程为先对锌锭进行熔炼，熔炼结束后，升高熔液温度，然后加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金和稀土变质剂，待所述铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂完全熔化后，搅拌混合均匀，对体系进行降温处理，降温后加入镁锭，直至镁锭熔化，得到浇注液；
所述浇注成型过程中浇注温度控制在580~600oC，热处理的温度为300~350oC。
2.权利要求1所述的一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对锌锭进行熔炼，熔炼结束后，升高熔液温度，然后加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金和稀土变质剂，待所述铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂完全熔化后，搅拌混合均匀，对体系进行降温处理，降温后加入镁锭，直至镁锭熔化，得到浇注液；
S2：对步骤S1得到的浇注液进行浇注成型，得到铸件；
S3：对步骤S2得到的铸件进行热处理，热处理后冷却，得到所述重卡变速箱换挡拨叉块的毛坯件；
S4：对步骤S3得到的毛坯件进行粗加工以及精加工，得到所述重卡变速箱换挡拨叉块；
所述步骤S1中对锌锭进行熔炼过程中，熔炼温度为450~500oC；
所述步骤S1中对锌锭熔炼结束后，将体系温度升至800~850oC，然后再加入铝锭、锰锭、铝铜中间合金以及稀土变质剂；
所述步骤S1中在加入镁锭之前，将体系温度降至650~670oC；
所述步骤S1中在镁锭熔化过程中，使镁锭处于熔液底部；
所述步骤S2中，浇注温度控制在580~600oC；
所述步骤S3中，热处理的温度为300~350oC，保温时间为3~5h。
3.根据权利要求2所述的一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块的铸造方法，其特征在于，所述步骤S1中镁锭熔化后，还包括在熔液中加入除渣剂，调节熔液成分，得到所述浇注液。
4. 根据权利要求3所述的一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块的铸造方法，其特征在于，所述除渣剂为质量分数为0.05~0.3%的 ZnCl2。
5.根据权利要求2所述的一种用于重卡变速箱的锌合金换挡拨叉块的铸造方法，其特征在于，所述步骤S1中对锌锭进行熔炼过程中，熔炼时间为20~30min。
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