CN1254766A - 一种耐磨锌－铝合金及其熔炼工艺 - Google Patents

一种耐磨锌－铝合金及其熔炼工艺 Download PDF

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本发明涉及到耐磨合金材料,一种铸造耐磨锌－铝合金。该材料以锌为基,铝、铜为主要合金元素,通过加入锑、镁、钛、硼、镧元素进行微量多元合金化处理和晶粒细化、变质处理,并采用熔体热处理熔炼工艺,获得了晶粒细小的软基体上分布着硬质点的理想轴承合金组织,提高了合金的力学性能,改善了其摩擦磨损特性和铸件质量。该材料的塑性、韧性和耐磨性能优良,铸件尺寸稳定好,材料成本低廉,是制造轴瓦、轴套、蜗轮等滑动摩擦件的优良材料。

Description

一种耐磨锌—铝合金及其熔炼工艺
本发明涉及到耐磨合金材料，尤其是一种用于制作滑动摩擦件的铸造耐磨锌—铝合金材料及其熔炼工艺。
当前应用的Zn-Al基合金以ZA27合金的综合性能最好。它具有很高的强度、优良的摩擦磨损特性、良好的机加工性能和铸造工艺性能，其原材料成本低廉，在工业生产中已成功的替代部分锡青铜材料制作滑动摩擦耐磨件。但是，现有Zn-Al耐磨合金的主要缺点是：材料的塑性、韧性偏低，铸件有缩松倾向，砂型铸件易产生底部收缩缺陷，铸件的尺寸稳定性较差。由于存在以上问题，很大程度上限制了该材料的推广和应用。
本发明的目的是为了解决Zn-Al合金存在的上述问题。通过设计、优化合金成分及熔炼工艺，研制一种力学性能优良、耐磨性和铸造工艺性能好、易于广泛推广应用的耐磨锌—铝合金材料及其熔体热处理熔炼工艺。
本发明材料以锌为基，铝、铜为主要合金元素，通过加入锑、钛、硼、镧元素进行微量多元合金化处理、晶粒细化和变质处理，采用熔体热处理熔炼新工艺，获得了晶粒细小的软基体上分布着软质点的理想轴承合金组织，明显提高了合金的力学性能，改善了摩擦磨损性能和铸件质量。该合金可作为ZCuSn6Zn6Pb3、ZCuSn10P1等牌号锡青铜的替代材料制作轴瓦、轴套、蜗轮等滑动摩擦耐磨件，具有很高的经济价值。适用于中、低滑动速度，中、高载荷，工作环境温度低于110℃的工况条件。
本发明合金的成分范围是(重量％)：
Al 22-42，Cu 1.0-2.5，Sb 0.2-2.5，Mg 0.02-0.15，Ti 0.02-0.15，B 0.01-0.08，La 0.03-0.20，其余为Zn和不超过0.2％的Fe及不可避免的杂质。
本发明合金的最佳成分配比是(重量％)：
Al 35，Cu 2.2，Sb 0.8，Mg 0.04，Ti 0.05，B 0.03，La 0.08，其余为Zn和不超过0.2％的Fe及不可避免的杂质。
所提供的熔体热处理熔炼工艺可通用于Zn-Al合金和本发明合金，该工艺程序为：
首先把电解铜制成铝-50％铜中间合金，按所选的材料配方配料，将配料中40-100％的锌料、50-100％的铝料、全部铝—铜中间合金和锑料装炉熔化，炉料熔清后加入镁料，合金液升温至760-880℃并保温5-30分钟，然后加入所余的、经50-250℃预热的固体锌料或铝料，或者加入为合金料重15-40％的同成分纯净回炉料，随即快速搅拌合金液1-5分钟进行激冷处理，在680-740℃下用加入量为合金料重0.5-2.5％的含Ti、B、La的盐类综合处理剂进行晶粒细化、变质和精炼处理，合金液在640-720℃温度下保温静置5-15分钟，扒渣浇注。
本发明耐磨锌—铝合金材料由于适量加入上述合金元素和采用熔体热处理熔炼工艺，同ZA27合金比较，本发明材料具有优良的力学性能，尤其是塑性和韧性有较大的提高，材料的耐磨性、减摩性得到改善，铸件的尺寸稳定性提高，成分偏析减轻，进而减少了铸件的底部收缩缺陷，熔体热处理工艺还明显提高Zn-Al合金的抗晶间腐蚀能力。
                表1本发明合金与对比材料的化学成分          (重量％)
    材料名称  Al  Cu   Sb   Mg   Ti   B    La    Sn  Pb  Zn
本发明材料 合金1合金2  35  2.2  0.8  0.04 0.05 0.03 0.08  --- --- 剩余40  2.2  1.6  0.04 0.02 0.01 0.03  --- --- 剩余
对比材料 ZA27ZCuSn6Zn6Pb3  27  2.5  ---  0.05 ---  ---  ---   --- --- 剩余--- 剩余 ---  ---  ---  ---  ---   6   3   6
实施例1
用表1所列本发明合金1的成分配比制作滑动轴承或蜗轮铸件，熔炼合金在电阻炉内进行。将配料中65％的锌料、全部铝料、铝-50％铜中间合金和锑料装炉熔化，炉料熔清后加入镁料，待合金液升温至820-860℃并保温10分钟后，加入经150-200℃预热的所余固体锌料、随即快速搅拌合金液2分钟，在710-730℃下加入2％含钛、硼和镧的盐类综合处理剂进行晶粒细化、变质和精炼处理，合金液在680-720℃保温静置5-10分钟后扒渣浇注。
由表2和表3试验结果所示，本发明合金1比ZA27和ZCuSn6Zn6Pb3合金的抗拉强度(σb)分别提高10％和98％，伸长率(δ5)比ZA27提高122％，冲击韧性(ak)提高83％，摩擦系数比ZA27和ZCuSn6Zn6Pb3分别减少了22％和19％，磨损率分别减少了27％和68％。
实施例2
用表1所列本发明合金2的成分配比制作滑动轴套或蜗轮铸件，熔炼在电阻炉内进行。将配料中80％的锌料、全部铝料、铝-50％铜中间合金和锑料装
                    表2本发明合金与对比材料的力学性能
  材料名称   σb，MPa   δs，％     ak，J/cm2         HB
  本发明合金1本发明合金2   420-470410-458     5-154-10      40-7030-55      115-135120-140
  ZA 27ZCuSn6Zn6Pb3   380-430200-250     3-610-15      25-3532-48      110-12565-95
                表3本发明合金与对比材料的摩擦磨损特性
  材料名称     润滑摩擦系数 磨痕宽度mm   磨损率，mm3/N.cm×10-10 摩擦温升℃
 本发明合金1本发明合金2  0.022-0.0380.024-.0042     1.381.32        3.383.16     2728
 Z A27ZCuSn6Zn6Pb3  0.026-0.0450.022-0.045     1.561.79        4.285.67     2829
炉熔化，炉料熔清后加入镁料，待合金液升温至820-860℃并保温后，加入经100-150℃预热的所余固体锌料和为合金料重20％的同成分回炉料、随即快速搅拌合金液2分钟，在710-730℃下加入1％含钛、硼和镧的盐类综合处理剂进行晶粒细化、变质和精炼处理，再加入0.2％的C2Cl6进行补充精炼处理，合金液在660-720℃保温静置5-10分钟后扒渣浇注。
由表1和表2试验结果所示，本发明合金2比ZA27合金的抗拉强度提高7％，伸长率提高56％，冲击韧性提高42％，摩擦系数比ZA27和ZCuSn6Zn6Pb3合金分别减少了7％和6％，磨损率分别减少了35％和79％。

Claims (3)

1.一种铸造耐磨锌—铝合金，其特征在于它的化学成分组成为(重量％)：Al 22-40，Cu 1.0-3.5，Sb 0.2-2.5，Mg 0.02-0.15，Ti 0.02-0.15，B 0.01-0.08，La 0.03-0.20，其余为Zn和不超过0.2％的Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的铸造耐磨锌—铝合金，其特征在于最佳成分组成为(重量％)：Al 35，Cu 2.2，Sb 0.8，Mg 0.04，Ti 0.05，B 0.03，La 0.08，其余为Zn和不超过0.2％的Fe及不可避免的杂质。
3.熔体热处理熔炼工艺，其特征在于工艺程序为：将合金配料中40-100％的锌料、50-100％的铝料、全部铝—铜中间合金和锑料装炉熔化，炉料熔清后加入镁料，将合金液升温至760-880℃并保温5-30分钟，然后加入所余的、经50-250℃温度预热的固体炉料，或者加入为合金料重15-40％的同成分纯净回炉料，随即快速搅拌合金液1-5分钟进行激冷处理，在680-740℃下用加入量为合金料重0.5-2.5％的盐类综合处理剂进行晶粒细化、变质和精炼处理，合金液在640-720℃温度下保温静置5-15分钟后扒渣浇注。
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