CN86107139A

CN86107139A - 非发火性铸造铝合金

Info

Publication number: CN86107139A
Application number: CN 86107139
Authority: CN
Inventors: 刘东起; 杨光起; 明占桥
Original assignee: TANGSHAN BRANCH OF COAL SCIENC; BEIJING NONFERROUS MATEL PROCESSING PLANT
Current assignee: TANGSHAN BRANCH OF COAL SCIENC; BEIJING NONFERROUS MATEL PROCESSING PLANT
Priority date: 1986-10-23
Filing date: 1986-10-23
Publication date: 1988-05-04

Abstract

本发明系一种非发火性铸造铝合金，可以采用砂型铸造或压力铸造成铸件制品，特别适用于制造煤矿井下、化工、船舶等领域，含有高沼气及其它易燃易爆的混合气体环境中运转的机械，遇有强力撞击或摩擦时无火花发生，具有可靠的防爆性能。本发明是以铝为基的，含有锌、铜、铬、钛、硼、铍、锶的合金。熔炼温度范围为700～760℃。

Description

本发明系一种新颖的非发火性铸造铝合金，其铸件制品，特别适用于制造煤矿井下、化工、船舶等领域含有高沼气及其它易燃易爆的混合气体环境中运转的机械。

目前国内煤矿井下采掘机械几乎都是用一般铸造铝合金或钢材制造的，这些机械有时在含有沼气环境中运转。如抽出式局部通风机，在抽排工作面含有高沼气的浊风时，势必带入煤、岩石、金属碎片等颗粒杂质，这些颗粒杂质与叶轮或机壳碰撞摩擦将产生火花，具有引起瓦斯爆炸的危险。

在本发明以前，国内常用的铸造铝合金有铝硅合金ZL101～ZL111、铝铜合金ZL201～ZL203、铝镁合金ZL301～ZL302、铝锌合金ZL401～ZL402（见《机械工程手册》第3卷），经对前述铸造铝合金，及对部分国外铸造铝合金，如美国的AlufontH、Alcoa145等锌铝合金，在撞击试验时均有火花发生，火花温度为700～800℃，火花持续时间为数秒钟，此现象足以引起可燃气体的着火爆炸（如瓦斯爆炸感应期火源温度的下限为650℃）。国内对铝合金的防爆要求只规定了其中镁元素的含量不得超过0.3%（重量），经试验发现，只是控制镁含量在0.3%以下，并不能完全在撞击下避免火花的发生。

本发明的目的是提供一种非发火性铸造铝合金，本合金的铸件制品具有同物体撞击或摩擦时不产生火花的特性，同时具有机械性能好、铸造性能好、耐腐蚀及成本低的特点，保证在含有易燃易爆的混合气体中使用时的安全。

本发明是以铝为基的，含有锌、铜、铬、钛、硼、铍、锶以及严格控制杂质元素硅、镁含量的非发火性铸造铝合金，其具体成分范围如下：3.0～4.5%（重量）锌、1.0～2.0%（重量）铜、0.1～0.3（重量）铬、0.1～0.2%（重量）钛、0.02～0.04%（重量）硼、0.01～0.05%（重量）铍、0.02～0.08%（重量）锶，余为铝，杂质元素硅、镁合量小于0.3%（重量）。合金元素的主要作用如下：

1、锌：本发明合金的基本元素。锌在α-固溶体中具有很高的溶解度，在铸态即可得到锌在铝中的过饱和固溶体，这就是该合金在撞击时不产生火花的重要因素。铝锌合金在铸态经自然时效可获得较高的机械性能，但是锌含量的增加，合金的热烈倾向增大，抗蚀性能降低，因此适宜的含锌量为3.0～4.5%（重量）。

2、铜：铜在铝中析出强化相（CuAl₂），使本合金强化，提高了合金的机械性能，同时还使合金的流动性、热烈倾向、气密性等铸造性能得到改善。但过高的铜含量会使合金的耐腐蚀性降低，适宜的铜含量为1.0～2.0%（重量）。

3、铬：铬的作用是提高合金的机械性能，同时改善合金的抗腐蚀性能。但过高的铬含量将导致合金的塑性降低。合适的铬含量为0.1～0.3（重量）。

4、钛：铝合金中加入微量的钛，与铝形成Al₃Ti，当凝固时作为外来晶核使组织细化，从而使合金机械性能得到改善。钛的加入量以0.1～0.2%（重量）为宜。

5、硼：钛对合金的细化效果，只有硼存在时才能充分显示出来。当钛含量为0.1～0.2%（重量）时，硼的最适宜量为0.02～0.04%（重量），该浓度比细化效果最佳。

6、铍：铍是制备高强度合金的重要微量元素，它不但可以细化铝基体，同时使合金的塑性和韧性增加，疲劳强度进一步改善，因而避免在撞击和振动时断裂，铍还具有抑制氧化作用，提高合金的耐腐蚀性能。铍的适宜加入量为0.01～0.05%（重量）。

7、锶：锶的作用与铍相似，可以抑制合金的晶间腐蚀，提高合金的抗腐蚀能力。适宜的锶含量为0.02～0.08%（重量）。

8、本合金中杂质元素硅、镁的合量不超过0.3%（重量），否则将恶化本合金的非发火性能。

按照本发明制造的非发火性铸造铝合金，由于有多种微量强化元素存在，保证了该合金具有优良的机械性能和抗腐蚀性能，可以在恶劣的环境中使用。

实施例

本发明的合金配制熔炼是在电阻炉石墨坩埚中进行，熔炼温度700～760℃，除气精炼剂为氮气，精炼除气时间为10～15分钟，精炼温度730～740℃，浇注温度720℃，铸件自然时效即可获得优良的机械性能。表1给出本发明9个实施例的化学元素配料比，又给出每个实施例试样的铸造性能、机械性能及发火性试验结果。

表2给出了本发明的合金与对比合金的化学成分。其中对比铝合金A为GB1173-74-Z 401;B为GB1173-74-ZL402;C为Al 5。

表3给出了本发明合金与对比合金的铸造性能和机械性能其中拉力试验按GB228～63进行，布氏硬度试验按GB231～63进行。

表4给出了本发明的合金与对比合金的物理性能。特别需指出非发火性试验：试块尺寸为100×35×8毫米，以2.5公斤的压力，45°压向每分钟3000转的砂轮，在全黑的环境中肉眼观察，本发明的合金不发生火花，对比合金A、B、C均有火花发生。对本发明的非发火性铸造铝合金又进行了以下三种非发火性试验：

1、以7公斤力/厘米²的压缩空气，将页岩、砂岩、硫化铁等煤矿井下常见杂质颗粒，以100米/秒以上的速度喷射到以3000转/分高速旋转的非发火性铸造铝合金的试件上，通过观察证明没有火花的发生。又用AGA红外热象仪测得这些颗粒与非发火性铸造铝合金试件碰撞、摩擦时产生热场的温度最高为394℃，持续时间最长为0.11秒，该温度低于瓦斯爆炸感应期火源温度的下限650℃。

2、在爆炸槽内充以6～7%浓度的沼气，进行非发火性铸造铝合金试件摩擦试验，每次试验摩擦次数为17200次，均未发生过点燃沼气的现象发生。

3、在爆炸试验巷道内进行水力驱动抽出式局部通风机的整机运行试验，该机的叶轮、机壳均用本发明的非发火性铸造铝合金制造，试验巷道内充以7～10%的沼气，整机连续运转50小时，并间断地吸入页岩、砂岩、硫化铁、钢球等杂质颗粒共85公斤，没有引起瓦斯爆炸现象的发生。又用AGA红外热象仪测得杂质颗粒与叶轮、机壳碰撞或摩擦时的热场温度82～109℃，该温度远低于瓦斯爆炸感应期的火源温度下限650℃。

表4

本发明的非发火性铸造铝合金，可以采用砂型铸造，或压力铸造成铸件制品，在含高沼气及其它易燃易爆的混合气体环境中使用，遇有强力撞击或摩擦时无火花发生，具有可靠的防爆性能，同时兼有良好的铸造性能和机械性能。

Claims

1、一种非发火性铸造铝合金，是以铝为基的，含有基本化学成分为：锌、0.1～0.3%(重量)铬、0.1～0.2%(重量)钛，其特征在于还含有适量的铜、硼、铍、锶，以及严格控制杂质元素硅、镁的含量。

2、按照权利要求1所述的非发火性铸造铝合金，其特征是基本化学成分锌的适宜含量为3.0～4.5%（重量）。

3、按照权利要求1或2所述的非发火性铸造铝合金，其特征是含有1.0～2.0%（重量）铜、0.02～0.04%（重量）硼、0.01～0.05%（重量）铍、0.02～0.08%（重量）锶。

4、按照权利要求1的非发火性铸造铝合金，其特征是杂质元素硅和镁的合量小于0.3%（重量）。