专利名称：：一种矿用零件的铸造铝合金材料的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种铸造铝合金材料，特别是一种矿用通风机等零件的摩擦无火花安全型铸铝合金材料。
背景技术：
：煤矿井下局部通风机、携带式电钻、风煤钻、电气设备外壳等，用铝合金制造的零件曾因撞击或摩擦产生火花引起多起事故。因而国外发达国家对轻合金材料在矿井中应用的安全问题早就进行了研究，但至今尚未获得突破性进展。H前，许多国家在煤矿井下或者在具有沼气危险的采掘工作面300m以内，已禁止使用轻合金制造的设备。我国也曾对井下轻合金材料的使用做了严格的规定由于轻合金材料(如ZL401GB/T1173-1995)冲击或摩擦产生的火花最容易引燃瓦斯气体发生爆炸事故，因此禁止使用轻合金材料制造矿用零件。
发明内容本发明的目的在于针对现有矿用铝合金材料制造的零件容易引燃瓦斯气体发生爆炸事故的缺点，提供一种矿用零件的铸造铝合金材料，其化学配方稳定、先进，具有摩擦火花安全性好，密度小、塑性好、耐腐蚀等优点。本发明是通过以下技术方案实现的一种矿用零件的铸造铝合金材料，按重量百分比计，该铝合金材料的组分及其配比为Zn1.02.5%，Cu3.05.5%，Cr0.10.3%，Ti0.10.2%，Be0.020.05%，Sr0.010.03%，Mn0.30.8%，Rx2.54.5%,Si《1.5%，Mg《0.5%，Fe《0.5%，余量Al。所述Cr、Mn、Ti、Sr、Be元素，是为了提高铝合金的铸造性能和机械性能而添加的少量合金元素。所述Rx元素，是为了有效地抑制铝合金的撞击摩擦时火花的发生而添加的添加剂。所述Si、Mg、Fe为杂质。所述的铸造铝合金材料的组分及其较佳重量百分比为Cu2.5%，Zn2.5%，Cr0.3%，Ti0.15%,Be0.03%，Sr0.03%，Mn0.5%，Rx3.2%，Ai下面简要介绍本发明的研究机理和实验过程本发明是从轻合金材料引燃沼气最基本的原理和现象开始探索的。首先考核了国内各种牌号铸造铝合金的旋转摩擦、高速冲击和自由落锤试验时，火花发生情况，研究了火花引燃沼气的过程和条件。用高速动态测定仪测试的结果表明旋转摩擦产生的火花是一束高温粒子流，点燃沼气往往发生在距摩擦点的定距离处；而高速冲击是由于铝合金弹丸冲击或摩擦产生一些粉未或小的颗粒，自由落锤冲击能量大和摩擦的程度也较为充分，产生摩擦屑较大块的碎片。采用高速摄影技术，以1000幅/秒3000幅/秒的速度拍摄摩擦火花的点燃起点、火花持续时间、火花引燃甲垸体的全过程，再以慢速放出录相，就可明显观察到旋转摩擦试验采用ZL104铸造铝合金固定试件，用生锈的A8或45钢板旋转圆盘试件，在不同相对摩擦速度的条件下旋转试验。试验气体用甲垸一空气混合气体(甲烷浓度6.5—7%)固定试件用重锤加载方法静态稳定压紧力为51N，固定试件和旋转试件摩擦接触面积分别为100咖2和140mm2。相对摩擦速度为(20—90)m/s共六档，在9次试验屮，均观察到强度和亮度不同的火花束，在50m/s以上，同定试件和旋转试件接触瞬间，着火时间为0.41—1.9s的范围内。在相对摩擦速度均在40m/s以下，4次未发生引燃试验气体，有较分散的呈红色的火花飞溅出来，其接触摩擦长达(265—443)s的范围内，都未引燃。而旋转试验外缘处都粘附着铝合金的粉未。高速冲击或自由落锤冲击试验在一定能量冲击下，用铸铝合金试验弹丸或者自由落锤冲击试件撞击和摩擦锈钢试验板，共有4帧产生火花的扩大画面。在最下一帧,面中，可以看到三分之一毫秒的撞击时间内产生炽热粒子的特有中心，在火花中心获得的极高温度下，甲浇一空气混合物经过滞后时间lms，而在火花中持续时间内发生着火，逐歩扩大。图中的几帧画面是相连贯的，每幅画面曝光时间约为1/3ms。最后形成一团火球而使整个爆炸槽中甲垸一空气混合气体着火燃烧。自由落锤的着火持续时间要比高速冲击短，原因是冲击或摩擦产生屑片或颗粒高炽热粒子的能量要大些，扩散速度有所增加而己。因此，旋转摩擦试验持续着火最短，最易着火，自由落锤试验次之，最后是高速冲击试验。因此，从试验摩擦或冲击产生火花引燃可燃性气体的条件是(1)合金材料被撞击时容易破碎为极细的粉未，这些粉未具有新的表面。(2)这种粉末在空气中易于氧化并保持很高的温度。(3)碰撞时发生的火花具备必要的温度或"活化物"。具备上述条件的金属或合金，甚至其他各种物质，在碰撞时都容易发生火花引燃气体燃烧爆炸。铝合金如果避开上述发生火因素，即制成摩擦火花安全性合金，这在技术上应该是可行的。其技术难点在于调整铝合金的化学成份，改善显微组织结构，使合金具有适当的延展性和强度，在碰撞摩擦时不产生极细的粉末，就可以减少或避免发生火花。l天l此摩擦火花安全型铸造铝合金，首先选定化学元素的组成，是至关重要的。在上述研究的基础上，再逐一研究了铝合金化学元素对撞击摩擦产生火花的影响，经过仔细地成分筛选和工艺性能试验，研制出了本发明的摩擦火花安全型铸造铝合金材料，经15000次摸拟工况的自由落缍冲击和摩擦试验，最后，确定矿用零件的铸造铝合金材料，按重量百分比计，该铝合金材料的组分及其配比为Zn1.02.5%，Cu3.05.5%，Cr0.10.3%，Ti0.10.2%，Be0.020.05%，Sr0.010.03%，Mn0.30.8%，Rx2.54.5%，Si《1.5%，Mg《0.5%,Fe《0.5%，余量A1。本发明的铸造熔点为615574。C，其密度按冶金部标准所述方法测定为3.812.77(g/Cm"，密度平均值为2.80(g/cm"。本发明的抗拉强度试验按GB228-76标准测定，抗拉试样尺寸按GB173-74标准规定制作，硬度试验按GB251-63标准的试验方法测定，表l列出工频电炉生产的本发明的机械性能。本发明的铸造性能与目前煤矿井下设备外壳用ZL401铸造性能接近。其铸造性能见表2。本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果本发明优选了比较稳定、先进的化学配方，其铸造工艺与普通铝合金的铸造工艺基本相同，矿用通风机铝合金叶片的铸造采用模具压铸机一次压铸成型。用本发明的配方铸造的铝合金叶片，其机械物理性能达到抗拉强度cb》180Mpa，延伸率3》3.0%，硬度HB》50，具有摩擦火花安全性好，密度小、塑性好、耐腐蚀等优点。本发明适用于矿用通风机的叶片、叶轮制作以及携带式、小型移动式或支架式煤电钻，仪器仪表设备外壳等。其生产成本、销售价格与ZL401、ZL104基本一致，使用本发明的铸造铝合金材料不会增加铸造成本。本发明还可以推广到化工、石油、轻工，消防、船舶等行业，有着广泛的应用前景，经济与社会效益非常明显。具体实施例方式实施例1一种矿用零件的铸造铝合金材料，按重量百分比计，该铝合金材料的组分及其配比为Zn2.5%，Cu3%，CrO.1%，TiO.1%，Be0.02%，Sr0.01%，Mn0.3%，Rx2.5%，Si《1.5%,Mg《0.5%，Fe《0.5%，余量Al。实施例2一种矿用零件的铸造铝合金材料，按重量百分比计，该铝合金材料的组分及其配比为Znl.0%，Cu5.5%，CrO.3%，TiO.2%，BeO.05%，Sr0.03%,Mn0.8%，Rx4.5%，Si《1.5%，Mg《0.5%,Fe《0.5%，余量Al。实施例3一种矿用零件的铸造铝合金材料，按重量百分比计，该铝合金材料的组分及其配比为Zn2.5%，Cu2.5%，Cr0.3%，Ti0.15%，Be0.03%,Sr0.03%,Mn0.5%，Rx3.2%，Si《1.5%，Mg《0.5%,Fe《0.5%，余量Al。表1本发明的铸造铝合金抗拉性能汇总表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2本发明和ZL401铸造性能对比表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1.一种矿用零件的铸造铝合金材料，按重量百分比计，该铝合金材料的组分及其配比为Zn1.0～2.5％，Cu3.0～5.5％，Cr0.1～0.3％，Ti0.1～0.2％，Be0.02～0.05％，Sr0.01～0.03％，Mn0.3～0.8％，Rx2.5～4.5％，Si≤1.5％，Mg≤0.5％，Fe≤0.5％，余量Al。2、按照权利要求1所述的矿用零件的铸造铝合金材料，其特征在于所述的铸造铝合金材料的组分及其较佳重量百分比为Cu2.5%，Zn2.5%，Cr0.3%，Ti0.15%，Be0.03%，Sr0.03%，Mn0.5%，Rx3.2%，Ai余量。3、按照权利要求1所述的矿用零件的铸造铝合金材料，其特征在于所述的铸造铝合金材料的铸造熔点为615574°C。4、按照权利要求1所述的矿用零件的铸造铝合金材料，其特征在于所述的铸造铝合金材料的密度为3.812.77(g/cm:'')。全文摘要一种矿用零件的铸造铝合金材料，涉及铸造铝合金材料。煤矿井下用铝合金制造的零件因撞击或摩擦产生火花会引燃瓦斯发生爆炸事故。目前，许多国家在煤矿井下或者在具有沼气危险的采掘工作面300m以内，已禁止使用铝合金材料制造的设备。本发明按重量百分比计，其组分配比为Zn1.0～2.5％，Cu3.0～5.5％，Cr0.1～0.3％，Ti0.1～0.2％，Be0.02～0.05％，Sr0.01～0.03％，Mn0.3～0.8％，Rx2.5～4.5％，Si≤1.5％，Mg≤0.5％，Fe≤0.5％，余量Al。本发明具有摩擦火花安全性好，密度小、塑性好、耐腐蚀等优点。文档编号C22C21/12GK101285141SQ200810055010公开日2008年10月15日申请日期2008年5月30日优先权日2008年5月30日发明者仝小虎,杜崇恒,端木峰青,苏莫明,郭建民申请人:山西省运城安瑞节能风机有限公司