一种高强高韧耐磨挤压锌合金的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种挤压锌合金(变形锌合金)的制备方法，特别是指一种高强高韧耐磨挤压锌合金的制备方法，属有色金属新材料制造领域。
【背景技术】
[0002]高铝锌合金(20?45% Al)具有优良的耐磨性能，原材料成本低、资源丰富，熔化能耗少，密度小(4.0?5.2g/cm3)。用于代替锡青铜、铝青铜等铜合金，制造耐磨减摩零件，如轴套、蜗轮、齿轮、螺母、螺帽、滑板等，在机械制造领域应用，表现出良好的耐磨减摩性能，对于节约贵重的铜资源、节能降耗等，具有显著的经济和社会效益。
[0003]但是，目前应用的高铝锌合金主要以铸造方法生产，由于铝含量较高(20?45%Al)，凝固温度范围较宽，铸件呈糊状凝固方式，因此铸件易出现缩松、偏析等铸造缺陷，致使合金的塑韧性较差(伸长率I?3% )，在冲击载荷等情况下，易发生断裂等，限制了高铝锌合金应用范围。
[0004]通过采用晶粒细化、微合金化以及热处理等技术，都难以大幅度提高铸造锌合金的性能，特别是合金的塑韧性。
[0005]因此，研制一种强度、硬度、韧性各方面性能兼得的锌合金势在必行。
[0006]现有技术中有研宄变形锌基合金的，如专利CN102534303A发明了一种高强度锌铝合金棒材及其制备方法，发明合金成分质量百分比为3.9?4.3% Al、0.5?1.25% Cu、0.03?0.06% Mg、余为Zn。通过挤压方法制备的棒材，拉伸强度彡370MPa，伸长率彡12%,布氏硬度HB彡90。但是，这种合金由于铝含量低，耐磨性差。专利CN101698912A发明了一种适用于连续挤压的变形锌基合金，发明合金成分质量百分比为8?30% Al、2?6%Cu,65 ?75% Zn，辅助成分 0.05 ?0.3% B,0.05 ?0.2% Ti,0.01 ?0.45% Mn,0.01 ?0.05% Mg0或者发明合金成分质量百分比为5?25% Al、l?3% Cu、0.5?1.5% Mn、70 ?85% Zn，辅助成分 0.5 ?1.5% B,0.5 ?1% Ti,0.01 ?0.48% Si,0.01 ?0.02%Mg。通过挤压方法制备的棒材，抗拉强度430MPa，伸长率彡20%。这种合金的B含量高，会影响合金的成形加工性能。专利(CN101914704 A)发明了一种含Cr的抗蠕变挤压锌合金及其制备方法，合金成分按质量百分比为，0.05?3.0% Cr,0.5?2.5% Cu,0.1?0.3%T1、余量为Zn，及总量不大于0.05%的杂质，还可以含有1.0?1.0% Al。该发明合金的拉伸强度彡300MPa,伸长率28.8?37.6%。该合金为Zn-Cu-Ti系合金，添加合金元素Cr，主要是提高抗蠕变性能。
[0007]直到目前，国内外对高铝变形锌合金及固态塑性成形加工等方面研宄仍较少，也没有这方面的变形锌合金标准和优良的产品。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于，提供一种高强高韧耐磨挤压锌合金的制备方法。
[0009]本发明是通过下述技术方案实现的:
[0010]一种高强高韧耐磨挤压锌合金的制备方法，包括步骤如下:
[0011](I)按照下列成分质量百分比选取纯金属或中间合金，熔炉内加热熔化并浇注成铸锭:25.0 ?40.0% Al,2.0 ?5.0% Cu,0.005 ?0.10% Mg,0.02 ?0.15% Ti,0.004 ?0.03% B，余量为锌以及不可避免的杂质元素，杂质元素含量控制范围为:Fe ^ 0.1%,Pb 彡 0.004%, Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003% ；
[0012](2)铸锭于280°C?360°C均匀化处理，均匀化处理时间2?12小时；
[0013](3)将均匀化处理后的铸锭放入挤压机的挤压筒内，在280°C?340°C下挤压成型，冷却。
[0014]上述制备方法中，步骤(I)所述的成分质量百分比优选范围为:25.0?40.0%Al,2.5 ?4.5% Cu,0.015 ?0.05% Mg,0.04 ?0.08% Ti,0.008 ?0.016% B，余量为锌以及不可避免的杂质元素。
[0015]步骤(I)的具体操作优选:首先在电阻坩祸炉中加入电解铝、电解铜、锌锭，升温熔化，熔化控制温度700°C?750°C，当铝、铜含量高时，熔化控制温度相应提高，待全部熔化后，用精炼剂进行除渣除气处理，静置后扒渣；然后，先加入预热温度200?300°C的Mg-Al中间合金，再加入预热温度200 °C?300 °C的Al-T1-B中间合金，或同时加入预热200°C?300°C的Mg-Al中间合金和Al-T1-B中间合金，待中间合金全部熔化后，将金属液搅拌均匀，静置10至15分钟，在620°C?670°C浇注成圆形铸锭。
[0016]步骤(2)中铸锭均匀化处理的主要目的是减少成分偏析，获得组织较均匀的铸锭。均匀化处理温度和时间对挤压型材的性能和成形工艺有重要影响。当均匀化温度低或均匀化时间短时，铸锭组织均匀性差，挤压变形抗力大，挤压组织中保留了部分铸态组织的特征。随均匀化温度的增加和时间的延长，铸锭组织较为均匀，铸态组织中的富铜相CuZn4相部分分解，固溶于基体中。均匀化温度超过360°C，会产生挤压坯料过烧现象。
[0017]步骤(3)为了提高合金的强度、塑韧性和耐磨性，挤压时采用风冷或水冷；挤压成型包括棒材、管材、U型材、板材等。挤压模具预热温度优选280°C?320°C，挤压筒预热温度优选280?320 °C。
[0018]上述方法制得的锌合金拉伸强度500?552MPa，伸长率11?25%，布氏硬度HB120-153。
[0019]本发明合金中的各组元在合金中的作用如下:铝在合金中的主要作用是提高合金的强度、硬度、塑性和耐磨性。随铝含量增加，挤压锌合金的强度、韧性和耐磨性提高。在合金中，加入铜提高合金的强度、硬度，耐磨性。铜部分固溶于富铝α相和富锌η相中，剩余的铜与锌形成(^泣仏金属间化合物相；铸造状态下，CuZn 4相呈点、块状分布在晶界上；随着铜含量的增加，CuZn4金属间化合物相数量增加。过多的CuZn 4金属间化合物相会影响合金的塑韧性。铸坯经均匀化处理后挤压，CuZn4金属间化合物相分布均匀、细小。镁是重要的微合金化元素，加入微量的镁，就可以获得非常显著的强化效果。微量的镁主要固溶于富铝α相、富锌的η相中，起固溶强化作用。T1、B主要是用于细化合金的初生富铝α相，以获得组织细小、均匀的铸锭组织。合金中加入T1、B后，在合金液中形成细小的TiAl3相、TiB相等粒子，这些细小粒子作为初生富铝α相的晶核，促使基体组织初生富铝α相细化，形成等轴晶组织，有利于提高挤压合金的性能。
[0020]本发明通过组分和工艺处理的结合制得了高强高韧耐磨挤压锌合金。
【附图说明】
[0021]图1为本发明挤压出的一种型材；
[0022]图2为本发明制得的材料的金相组织图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例，对本发明进一步具体说明。
[0024]实施例1
[0025]按照成分配比(质量百分比):26.5%Al,2.51 % Cu,0.015 % Mg,0.05% T1、0.01% B，余量为Zn以及不可避免的杂质元素，杂质元素控制范围为:Fe ^ 0.1%,Pb 彡 0.004%, Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003%。
[0026]制备方法如下:称取电解铝、电解铜、锌锭，放入预热的坩祸中，电阻炉熔化控制温度700°C。待全部熔化后，用精炼剂进行除渣除气处理，然后静置扒渣。加入预热温度均为200°C?300°C的Mg-10% Al中间合金、Al-T1-B中间合金，待全部熔化后，将金属液搅拌均匀，静置10分钟。铸锭采用金属型铸造，浇注温度630°C。铸锭经车削加工去表层氧化皮后，备挤压用。
[0027]在箱式电阻炉中对挤压坯料进行均匀化处理，均匀化温度300°C，时间3小时，然后挤压成直径Φ16的棒材，挤压筒预热温度30(TC，模具温度30(TC，挤压筒直径125，挤压比61。挤压时采用风冷。
[0028]挤压态棒材的力学性能为:拉伸强度为502MPa，伸长率18%，布氏硬度HB123。
[0029]实施例2
[0030]按照成分配比(质量百分比):26.5%Al,2.51 % Cu,0.025 % Mg,0.05% T1、0.01% B，余量为Zn以及不可避免的杂质元素，杂质元素控制范围为:Fe ^ 0.1%,Pb 彡 0.004%, Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003%。
[0031]制备方法如下:称取电解铝、电解铜、锌锭，放入预热的坩祸中，电阻炉熔化控制温度700°C。待全部熔化后，用精炼剂进行除渣除气处理，然后静置扒渣。加入预热温度均为200°C?300°C的Mg-10% Al中间合金、Al-T1-B中间合金，待全部熔化后，将金属液搅拌均匀，静置10分钟。铸锭采用金属型铸造，浇注温度630°C。铸锭经车削加工后，备挤压用。
[0032]在箱式电阻炉中对挤压坯料进行均匀化处理，均匀化温度300°C，时间3小时，然后挤压成直径Φ16的棒材，挤压筒预热温度30(TC，模具温度30(TC，挤压筒直径125，挤压比61。挤压时采用风冷。
[0033]挤压态棒材的力学性能为:拉伸强度为530?537MPa，伸长率14?15%，布氏硬度 HB135。
[0034]实施例3
[0035]按照成分配比(质量百分比):26.5%Α1、2.51% Cu,0.05% Mg,0.05% Ti,0.01%B，余量为Zn以及不可避免的杂质元素，杂质元素控制范围为:Fe彡0.l%、Pb彡0.004%、Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003%。
[0036]制备方法如下:称取电解铝、电解铜、锌锭，放入预热的坩祸中，电阻炉熔化控制温度700°C。待全部熔化后，用精炼剂进行除渣除气处理，然后静置扒渣。加入预热温度均为200°C?300°C的Mg-10% Al中间合金、Al-T1-B中间合金，待全部熔化后，将金属液搅拌均匀，静置10分钟。铸锭采用金属型铸造，浇注温度630°C。铸锭经车削加工后，备挤压用。
[0037]在箱式电阻炉中对挤压坯料进行均匀化处理，均匀化温度300°C，时间3小时，然后挤压成直径Φ16的棒材，挤压筒预热温度30(TC，模具温度30(TC，挤压筒直径125，挤压比61。挤压时采用风冷。
[0038]挤压态棒材的力学性能为:拉伸强度为512?516MPa，伸长率21?23%，布氏硬度 HB138。
[0039]实施例4
[0040]按照成分配比(质量百分比):26.5%Α1、3.5% Cu,0.025% Mg,0.05% Ti,0.01%B，余量为Zn以及不可避免的杂质元素，杂质元素控制范围为:Fe彡0.l%、Pb彡0.004%、Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003%。
[0041]制备方法如下:称取电解铝、电解铜、锌锭，放入预热的坩祸中，电阻炉熔化控制温度700°C。待全部熔化后，用精炼剂进行除渣除气处理，然后静置扒渣。加入预热温度均为200°C?300°C的Mg-10% Al中间合金、Al-T1-B中间合金，待