专利名称：一种高强度高韧性耐磨锌基合金及其熔炼方法
技术领域：
本发明涉及锌合金技术领域，具体涉及一种高强度高韧性耐磨锌基合金及其熔炼方法。
背景技术：
目前在制作耐磨铸件例如涡轮、螺母、轴瓦、轴套、导轨、滑块等时，使用的耐磨合金材料主要为巴氏合金、青铜合金和黄铜合金。巴氏合金的价格较贵，因此制得的耐磨铸件的生产成本较高。青铜合金和黄铜合金也存在价格较高的问题，另外，由于青铜合金和黄铜合金中铜含量高，因此制得的耐磨铸件不仅重量大，而且也消耗了大量有限的铜资源。为了找到一种能替代巴氏合金、青铜合金或黄铜合金的耐磨合金材料，人们进行了大量的研究。 目前已经有采用锌铝合金如ZA27生产衬瓦、涡轮等耐磨铸件，但在使用中经常发现易损坏、寿命低的问题，耐磨性、抗拉强度、硬度等性能不能满足使用要求，并且密度也较大。研制出一种性能优良的耐磨合金材料，仍然是目前一个重大的研究课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度高韧性耐磨锌基合金。本发明的目的还在于提供一种高强度高韧性耐磨锌基合金的熔炼方法。为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是一种高强度高韧性耐磨锌基合金，由以下重量百分含量的组分组成36 45%的铝、3. 5 5%的铜、0. 04 0. 08%的硼、 0. 01 0. 25%的稀有金属，余量的锌。进一步的，所述稀有金属选自镁、钛和锆中的一种或几种。—种高强度高韧性耐磨锌基合金的熔炼方法，包括以下步骤在坩埚内加入纯铝、 铝铜中间合金和铝硼中间合金，加热至700 750°C，待铝铜中间合金和铝硼中间合金熔化后再向所述坩埚中加入纯锌，温度保持700 750°C，待锌熔化后，向所述坩埚中加入锌除气清渣剂，然后再向所述坩埚中加入稀有金属进行变质处理，温度保持700 750°C，待稀有金属完全熔化后，停止加热，所得合金熔液静置至熔液温度降至580 600°C时，进行浇注，得到高强度高韧性耐磨锌基合金。本发明提供的高强度高韧性耐磨锌基合金采用稀有金属进行变质处理，大大提高了锌基合金的耐磨性、抗拉强度，布氏硬度和伸缩率也显著提高。其中抗拉强度可达450N/ mm2，布氏硬度大于110N/mm2，伸缩率为6 12%。本发明提供的高强度高韧性耐磨锌基合金可以代替价格较贵的巴氏合金、青铜合金、黄铜合金，用于制作蜗轮、螺母、轴瓦、轴套、导轨、滑块等耐磨铸件。本发明提供的高强度高韧性耐磨锌基合金的密度较小，只有约4. 8 4. 9g/cm3，采用本发明提供的高强度高韧性耐磨锌基合金制作耐磨铸件能大大节约材料， 使制作同一部件的成本降低约40 50%，市场前景广阔。变质处理是指在通常合金熔炼中，除加入常规成分之外，另外加入少量的元素例如本发明中采用的稀有金属，使合金的凝固过程有所改变，达到改善合金性能的目的。变质处理的作用原理是由于加入了变质剂如本发明中采用的稀有金属，形成了较多的外来核心，使晶粒细化或改变结晶形态，从而改善力学性能。
具体实施例方式实施例1本实施例提供的高强度高韧性耐磨锌基合金由以下重量百分含量的组分组成 36 %的铝、5 %的铜、0. 08 %的硼、0. 01 %的镁，余量的锌。本实施例提供的高强度高韧性耐磨锌基合金的熔炼方法，包括以下步骤在坩埚内加入纯铝、铝铜中间合金和铝硼中间合金，加热至750°C，待铝铜中间合金和铝硼中间合金熔化后再向坩埚中加入纯锌，温度保持750°C，待锌熔化后，向坩埚中加入锌除气清渣剂， 锌除气清渣剂的重量为纯锌重量的0. 2%，然后再向坩埚中加入镁进行变质处理，加入镁时要用压罩将镁压至合金熔液的下部并搅动，变质处理温度保持750°C，待镁完全熔化后，停止加热，所得合金熔液静置至熔液温度降至600°C时，进行浇注，得到高强度高韧性耐磨锌基合金ο本实施例提供的高强度高韧性耐磨锌基合金的抗拉强度为452N/mm2，布氏硬度 117N/mm2，伸缩率为 10%，密度 4. 9g/cm3。实施例2本实施例提供的高强度高韧性耐磨锌基合金由以下重量百分含量的组分组成 45%的铝、3. 5%的铜、0. 04%的硼、0. 10%的镁、0. 10%的钛，余量的锌。本实施例提供的高强度高韧性耐磨锌基合金的熔炼方法，包括以下步骤在坩埚内加入纯铝、铝铜中间合金和铝硼中间合金，加热至700°C，待铝铜中间合金和铝硼中间合金熔化后再向坩埚中加入纯锌，温度保持700°C，待锌熔化后，向坩埚中加入锌除气清渣剂， 锌除气清渣剂的重量为纯锌重量的0. 2%，然后再向坩埚中加入镁和钛进行变质处理，加入镁和钛时要用压罩将其压至合金熔液的下部并搅动，变质处理温度保持700°C，待镁、钛完全熔化后，停止加热，所得合金熔液静置至熔液温度降至580°C时，进行浇注，得到高强度高韧性耐磨锌基合金。本实施例提供的高强度高韧性耐磨锌基合金的抗拉强度为451N/mm2，布氏硬度 115N/mm2，伸缩率为 12%，密度 4. 8g/cm3。实施例3本实施例提供的高强度高韧性耐磨锌基合金由以下重量百分含量的组分组成 40 %的铝、4. 5 %的铜、0. 07 %的硼、0. 10 %的镁、0. 10 %的钛、0. 05 %的锆，余量的锌。本实施例提供的高强度高韧性耐磨锌基合金的熔炼方法，包括以下步骤在坩埚内加入纯铝、铝铜中间合金和铝硼中间合金，加热至700°C，待铝铜中间合金和铝硼中间合金熔化后再向坩埚中加入纯锌，温度保持700°C，待锌熔化后，向坩埚中加入锌除气清渣剂， 锌除气清渣剂的重量为纯锌重量的0. 2%，然后再向坩埚中加入镁、钛、锆进行变质处理，加入镁、钛、锆时要用压罩将其压至合金熔液的下部并搅动，变质处理温度保持700°C，待镁、 钛、锆完全熔化后，停止加热，所得合金熔液静置至熔液温度降至580°C时，进行浇注，得到高强度高韧性耐磨锌基合金。本实施例提供的高强度高韧性耐磨锌基合金的抗拉强度为455N/mm2，布氏硬度112N/mm2，伸缩率为 11%，密度 4. 9g/cm3。 实施例1-3中用到的铝铜中间合金和铝硼中间合金均为市售商品。所用的锌除气清渣剂由成都居里科技有限公司生产销售。
权利要求
1.一种高强度高韧性耐磨锌基合金，其特征在于，由以下重量百分含量的组分组成 36 45%的铝、3. 5 5%的铜、0. 04 0. 08%的硼、0. 01 0. 25%的稀有金属，余量的锌。
2.根据权利要求1所述的高强度高韧性耐磨锌基合金，其特征在于，所述稀有金属选自镁、钛和锆中的一种或几种。
3.—种权利要求1或2所述的高强度高韧性耐磨锌基合金的熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤在坩埚内加入纯铝、铝铜中间合金和铝硼中间合金，加热至700 750°C，待铝铜中间合金和铝硼中间合金熔化后再向所述坩埚中加入纯锌，温度保持700 750°C，待锌熔化后，向所述坩埚中加入锌除气清渣剂，然后再向所述坩埚中加入稀有金属进行变质处理，温度保持700 750°C，待稀有金属完全熔化后，停止加热，所得合金熔液静置至熔液温度降至580 600°C时，进行浇注，得到高强度高韧性耐磨锌基合金。
全文摘要
本发明公开了一种高强度高韧性耐磨锌基合金，由以下重量百分含量的组分组成36～45％的铝、3.5～5％的铜、0.04～0.08％的硼、0.01～0.25％的稀有金属，余量的锌。本发明提供的高强度高韧性耐磨锌基合金可以代替价格较贵的巴氏合金、青铜合金、黄铜合金，用于制作蜗轮、螺母、轴瓦、轴套、导轨、滑块等耐磨铸件。本发明提供的高强度高韧性耐磨锌基合金的密度较小，只有约4.8～4.9g/cm3，采用本发明提供的高强度高韧性耐磨锌基合金制作耐磨铸件能大大节约材料，使制作同一部件的成本降低约40～50％，市场前景广阔。
文档编号C22C1/03GK102560196SQ20121003186
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者刘延明, 杨志强, 王德义 申请人:郑州市大象减速机厂