专利名称：一种制造轴承实体保持器的锌基合金材料的制作方法
技术领域：
本发明是一种锌基合金，用于制造滚动轴承实体保持器及其它耐磨结构零件。
滚动轴承实体保持器，是滚动轴承中的耐磨结构零件。在工作中它承受滚动体的磨损和冲击，装配轴承时又要求它具有一定的变形能力，所以要求材质具有高的强度和耐磨性以及足够的塑性和韧性。目前使用较多的是铅黄铜ZHPb59-1，其缺点是强度低(σ≥245N/mm2)，耐磨性差，尤其是要消耗大量的铜，原材料成本高，熔化能耗大。用锌基合金代替铜合金制造滚动轴承实体保持器，不仅可以节省大量昂贵、短缺的铜，降低原材料和制造成本，而且可以提高保持器的强度、耐磨性使用寿命。目前广泛使用的锌基合金ZnAl27，强度高，耐磨性好。在砂型铸造条件下，其抗拉强度为400～441N/mm2。但由于合金组织中有沿晶界分布的富铜相ξ相(CuZn3)存在，在使用过程中，裂纹易从ξ相和晶粒的结合处萌生和扩展，导致沿晶界断裂，所以其塑性低(延伸率为3～6%)，韧性差(冲击韧性为31～54J/cm2)。同时ξ相的存在也给固溶时效处理带来困难。国外推荐用于ZnAl27的热处理工艺为320℃下保温3小时后随炉冷却，处理后合金的塑性虽有提高，但仍明显不足，而强度却大幅度降低。加之其切削加工性较差，因此ZnAl27无法满足轴承实体保持器对材质的性能要求。中国专利申请号为85105072的“一种锌铝铜锰轴承合金”文献，针对ZnAl27合金用作轴承合金时摩擦系数较大及磨轴量较大的缺点，通过改变合金成分及含量，使合金的显微组织为分散分布着硬质点的多相组织，硬质点是以化合物MnAL6为基，固溶了少量的其它元素。因组织中分散分布着硬质点，减小了摩擦面积，改善了润滑条件，因此减小了摩擦偶件的摩擦系数和对轴颈的磨损，且自身耐磨，将锌基合金较好地应用到轴瓦、轴套等耐磨件上。但是，由于含有锰，而且铜、镁等元素含量较高，合金组织中形成了脆性较大的富锰相硬质点，镁元素偏聚晶界而在晶粒表面复有一层镁膜，且组织中仍存在着沿晶界分布的富铜相ξ相，致使合金的塑性和韧性降低(延伸率小于3%，冲击韧性为19～25J/cm2)，不能用热处理方法大幅度提高其塑性和韧性，故也不能用于制造轴承实体保持器及其它对塑性和韧性要求较高的耐磨结构件。
本发明的任务是研制一种适宜于制造滚动轴承实体保持器及其它对塑性和韧性要求较高的抗磨结构件的锌基合金，这种合金强度高，耐磨性好，有足够的塑性和韧性，对铸造成形方法适应性广，切削性能好，可以通过热处理明显提高合金的机械性能。
本发明是一种锌铝系为基的合金，添加少量的铜、镁、铅、铈及其它元素进行合金化，并用钛盐(K2TiF6)进行变质处理。为避免出现硬脆化合物相，合金中不含锰元素。为防止晶界偏析形成镁膜及沿晶界分布的ξ相，又达到最大固溶强化效果，故严格限制合金成份中铜和镁的含量。切削加工性和摩擦润滑性的提高通过加入铅元素来实现。合金的化学成分(以重量百分数计)为Al24～35%;Cu0.1～1.5%;Mg0.005～0.015%;Pb0.5～5.0%;Ce0～.5%(或混合稀土0～1%)，余量为锌及不可避免的杂质。
本发明的优点是，合金的强度高(σb≥441N/mm2)，塑性韧性好(延伸率δ≥14%，冲击韧性ak≥75J/cm2)，耐磨性高于铅黄铜，切削加工性好，易断屑，工件表面光洁度高，原材料成本低，重量轻(比铅黄铜轻40%左右)，熔化耗能低，对铸造成形方法的适应性广，可以在铸态下直接使用，也可以通过热处理使合金进一步强韧化，适用于制造在120℃以下工作的滚动轴承实体保持器及其它耐磨结构零件。
具体实施例方式将预先配制的Al-50%Cu中间合金装入坩埚加热熔化，再加入占总量四分之三的锌，熔化加热至600～720℃，先用钛盐进行变质处理，再加镁、铅及余下的锌。合金浇注成分为Al24%，Cu1.5%，Mg0.015%，Pb0.5%，Ce0.02%，余量为Zn。可用合金液直接浇注毛坯铸件或浇注合金铸锭备用。可用离心铸造方法铸造成形，浇注温度530～560℃，离心机转速视零件直径大小在600～1200转/分范围内选择;也可以采用砂型、石墨型、金属型铸造，压铸或液态模锻方法铸造成形。合金铸态显微组织是多相组织，由富铝α相枝晶(经固态相变后部分转变为Zn-Al二元共析体)的枝晶间的不平衡共晶组织组成。铸件重新加热至300～360℃保温4～12小时后在水中冷却，然后时效处理。处理后的合金显微组织为细小均匀的粒状(α+η+ξ)组织(粒度小于1um)。
权利要求
1.一种用于制造滚动轴承实体保持器及其它耐磨结构件的锌基合金，其特征在于，由Al24～35%，CU0.1～1.5%，Mg0.005～0.015%，Pb0.5～5.0%，Ce0～0.5%或混合稀土0～1%，余量为Zn组成。
2.根据权利要求1所述的锌基合金，其特征在于，合金熔炼时采用钛盐(K2TiF6)变质处理，处理温度为600～720℃。
3.根据权利要求1或2所述的锌基合金，其特征在于，合金铸态显微组织由富铝α枝晶和枝昌间不平衡共晶组织组成。
4.根据权利要求1或2所述的锌基合金，其特征在于，合金铸造成形后能通过热处理进一步提高其强度、塑性和韧性，其处理工艺为300～360℃保温4～12小时后水冷，然后时效，处理后合金显微组织为细小粒状(α+η+ξ)组织，粒度小于1um。
5.根据权利要求1或2所述的锌基合金，其特征在于，可以用砂型、金属型、石墨型或离心铸造成形，也可以通过压铸或液态模锻方法成形。
全文摘要
一种用于制造滚动轴承实体保持器及其它耐磨结构件的锌基合金，由Al25～35％，Cu0.1～1.5％，Mg0.005～0.15％，Pb0.5～5.0％，余量为Zn组成，采用钛盐变质处理，金属型或离心铸造，也可用压铸或液态模锻方法铸造成型。铸件能通过热处理提高合金的强度、塑性和韧性。合金的强度σb≥441N/mm
文档编号C22C18/04GK1045131SQ89100790
公开日1990年9月5日 申请日期1989年2月24日 优先权日1989年2月24日
发明者马霆, 陈全德, 何彦永, 王宏敏, 朱跃峰 申请人:洛阳工学院