專利名稱：一種高鋁耐磨鋅基合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨金屬材料，更具體地涉及一種鉻、硅、錳元素合金化的耐磨鋅基合金。
背景技術(shù)：
以鋅為基加入其它元素組成的合金稱為鋅基合金,常加入的合金元素有招、銅、 鎂、鎘、鉛、鈦等；鋅基合金熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，易熔焊、釬焊和塑性加工，在大氣中耐腐蝕，成本低廉，性能優(yōu)良，因此受到廣泛應(yīng)用。常用其代替錫青銅制造耐磨零件，應(yīng)用于機(jī)床、礦山機(jī)械等，鋅合金軸瓦具有承載能力強(qiáng)，且在潤滑不良或失效時(shí)不易發(fā)生拉傷和咬焊等優(yōu)點(diǎn)。 因此，世界發(fā)達(dá)國家對(duì)此已經(jīng)展開了積極的研究，開發(fā)了一系列高鋁鋅基耐磨材料，可以滿足各種不同工況條件下的需求。
國內(nèi)傳統(tǒng)的鋅基合金存在摩擦系數(shù)偏高、耐磨性不夠理想、使用溫度低等缺點(diǎn)；分析其原因，主要是合金組織中缺乏硬質(zhì)點(diǎn)。按照沙爾濱減摩理論，軸承合金的組織應(yīng)該是在軟基體上分布著硬質(zhì)點(diǎn)；如果在鋅基合金中加入鉻、硅、錳和稀土鈰元素，則可以在鋅基合金中生成硬質(zhì)點(diǎn)相，從而提高合金的耐磨性能，降低摩擦系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服上述不足之處而提供一種具有良好耐磨性的鉻、硅、 錳、鈰合金化鋅基合金，該合金與ZA系列鋅基合金相比較，摩擦系數(shù)低，熱強(qiáng)性好，可以用于烘缸、軸瓦等工作溫度較高和重載的工作環(huán)境，從而代替銅合金軸瓦，可取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明的高鋁耐磨鋅基合金的成分質(zhì)量百分比如下A1 :28 35%，Cr :0. 15 O. 3%, Cu :1· 5 2. 5%, S1:1· O 3· 0%，Μη :0. 4 1. 0%，Mg :0. 01 O. 06%, Ce 0. 06 O. 2%,余量為Zn。合金中鋁可以改善合金的鑄造性能，增加流動(dòng)性，細(xì)化晶粒，提高機(jī)械性能同時(shí)降低鋅對(duì)鐵的反應(yīng)能力。銅可以增加合金的硬度和強(qiáng)度，改善合金的抗磨損性能同時(shí)減少晶間腐蝕。鎂可以細(xì)化合金組織，增加合金的強(qiáng)度，減少晶間腐蝕，改善合金的抗磨損性能。 鉻和硅能在合金中形成穩(wěn)定的高熔點(diǎn)化合物，提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，稀土元素鈰也能與銅、鋅作用生成高熔點(diǎn)化合物，同時(shí)使基體晶粒細(xì)化，提高流動(dòng)性能，使工件的內(nèi)部組織均勻致密。
作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，高鋁耐磨鋅基合金的成分質(zhì)量百分比如下A1 29 33%，Cr 0. 21 O. 28%, Cu :L 9 2. 2%, S1:L 4 2. 7%,Mn 0. 5 O. 8%,Mg 0. 03 O. 04%, Ce 0. 12 O. 17%，余量為 Zn。
本發(fā)明的高鋁耐磨鋅基合金的熔鑄工藝流程如下爐料選擇一中間合金的熔煉一配料一熔煉一精煉除渣一澆鑄工件。
依據(jù)設(shè)計(jì)的鋅基合金的成份進(jìn)行配料。坩鍋預(yù)熱至500°C左右時(shí)裝入80%的鋅， 繼續(xù)加熱至鋅熔化后，依次加入Al-Cr、Al-Cu、Al-S1、Al-Mn及純Al，待其全部熔化后，加入剩余的鋅，最后加入Al-Ce、Zn-Mg合金，充分?jǐn)嚢瑁?70°C保溫。加入ZnCl2除氣精煉，扒渣后澆注試件。
本發(fā)明的主要技術(shù)特點(diǎn)加入Cr、S1、Mn、Mg、Ce的高鋁耐磨鋅基合金，其合金的組織為基體+共晶體+Si質(zhì)點(diǎn)+化合物的復(fù)相組織。其抗拉強(qiáng)度σ b350 450MPa，室溫硬度 120-145HBS，抗壓強(qiáng)度σ b。> 810MPa，沖擊韌性ak > 26 J/cm2，流動(dòng)性佳，耐磨性能好，摩擦系數(shù)大約是錫青銅1/3，同時(shí)熔煉和澆注溫度低，節(jié)省了大量能源。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明將結(jié)合以下實(shí)施例作進(jìn)一步描述
依據(jù)以下成份進(jìn)行配料，Al28 35%，Cr 0. 15 O. 3%, Cu 1. 5 2. 5%, Si 1. O 3. 0%, Mn 0. 4 1. 0%, Mg :0. 01 O. 06%, Ce 0. 06 O. 2%,余量為 Zn。
生產(chǎn)工藝如下利用坩鍋預(yù)熱，采用DRZ-4電阻爐溫度控制器進(jìn)行溫度控制，當(dāng)溫度達(dá)到500°C左右時(shí)，裝入80%的鋅，繼續(xù)加熱，待鋅熔化后，加入Al-Cu、Al-Cr, Al-Si, Al-Mn及純Al，待其全部熔化后，加入剩余的鋅，最后加入Al-Ce、Zn-Mg合金，670°C保溫使各元素均勻。最后加入ZnCl2除氣精煉，扒渣后澆注試件，用于測定各項(xiàng)性能。
本發(fā)明的實(shí)施例見下表I。
本發(fā)明的性能指標(biāo)見下表2。
表I各合金元素的組成(重量百分比％)
權(quán)利要求
1.一種高鋁耐磨鋅基合金，其成分質(zhì)量百分比如下A1 :28 35%，Cr :0. 15 O. 3%， Cu :1. 5 2. 5%, S1:1. O 3. 0%, Mn 0. 4 1. 0%, Mg 0. 01 O. 06%, Ce 0. 06 O. 2%，余量為Zn。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁耐磨鋅基合金,其成分質(zhì)量百分比如下A1:29 33%， Cr 0. 21 O. 28%, Cu :1. 9 2. 2%, S1:1. 4 2. 7%, Mn 0. 5 O. 8%, Mg 0. 03 O. 04%, Ce 0. 12 O. 17%，余量為 Zn。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高鋁耐磨鋅基合金，其成分質(zhì)量百分比如下Al28～35%，Cr0.15～0.3%，Cu1.5～2.5%，Si1.0～3.0%，Mn0.4～1.0%，Mg0.01～0.06%，Ce0.06～0.2%，余量為Zn。本發(fā)明提供的高鋁耐磨鋅基合金已經(jīng)成功地應(yīng)用在造紙機(jī)烘缸軸軸瓦上，烘缸軸軸瓦的工作環(huán)境溫度為134℃，軸瓦工作溫度為200℃，滑動(dòng)線速度為0.6m/s，承受載荷為9000kg，試用效果良好，其耐磨性和減摩性與銅合金軸瓦相當(dāng)，完全可以代替銅合金軸瓦，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
文檔編號(hào)C22C18/04GK102994806SQ20121057830
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者歷長云, 鄭喜平, 王海燕, 胡佰林, 徐冬霞, 米國發(fā), 崔秀芳 申請人:河南理工大學(xué)