一種高強高韌耐磨擠壓鋅合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種擠壓鋅合金(變形鋅合金)的制備方法，特別是指一種高強高韌耐磨擠壓鋅合金的制備方法，屬有色金屬新材料制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高鋁鋅合金(20?45% Al)具有優(yōu)良的耐磨性能，原材料成本低、資源豐富，熔化能耗少，密度小(4.0?5.2g/cm3)。用于代替錫青銅、鋁青銅等銅合金，制造耐磨減摩零件，如軸套、蝸輪、齒輪、螺母、螺帽、滑板等，在機械制造領(lǐng)域應(yīng)用，表現(xiàn)出良好的耐磨減摩性能，對于節(jié)約貴重的銅資源、節(jié)能降耗等，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。
[0003]但是，目前應(yīng)用的高鋁鋅合金主要以鑄造方法生產(chǎn)，由于鋁含量較高(20?45%Al)，凝固溫度范圍較寬，鑄件呈糊狀凝固方式，因此鑄件易出現(xiàn)縮松、偏析等鑄造缺陷，致使合金的塑韌性較差(伸長率I?3% )，在沖擊載荷等情況下，易發(fā)生斷裂等，限制了高鋁鋅合金應(yīng)用范圍。
[0004]通過采用晶粒細(xì)化、微合金化以及熱處理等技術(shù)，都難以大幅度提高鑄造鋅合金的性能，特別是合金的塑韌性。
[0005]因此，研制一種強度、硬度、韌性各方面性能兼得的鋅合金勢在必行。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中有研宄變形鋅基合金的，如專利CN102534303A發(fā)明了一種高強度鋅鋁合金棒材及其制備方法，發(fā)明合金成分質(zhì)量百分比為3.9?4.3% Al、0.5?1.25% Cu、0.03?0.06% Mg、余為Zn。通過擠壓方法制備的棒材，拉伸強度彡370MPa，伸長率彡12%,布氏硬度HB彡90。但是，這種合金由于鋁含量低，耐磨性差。專利CN101698912A發(fā)明了一種適用于連續(xù)擠壓的變形鋅基合金，發(fā)明合金成分質(zhì)量百分比為8?30% Al、2?6%Cu,65 ?75% Zn，輔助成分 0.05 ?0.3% B,0.05 ?0.2% Ti,0.01 ?0.45% Mn,0.01 ?0.05% Mg0或者發(fā)明合金成分質(zhì)量百分比為5?25% Al、l?3% Cu、0.5?1.5% Mn、70 ?85% Zn，輔助成分 0.5 ?1.5% B,0.5 ?1% Ti,0.01 ?0.48% Si,0.01 ?0.02%Mg。通過擠壓方法制備的棒材，抗拉強度430MPa，伸長率彡20%。這種合金的B含量高，會影響合金的成形加工性能。專利(CN101914704 A)發(fā)明了一種含Cr的抗蠕變擠壓鋅合金及其制備方法，合金成分按質(zhì)量百分比為，0.05?3.0% Cr,0.5?2.5% Cu,0.1?0.3%T1、余量為Zn，及總量不大于0.05%的雜質(zhì)，還可以含有1.0?1.0% Al。該發(fā)明合金的拉伸強度彡300MPa,伸長率28.8?37.6%。該合金為Zn-Cu-Ti系合金，添加合金元素Cr，主要是提高抗蠕變性能。
[0007]直到目前，國內(nèi)外對高鋁變形鋅合金及固態(tài)塑性成形加工等方面研宄仍較少，也沒有這方面的變形鋅合金標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)良的產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于，提供一種高強高韌耐磨擠壓鋅合金的制備方法。
[0009]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0010]一種高強高韌耐磨擠壓鋅合金的制備方法，包括步驟如下:
[0011](I)按照下列成分質(zhì)量百分比選取純金屬或中間合金，熔爐內(nèi)加熱熔化并澆注成鑄錠: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，余量為鋅以及不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素含量控制范圍為:Fe ^ 0.1%,Pb 彡 0.004%, Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003% ；
[0012](2)鑄錠于280°C?360°C均勻化處理，均勻化處理時間2?12小時；
[0013](3)將均勻化處理后的鑄錠放入擠壓機的擠壓筒內(nèi)，在280°C?340°C下擠壓成型，冷卻。
[0014]上述制備方法中，步驟(I)所述的成分質(zhì)量百分比優(yōu)選范圍為: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，余量為鋅以及不可避免的雜質(zhì)元素。
[0015]步驟(I)的具體操作優(yōu)選:首先在電阻坩禍爐中加入電解鋁、電解銅、鋅錠，升溫熔化，熔化控制溫度700°C?750°C，當(dāng)鋁、銅含量高時，熔化控制溫度相應(yīng)提高，待全部熔化后，用精煉劑進行除渣除氣處理，靜置后扒渣；然后，先加入預(yù)熱溫度200?300°C的Mg-Al中間合金，再加入預(yù)熱溫度200 °C?300 °C的Al-T1-B中間合金，或同時加入預(yù)熱200°C?300°C的Mg-Al中間合金和Al-T1-B中間合金，待中間合金全部熔化后，將金屬液攪拌均勻，靜置10至15分鐘，在620°C?670°C澆注成圓形鑄錠。
[0016]步驟(2)中鑄錠均勻化處理的主要目的是減少成分偏析，獲得組織較均勻的鑄錠。均勻化處理溫度和時間對擠壓型材的性能和成形工藝有重要影響。當(dāng)均勻化溫度低或均勻化時間短時，鑄錠組織均勻性差，擠壓變形抗力大，擠壓組織中保留了部分鑄態(tài)組織的特征。隨均勻化溫度的增加和時間的延長，鑄錠組織較為均勻，鑄態(tài)組織中的富銅相CuZn4相部分分解，固溶于基體中。均勻化溫度超過360°C，會產(chǎn)生擠壓坯料過燒現(xiàn)象。
[0017]步驟(3)為了提高合金的強度、塑韌性和耐磨性，擠壓時采用風(fēng)冷或水冷；擠壓成型包括棒材、管材、U型材、板材等。擠壓模具預(yù)熱溫度優(yōu)選280°C?320°C，擠壓筒預(yù)熱溫度優(yōu)選280?320 °C。
[0018]上述方法制得的鋅合金拉伸強度500?552MPa，伸長率11?25%，布氏硬度HB120-153。
[0019]本發(fā)明合金中的各組元在合金中的作用如下:鋁在合金中的主要作用是提高合金的強度、硬度、塑性和耐磨性。隨鋁含量增加，擠壓鋅合金的強度、韌性和耐磨性提高。在合金中，加入銅提高合金的強度、硬度，耐磨性。銅部分固溶于富鋁α相和富鋅η相中，剩余的銅與鋅形成(^泣仏金屬間化合物相；鑄造狀態(tài)下，CuZn 4相呈點、塊狀分布在晶界上；隨著銅含量的增加，CuZn4金屬間化合物相數(shù)量增加。過多的CuZn 4金屬間化合物相會影響合金的塑韌性。鑄坯經(jīng)均勻化處理后擠壓，CuZn4金屬間化合物相分布均勻、細(xì)小。鎂是重要的微合金化元素，加入微量的鎂，就可以獲得非常顯著的強化效果。微量的鎂主要固溶于富鋁α相、富鋅的η相中，起固溶強化作用。T1、B主要是用于細(xì)化合金的初生富鋁α相，以獲得組織細(xì)小、均勻的鑄錠組織。合金中加入T1、B后，在合金液中形成細(xì)小的TiAl3相、TiB相等粒子，這些細(xì)小粒子作為初生富鋁α相的晶核，促使基體組織初生富鋁α相細(xì)化，形成等軸晶組織，有利于提高擠壓合金的性能。
[0020]本發(fā)明通過組分和工藝處理的結(jié)合制得了高強高韌耐磨擠壓鋅合金。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明擠壓出的一種型材；
[0022]圖2為本發(fā)明制得的材料的金相組織圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進一步具體說明。
[0024]實施例1
[0025]按照成分配比(質(zhì)量百分比):26.5%Al,2.51 % Cu,0.015 % Mg,0.05% T1、0.01% B，余量為Zn以及不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素控制范圍為:Fe ^ 0.1%,Pb 彡 0.004%, Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003%。
[0026]制備方法如下:稱取電解鋁、電解銅、鋅錠，放入預(yù)熱的坩禍中，電阻爐熔化控制溫度700°C。待全部熔化后，用精煉劑進行除渣除氣處理，然后靜置扒渣。加入預(yù)熱溫度均為200°C?300°C的Mg-10% Al中間合金、Al-T1-B中間合金，待全部熔化后，將金屬液攪拌均勻，靜置10分鐘。鑄錠采用金屬型鑄造，澆注溫度630°C。鑄錠經(jīng)車削加工去表層氧化皮后，備擠壓用。
[0027]在箱式電阻爐中對擠壓坯料進行均勻化處理，均勻化溫度300°C，時間3小時，然后擠壓成直徑Φ16的棒材，擠壓筒預(yù)熱溫度30(TC，模具溫度30(TC，擠壓筒直徑125，擠壓比61。擠壓時采用風(fēng)冷。
[0028]擠壓態(tài)棒材的力學(xué)性能為:拉伸強度為502MPa，伸長率18%，布氏硬度HB123。
[0029]實施例2
[0030]按照成分配比(質(zhì)量百分比):26.5%Al,2.51 % Cu,0.025 % Mg,0.05% T1、0.01% B，余量為Zn以及不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素控制范圍為:Fe ^ 0.1%,Pb 彡 0.004%, Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003%。
[0031]制備方法如下:稱取電解鋁、電解銅、鋅錠，放入預(yù)熱的坩禍中，電阻爐熔化控制溫度700°C。待全部熔化后，用精煉劑進行除渣除氣處理，然后靜置扒渣。加入預(yù)熱溫度均為200°C?300°C的Mg-10% Al中間合金、Al-T1-B中間合金，待全部熔化后，將金屬液攪拌均勻，靜置10分鐘。鑄錠采用金屬型鑄造，澆注溫度630°C。鑄錠經(jīng)車削加工后，備擠壓用。
[0032]在箱式電阻爐中對擠壓坯料進行均勻化處理，均勻化溫度300°C，時間3小時，然后擠壓成直徑Φ16的棒材，擠壓筒預(yù)熱溫度30(TC，模具溫度30(TC，擠壓筒直徑125，擠壓比61。擠壓時采用風(fēng)冷。
[0033]擠壓態(tài)棒材的力學(xué)性能為:拉伸強度為530?537MPa，伸長率14?15%，布氏硬度 HB135。
[0034]實施例3
[0035]按照成分配比(質(zhì)量百分比):26.5%Α1、2.51% Cu,0.05% Mg,0.05% Ti,0.01%B，余量為Zn以及不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素控制范圍為:Fe彡0.l%、Pb彡0.004%、Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003%。
[0036]制備方法如下:稱取電解鋁、電解銅、鋅錠，放入預(yù)熱的坩禍中，電阻爐熔化控制溫度700°C。待全部熔化后，用精煉劑進行除渣除氣處理，然后靜置扒渣。加入預(yù)熱溫度均為200°C?300°C的Mg-10% Al中間合金、Al-T1-B中間合金，待全部熔化后，將金屬液攪拌均勻，靜置10分鐘。鑄錠采用金屬型鑄造，澆注溫度630°C。鑄錠經(jīng)車削加工后，備擠壓用。
[0037]在箱式電阻爐中對擠壓坯料進行均勻化處理，均勻化溫度300°C，時間3小時，然后擠壓成直徑Φ16的棒材，擠壓筒預(yù)熱溫度30(TC，模具溫度30(TC，擠壓筒直徑125，擠壓比61。擠壓時采用風(fēng)冷。
[0038]擠壓態(tài)棒材的力學(xué)性能為:拉伸強度為512?516MPa，伸長率21?23%，布氏硬度 HB138。
[0039]實施例4
[0040]按照成分配比(質(zhì)量百分比):26.5%Α1、3.5% Cu,0.025% Mg,0.05% Ti,0.01%B，余量為Zn以及不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素控制范圍為:Fe彡0.l%、Pb彡0.004%、Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003%。
[0041]制備方法如下:稱取電解鋁、電解銅、鋅錠，放入預(yù)熱的坩禍中，電阻爐熔化控制溫度700°C。待全部熔化后，用精煉劑進行除渣除氣處理，然后靜置扒渣。加入預(yù)熱溫度均為200°C?300°C的Mg-10% Al中間合金、Al-T1-B中間合金，待