專利名稱：一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型鋅基合金的成分研制、鑄型冷卻速度、澆注溫度及澆注工藝
的控制，尤其是一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝。
背景技術(shù)：
高鋁鋅基合金以其優(yōu)良的減磨耐磨性能和機(jī)械性能，顯著的經(jīng)濟(jì)性，在低速重載 下取代銅合金制做各類軸瓦、軸套、滑板、滑塊、傳動螺母、蝸輪等減摩耐磨產(chǎn)品，已廣泛應(yīng) 用于工業(yè)機(jī)械裝備生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)和需求量日新月異的增長，伴隨著大件、異型 件的增多，對產(chǎn)品性能提出了更高的要求，如何在不改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的前提下提高合金 的性能，一直困擾著企業(yè)的發(fā)展。目前，世界發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開發(fā)了一系列的高鋁鋅基減磨材 料，供不同工況條件下的軸瓦、軸套、滑塊等選用。而國內(nèi)由于長期受傳統(tǒng)觀念的影響，絕大 多數(shù)冶金企業(yè)仍然使用常規(guī)牌號的ZA27合金。ZA27合金雖然具有良好的性能，但其使用 范圍及限于室溫，當(dāng)溫度高于10(TC時(shí)，由于Zn、Cu在Al中的擴(kuò)散系數(shù)較大，容易從固溶體 a-Al中脫溶析出，造成其組織穩(wěn)定性差，尺寸及性能的不穩(wěn)定。我們在ZA27合金的基礎(chǔ) 上，提高A1、 Si含量，通過最佳成分設(shè)計(jì)，合金化、變質(zhì)處理等工藝，以細(xì)化組織、提高合金 的力學(xué)性能及耐磨性為目的，最大限度的挖掘材料潛力，增強(qiáng)合金的常溫和高溫力學(xué)性能， 研究出高耐磨高鋁鋅基合金的化學(xué)成分及澆注工藝，以供高速、重載、高溫下的耐磨材料選 用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服高速、重載、高溫下現(xiàn)有的ZA27合金的高溫性能低、耐磨性不足 的缺點(diǎn)，提供一種新型高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝。本發(fā)明是在優(yōu)化的合金成分、控 制其澆注溫度和時(shí)間、在鑄造過程中通過控制水冷復(fù)合鑄型的進(jìn)水流量建立凝固方向上的 凝固溫度梯度，以達(dá)到控制成分偏析、提高合金性能的目的。 本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是按化學(xué)成分(質(zhì)量，％ )為Al :46-49、 Cu : 2. 0-2. 5、Mg :0. 01-0. 015、Si :l-3、Ti :0. 03-0. 05、Pb《0. 01、Sn《0. 01、Cd《0. 01、其余 為Zn的配比，且配比總和為100%，進(jìn)行控制；合金中添加Si、 Cu后，在合金中形成穩(wěn)定的 高熔點(diǎn)化合物，Ti起變質(zhì)作用，在提高合金性能的同時(shí)阻止了合金的偏析。溫度在60(TC 61(TC時(shí)進(jìn)行澆注，澆注時(shí)間控制在2分鐘以內(nèi)；澆注系統(tǒng)采用水冷復(fù)合型鑄型，通過控制 水箱內(nèi)的進(jìn)水速度強(qiáng)制冷卻以達(dá)到順序凝固的目的。澆注前對合金進(jìn)行充分?jǐn)嚢枋购辖鸪?分上下均勻，澆注開始一分鐘后開始給水，進(jìn)水速度控制在0. 15mVs左右，6分鐘內(nèi)逐漸增 加到0. 6mVs，水滿后繼續(xù)供水直到冷卻為止。通過控制鑄件澆注工藝及水冷復(fù)合鑄型的 冷卻速度，達(dá)到順序凝固的目的，消除新型高耐磨高鋁鋅基合金(ZA48合金)鑄件的疏松特 別是底縮現(xiàn)象，解決了合金鑄造過程中常見的凝固偏析問題，得到高性能鑄件。ZA48合金 鑄件的室溫抗拉強(qiáng)度ob大于380MPa， S大于4. 2% ;10(TC時(shí)，o b大于335Mpa， S大于 1. 6% ;900N載荷下，耐磨性提高到ZA27合金的3倍；鑄件底部無縮孔。
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本發(fā)明的有益效果是所研制的ZA48合金重載高溫下性能優(yōu)越，耐磨性提高到 ZA27合金的3倍，且有效地消除高鋁鋅基合金底縮缺陷，解決了鋅基合金鑄件常見的凝固 偏析問題，使高鋁鋅基合金的高溫性能及鑄件成品率得到了有效提高，使高鋁鋅基合金材 料的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。
具體實(shí)施例方式
按化學(xué)成分(質(zhì)量，% )為Al :46. 0-49. 0、 Cu :2. 0-2. 5、 Mg :0. 01-0. 015、 Ti : 0. 03-0. 05、Si :1. 0-3. 0、Pb《0. 01、Sn《0. 01、Cd《0. 01、其余為Zn的配比，且配比總和 為100%，進(jìn)行控制。合金中添加Si、Ti后，在合金中形成穩(wěn)定的高熔點(diǎn)化合物，在提高合金 性能的同時(shí)阻止了合金的偏析。對合金進(jìn)行充分?jǐn)嚢枋购辖鸪煞稚舷戮鶆?；溫度?00 61(TC時(shí)澆注，澆注時(shí)間控制在2分鐘以內(nèi)。澆注系統(tǒng)采用水冷復(fù)合型鑄型，通過控制水箱 內(nèi)的進(jìn)水速度強(qiáng)制冷卻以達(dá)到順序凝固的目的，從而有效地控制合金偏析。澆注開始一分 鐘后開始給水，進(jìn)水速度控制在O. 15mVs左右，6分鐘內(nèi)逐漸增加到0. 6mVs，水滿后繼續(xù)供 水直到冷卻為止。ZA48合金的室溫抗拉強(qiáng)度ob大于380MPa， S大于4. 2%;100"時(shí)，ob 大于335Mpa， S大于1. 6% ;900N載荷下，耐磨性提高到ZA27合金的3倍。
權(quán)利要求
一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝，其特征在于按化學(xué)成分的質(zhì)量％比，為Al、Cu、Mg、Si、Ti、Pb、Sn、Cd、其余為Zn的配比，且配比總和為100％，進(jìn)行控制；合金中添加Si、Cu后，在合金中形成穩(wěn)定的高熔點(diǎn)化合物；進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使合金成分上下均勻；在適溫時(shí)進(jìn)行澆注；澆注開始一分鐘后開始給水；水滿后繼續(xù)供水直到冷卻為止。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝，其特征在于化 學(xué)成分的質(zhì)量％比，為Al :46-49、 Cu :2. 0-2. 5、 Mg :0. 01- 015、 Si :1-3、 Ti :0. 03-0. 05、 Pb《0. 01、Sn《0. 01、Cd《0. 01、其余為Zn的配比，且配比總和為100%，進(jìn)行控制；合金 中的Si、 Cu在合金中形成穩(wěn)定的高熔點(diǎn)化合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝，其特征在于所 述的澆注溫度在600°C 61(TC，澆注系統(tǒng)采用水冷復(fù)合型的鑄型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝，其特征在于當(dāng) 合金溶液澆注進(jìn)入型腔前，上下攪拌使合金成分上下均勻，澆注時(shí)間控制在2分鐘以內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3中所述的一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝，其特征在于進(jìn) 水速度控制在0. 15m3/s左右，6分鐘內(nèi)逐漸增加到0. 6m3/s。
全文摘要
一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝，按化學(xué)成分(質(zhì)量％)Al、Cu、Mg、Si、Ti、Pb、Sn、Cd、其余為Zn的配比，且配比總和為100％，進(jìn)行控制；合金中添加Si、Cu后，在合金中形成穩(wěn)定的高熔點(diǎn)化合物；攪拌均勻；在適溫時(shí)進(jìn)行澆注；澆注開始一分鐘后開始給水；水滿后繼續(xù)供水直到冷卻為止。利用本發(fā)明所生產(chǎn)的合金，重載高溫下性能優(yōu)越，耐磨性提高到ZA27合金的3倍，且有效地消除高鋁鋅基合金底縮缺陷，解決了鋅基合金鑄件常見的凝固偏析問題，使高鋁鋅基合金的高溫性能及鑄件成品率得到了有效提高，使高鋁鋅基合金材料的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。
文檔編號C22C30/00GK101724765SQ20091017268
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者張和保, 朱愛民, 李洛利, 李繼文, 王文焱, 王愛琴, 申林, 謝敬佩, 閆淑卿, 馬平安 申請人:河南科技大學(xué);許昌眾力合金制品有限公司