專利名稱：一種高強耐磨鋁黃銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁黃銅合金，特別是涉及一種適用于制造高負荷條件下服役的機械、冶金、輕工、運輸?shù)仍O(shè)備中的零部件的高強耐磨鋁黃銅合金。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)，特別是汽車、機械等行業(yè)的快速發(fā)展，用來制造減速機，特別是蝸輪蝸桿減速機的高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料被廣泛應(yīng)用。目前，蝸輪蝸桿圈通常采用鋁青銅(如ZCuA19!^4)和錫青銅材料制備，這類材料具有優(yōu)良的綜合性能，不僅強度和硬度高， 而且塑性和韌性也較好，甚至在潤滑不良或承受沖擊載荷條件下，也有比鋼鐵材料更好的抗磨損和抗沖擊能力。但隨著銅、鎳、錫等原材料價格的爆漲，使得鋁青銅、錫青銅市場的利潤逐漸降低。另外，鋁青銅合金蝸輪雖然力學及耐磨性能好，但機加工困難，特別是滾齒時刀具磨損嚴重，甚至有崩刀現(xiàn)象；而錫青銅則容易產(chǎn)生縮松，降低了綜合性能，這使得鋁青銅、錫青銅在減速機行業(yè)應(yīng)用中的性價比不高。黃銅合金具有良好的力學、減磨、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能及冷、熱加工性能和價格低廉等特性，已被廣泛應(yīng)用。但該合金的耐磨性較差，在一定程度上制約了其使用。而在黃銅中加入少量的鋁、鐵、錳、鎳、硅、鉛和稀土等元素，通過固溶強化、顆粒強化等方式形成的復(fù)雜黃銅具有優(yōu)良的機械性能、耐磨、導(dǎo)熱及切削等性能，可取代傳統(tǒng)的鋁青銅、錳黃銅等，用來制造在重負荷及較高速工作條件下的齒輪或蝸輪等零部件。日本豐田公司最早發(fā)明耐磨黃銅，用于汽車同步器齒環(huán)，但由于合金元素的加入量過大，使得合金塑性急劇下降；中國發(fā)明專利號201010276920. 8公布了一種高強度耐磨鋁黃銅合金，但該合金加入了較多的較貴金屬鎳和稀有金屬鈦等，使得其成本較高。因此，研究開發(fā)出價格低廉的高強耐磨鋁黃銅銅合金將會產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有鋁黃銅的不足之處，提供一種機械性能優(yōu)異，在行業(yè)應(yīng)用中的性價比相對高的高強耐磨鋁黃銅合金。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種高強耐磨鋁黃銅合金，其特征在于，該鋁黃銅合金的顯微組織主要是由α 相、β相、均勻細小的!^e3Al顆粒及小團狀富鐵顆粒組成，其具體組分及其按重量百分比含量分別為鋅 22. 0 36. 0wt%，鋁 1. 5 6. 5wt%，鐵 1. 5 5. 0wt%，flil. 5 5. 0wt%,ll 0. 2 1. 2wt%，鉛0. 5 3. Owt%，其他微量元素為0. 002 0. 5wt%，余量為銅及總量不大于0. 的不可避免的雜質(zhì)；所述其他微量元素選自鈦、硼、混合稀土中的至少一種。所述該高強耐磨鋁黃銅合金的β相與α相的相對含量比值為0. 5 1. 5。與現(xiàn)有鋁黃銅相比，本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點一、本發(fā)明合金成分設(shè)計合理，各組分配比之間協(xié)調(diào)作用，從而使本發(fā)明的高強耐磨鋁黃銅合金具有優(yōu)異的機械性能、耐磨性能、切削性能及鑄造等性能。
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以實施例1獲得的鑄件為例1、室溫抗拉強度為612MPa，屈服強度為423Mpa，延伸率為23.8%，布氏硬度在 HB158 ；2、具有具備良好的減磨能力，即較低的摩擦系數(shù)，可以減小工作過程中的摩擦力， 從而保證軸或蝸桿的使用壽命；3、磨損性能為在潤滑條件下，加載20N時，摩擦系數(shù)為0. 057，加載200 600N 時，摩擦系數(shù)介于0. 14到0. 20之間，比ZCuA19Fe4的摩擦系數(shù)(0. 15 0. 23)低約10%。二、合金中銅含量相對青銅更低，可節(jié)約銅等較貴重金屬，顯著降低了制品價格， 鋅的加入，還可降低該合金的材料成本；并且無需制備銅-鐵中間合金，無需特殊生產(chǎn)設(shè)備，從而降低了生產(chǎn)成本，使其具有明顯的市場競爭優(yōu)勢。三、本發(fā)明合金具備良好的機加工性能，在滾齒時可減少刀具磨損；合金鑄造性能優(yōu)良，流動性好，可順利充滿蝸輪鐵心的卡口，保證蝸輪在使用過程中不會發(fā)生包銅層與輪心的相對滑動。四、鋁是固溶強化的有效元素，可提高黃銅合金的強度、耐磨性及調(diào)整β/α的比例。鋁在黃銅基體中的固溶度大，其鋅當量系數(shù)為+6，可大大縮小α相區(qū)，進而增大β相的形成趨勢。α相塑性好，可韌化材料，從而當裂紋擴展到α相時，可鈍化裂紋，抑制裂紋擴展，是耐磨材料適合的軟基體；β相質(zhì)硬，呈脆性，可提高黃銅基體的強度。適當?shù)摩?α 值，才能獲得最佳的耐磨效果。本發(fā)明的β相與α相的相對含量比值為0.5 1.5，表現(xiàn)出較高的綜合性能。五、本發(fā)明的高強耐磨鋁黃銅合金是在較軟的基體上分布著細小的硬質(zhì)顆粒組成的理想的耐磨材料，軟的基體有利于減磨，即降低摩擦系數(shù)；硬質(zhì)顆粒有利于抗磨，即減小磨損量。在磨損過程中有部分硬質(zhì)顆粒從基體表面脫落并存在于摩擦面，產(chǎn)生類似于滾動摩擦的效果。減磨和抗磨共同作用，從而提高了該鋁黃銅的耐磨性。故特別適用于高負荷條件下服役的機械、冶金、輕工、運輸?shù)仍O(shè)備中的高強度耐磨零部件，如蝸輪、蝸桿、齒輪、軸瓦等。


圖1為實施例1獲得的高強耐磨鋁黃銅合金鑄件的金相組織2為實施例1獲得的高強耐磨鋁黃銅合金鑄件的在載荷為20Ν時的磨損表面形貌3為實施例1獲得的高強耐磨鋁黃銅合金鑄件的在載荷為500Ν時的磨損表面形貌圖
具體實施例方式下面通過實施例及其附圖對本發(fā)明作進一步的說明，本發(fā)明實施方式不僅限于此。實施例1步驟一配料
權(quán)利要求
1.一種高強耐磨鋁黃銅合金，其特征在于，該鋁黃銅合金的顯微組織主要是由α相、 β相、均勻細小的!^e3Al顆粒及小團狀富鐵顆粒組成，其具體組分及其按重量百分比含量分別為鋅 22. 0 36. 0wt%，$ 1. 5 6. 5wt%，鐵 1. 5 5. Owt%,M 1. 5 5. Owt%,If 0. 2 1. 2wt%，鉛0. 5 3. Owt%，其他微量元素為0. 002 0. 5wt%，余量為銅及總量不大于0. 的不可避免的雜質(zhì)；所述其他微量元素選自鈦、硼、混合稀土中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強耐磨鋁黃銅合金，其特征在于，所述該高強耐磨鋁黃銅合金的β相與α相的相對含量比值為0. 5 1. 5。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高強度耐磨鋁黃銅合金，該鋁黃銅合金的具體組分及其按重量百分比含量分別為鋅22.0～36.0wt％，鋁1.5～6.5wt％，鐵1.5～5.0wt％，錳1.5～5.0wt％，鎳0.2～1.2wt％，鉛0.5～3.0wt％，至少一種選自鈦、硼、混合稀土中的其他微量元素為0.002～0.5wt％，余量為銅及總量不大于0.1wt％的不可避免的雜質(zhì)；微量元素選自鈦、硼、混合稀土中的至少一種。本發(fā)明合金成分設(shè)計科學合理，制備的合金具有優(yōu)良的機械性能、耐磨性能、切削性能及鑄造等性能。特別適用于高負荷條件下服役的機械、冶金、輕工、運輸?shù)仍O(shè)備中的高強度耐磨零件，如蝸輪、蝸桿、齒輪、軸瓦等。
文檔編號C22C9/04GK102400009SQ201110360889
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者張先滿, 朱權(quán)利, 李晨, 汪桂龍, 羅良頌 申請人:廣東華金合金材料實業(yè)有限公司