本發(fā)明涉及一種針棒抱及其制備方法，屬于合金材料領域。
背景技術：
鋁合金具有質量輕、強韌性好、耐腐蝕以及特有的金屬光澤等特性，被越來越多的機械零部件所采用，如電器、照明器件、汽車等。為了滿足零部件薄壁化、輕量化、快速散熱和鑄造生產的需要，對鋁合金的鑄造流動性、導熱性能和力學性能都提出了越來越高的要求。
縫紉機上的針棒抱主要是用來夾緊針棒，現(xiàn)有的針棒抱一般都是用鋁合金進行澆鑄而成，由于現(xiàn)有鋁合金材料的特性，使得其抗拉強度、抗彎強度、硬度相對較低，耐磨性能差，常常由于針棒在針棒滑動孔內快速長久的滑動，使針棒抱上的針棒滑動孔的磨損后內孔孔經擴大，造成針棒在孔內擺動太大，并產生噪聲，影響縫紉機的使用。因此提供一種耐磨性能好、力學性能優(yōu)的針棒抱尤為重要。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術存在耐磨性能差的缺點，本發(fā)明提供一種耐磨性好、力學性能優(yōu)異的縫紉機針棒抱及其制造方法，有效提高針棒抱使用壽命。
本發(fā)明的上述目的可通過下列技術方案來實現(xiàn)：一種縫紉機針棒抱，所述的縫紉機針棒抱由耐磨鋁合金制成，所述耐磨鋁合金的成分及其質量百分比為：Mg:5.0-8.0％，Si:1.0％-3.0％，C:1.1-2.8％，Cr:0.28-1.05％，V:0.12-0.5％，Mo:0.08-0.3％，B:0.1％-0.6％，Ni:0.07-0.65％，Nb:0.03-0.25％，Re:0.02-0.06％，余量為Al。
各元素及質量百分比的選擇與限定理由如下：
C：C既可以固溶于基體中起固溶強化作用，又是形成碳化物增強相的基本元素。碳含量太高會增加材料脆性，太少則減少碳化物增強相的數(shù)量致使其耐磨性降低。因此C的范圍為1.1-2.8％。
Cr、V、Mo可與C形成碳化合物硬質相，適量形成雖然能在一定程度上幫助提高組織的硬度和耐磨性，但過量的碳化物會將本來就韌性不高的基體組織割裂，使晶粒間的聯(lián)接程度降低。因此，Cr含量選擇0.28-1.05％，V含量選擇0.12-0.5％，Mo含量選擇0.08-0.3％。
B：B能夠細化晶粒，形成細小的彌散析出相。另一方面，B還能與和Al形成復雜化合物AlB2和AlB12，能顯著提高材料表面的硬度和耐磨性能。但是當B含量超過0.6％時，將會導致“熱脆”現(xiàn)象，影響合金的熱加工性能。
Ni:Ni固溶到Al基體中，從而起到固溶強化的作用；同時加入Ni元素后，形成集中于晶界或晶界附近的硬質富鎳相顆粒，使得在高溫下晶界滑移困難，有效提高了低高溫強度共晶組織的形變抗力，限制了晶界裂紋的擴展，進而提高合金的耐磨性能。但當Ni含量過多時，NiAl3顆粒和富鎳相顆粒的數(shù)量和尺寸都會增加，晶界粗化，缺陷增多，材料的斷裂敏感性增大。Ni含量選擇0.07-0.65％。
Nb：Nb能形成彌散析出相細化晶粒，以提高材料的強度和韌性。當Nb含量過高時，所獲增強增韌效果達到飽和。因此，鑒于成本和效果，Nb含量選擇范圍為0.03-0.25％。
Re：稀土Re是合金優(yōu)異的細化變質元素，添加微量Re元素，可使共晶形態(tài)從粗大的針狀轉變?yōu)榧毿【鶆虻念w粒狀，提高鋁合金的鑄造流動性、強度和塑性。
Mg在合金中與基體鋁元素生成大量Mg5Al相，而通過熱處理能使全部Mg5Al相固溶到鋁合金基體α相中，使得合金具有優(yōu)異的常溫力學性能。Si與Al可形成Al+Si共晶液相，是提高鋁合金鑄造流動性的主要成分，Si也可與Mg形成Mg2Si強化相，增強鋁合金的強度。元素Cr與C可形成Cr7C3和Cr23C6碳化物硬質相，與B能形成硼鉻化物CrB、Cr2B硬質相。元素B與C可形成BC碳化物硬質相。元素V也可與C形成碳化物VC、V4C3。元素Mo與C可形成Mo2C特殊碳化物。由于這些元素所形成的碳化物均以硬質相存在于組織中，材料硬度很高，阻礙了磨料在材料亞表層的滑動，從而有效地抑制了犁溝及微觀切削現(xiàn)象的發(fā)生，起到增強材料耐磨性的作用。需要注意的是，碳化物數(shù)量的增加雖然可以提高堆焊層的初始硬度和耐磨性，但硬度增加的同時會使材料組織變脆，抗裂性能下降。元素Ni和Nb的加入主要是為了增加韌性以提高材料的抗裂性能。
在鋁合金領域，各元素之間的作用不是單獨存在的，而是通過各成分以及組分的百分比形成一個整體，本發(fā)明正是通過鋁合金整體的合理配伍，進一步提高鋁合金的耐磨性能和力學性能。
作為優(yōu)選，所述的Cr:V:Mo質量比為(2.0-3.5)：(1.5-2.0)：1。Cr、V、Mo的合理復配，使得Cr、V、Mo用量較少的情況下，形成的碳化物對材料的耐磨性能也能起到顯著提高作用。
作為優(yōu)選，所述的Ni:Nb質量比為(2-3):1。在此配比下形成的Nb、Ti復合物，可以有效抑制晶粒的長大，促進基體形成細小晶粒組織，得到具有優(yōu)良力學性能的合金材料。
作為優(yōu)選，所述的Re為稀土元素Eu、La、Ce、Pr、Nd、Er、Y中的一種或多種。進一步優(yōu)選，稀土元素Eu和La的復配物，Eu和La的質量比為(1-2)：1。添加復配物的變質效果優(yōu)于單獨添加一種稀土元素的效果，且實驗表明稀土元素中Eu具有最強的變質能力，La次之，使用二者的復配物，在添加質量少的情況下達到優(yōu)異的變質效果。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種縫紉機針棒抱的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鋁錠加熱至700-750℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的鋁中間合金，充分混合后形成熔體；
S2、保持熔體溫度，對熔體先進行精煉與凈化處理，再加入Re的鋁中間合金進行變質處理；
S3、將經步驟S2處理的熔體澆鑄成型為縫紉機針棒抱鑄坯；
S4、將縫紉機針棒抱鑄坯進行退火處理，即可制得縫紉機針棒抱成品。
作為優(yōu)選，S2步驟中使用精煉溶劑對熔體進行精煉與凈化處理，精煉溶劑的質量為爐料總質量的0.2-0.4％。當精煉溶劑的用量大于0.4％時，精煉溶劑會對變質處理產生不利影響，隨著精煉溶劑用量的增加，基體細小均勻的顆粒狀逐漸恢復到變質前的針狀形態(tài)。
作為優(yōu)選，所述的精煉溶劑為六氯乙烷與氟硅酸鈉的復配物，六氯乙烷與氟硅酸鈉的質量比為(1-2)：1。在此配比下的精煉溶劑對熔體的精煉和凈化效果最佳。
作為優(yōu)選，所述的S4步驟中退火保溫溫度為350-460℃，保溫時間為2-6小時。
對鑄造產品進行退火處理主要起兩個方面的作用：第一，消除鑄造應力；第二，控制過飽和固熔體中溶質原子的析出，改善組織。退火溫度過高，合金第二相溶解過多，過飽和固熔體的濃度增加，使基體晶格斜扭畸變增加，降低力學性能；若溫度過低，固熔體很難充分分解，也會使力學性能下降。因此，退火過程的保溫溫度為350-460℃。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過添加Cr、C、Ni、V、Mo、Nb、B、Re等元素，結合本發(fā)明的制備方法，獲得的縫紉機針棒抱具有良好的力學性能和優(yōu)異的耐摩擦性能。且本發(fā)明所提供的制備工藝簡單易行，適合工業(yè)化生產。
具體實施方式
以下是本發(fā)明的具體實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
本發(fā)明的鋁合金成分及其質量百分比為：Mg:5.0-8.0％，Si:1.0％-3.0％，C:1.1-2.8％，Cr:0.28-1.05％，V:0.12-0.5％，Mo:0.08-0.3％，B:0.1％-0.6％，Ni:0.07-0.65％，Nb:0.03-0.25％，Re:0.02-0.06％，余量為Al。
表1實施例1-4和對比例1-2鋁合金成分的質量百分比％
實施例1
根據(jù)表1實施例1中鋁合金成分的質量百分比，制備鋁合金：
S1、將鋁錠加熱至700℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的鋁中間合金，充分混合后形成熔體；
S2：保持熔體溫度，加入六氯乙烷與氟硅酸鈉質量比為1:1的復配精煉溶劑，精煉溶劑的加入量為總爐料質量的0.2％，對熔體進行精煉與凈化處理，以去除熔體中渣物和有害氣體，一直到無氣體、氣泡逸出為止，靜置10min后扒去浮渣；然后將質量比為2:1的Eu和La復合稀土元素鋁中間合金加入熔體中，混合均勻；
S3、將經步驟S2處理的熔體澆鑄成型為縫紉機針棒抱鑄坯；
S4、將縫紉機針棒抱鑄坯進行退火處理，退火保溫溫度為350℃，保溫時間為5小時，即可得縫紉機針棒抱成品。
實施例2
根據(jù)表1實施例2中鋁合金成分的質量百分比，制備鋁合金：
S1、將鋁錠加熱至720℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的鋁中間合金，充分混合后形成熔體；
S2：保持熔體溫度，加入六氯乙烷與氟硅酸鈉質量比為2:1的復配精煉溶劑，精煉溶劑的加入量為總爐料質量的0.4％，對熔體進行精煉與凈化處理，以去除熔體中渣物和有害氣體，一直到無氣體、氣泡逸出為止，靜置15min后扒去浮渣；然后將Ce的鋁中間合金加入熔體中，混合均勻；
S3、將經步驟S2處理的熔體澆鑄成型為縫紉機針棒抱鑄坯；
S4、將縫紉機針棒抱鑄坯進行退火處理，退火保溫溫度為400℃，保溫時間為4小時，即可得縫紉機針棒抱成品。
實施例3
根據(jù)表1實施例3中鋁合金成分的質量百分比，制備鋁合金：
S1、將鋁錠加熱至750℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的鋁中間合金，充分混合后形成熔體；
S2：保持熔體溫度，加入六氯乙烷與氟硅酸鈉質量比為1.5:1的復配精煉溶劑，精煉溶劑的加入量為總爐料質量的0.3％，對熔體進行精煉與凈化處理，以去除熔體中渣物和有害氣體，一直到無氣體、氣泡逸出為止，靜置20min后扒去浮渣；然后將La的鋁中間合金加入熔體中，混合均勻；
S3、將經步驟S2處理的熔體澆鑄成型為縫紉機針棒抱鑄坯；
S4、將縫紉機針棒抱鑄坯進行退火處理，退火保溫溫度為450℃，保溫時間為3小時，即可得縫紉機針棒抱成品。
實施例4
根據(jù)表1實施例4中鋁合金成分的質量百分比，制備鋁合金：
S1、將鋁錠加熱至710℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的鋁中間合金，充分混合后形成熔體；
S2：保持熔體溫度，加入六氯乙烷與氟硅酸鈉質量比為1.8:1的復配精煉溶劑，精煉溶劑的加入量為總爐料質量的0.3％，對熔體進行精煉與凈化處理，以去除熔體中渣物和有害氣體，一直到無氣體、氣泡逸出為止，靜置18min后扒去浮渣；然后將Pr的鋁中間合金加入熔體中，混合均勻；
S3、將經步驟S2處理的熔體澆鑄成型為縫紉機針棒抱鑄坯；
S4、將縫紉機針棒抱鑄坯進行退火處理，退火保溫溫度為350℃，保溫時間為6小時，即可得縫紉機針棒抱成品。
對比例1
根據(jù)表1對比例1中鋁合金成分的質量百分比，制備鋁合金，制備步驟與實施例1相同。
對比例2
根據(jù)表1對比例2中鋁合金成分的質量百分比，制備鋁合金，制備步驟與實施例2相同。
對比例3
該對比例與實施例3的區(qū)別僅在于，對比例3的制備過程中，精煉溶劑為六氯乙烷，加入量為總爐料質量的0.5％，退火保溫溫度為300℃，保溫時間為8小時，其他與實施例3相同，此處不再累述。
表2本發(fā)明實施例1-4與對比例1-3的針棒抱性能測試結果
從表2中可以看出，實施例1-4的力學性質優(yōu)良，布氏硬度大，磨損質量損失低，對比例1因Cr、V的缺失，合金組織硬質相數(shù)量減少，影響針棒抱的耐磨性能，對比例2因Ni、Nb的缺失，針棒抱的力學性能降低，對比例3的制備方法參數(shù)不同于本發(fā)明，使得針棒抱的各性能有所降低。
本發(fā)明通過合金材料組分和質量百分比以及制備方法的合理選擇，賦予針棒抱更優(yōu)異的力學性能和耐磨性能，延長針棒抱的使用壽命。
本發(fā)明中所描述的具體實施例僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
盡管對本發(fā)明已作出了詳細的說明并引證了一些具體實施例，但是對本領域熟練技術人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。