一種高強度防振耐磨合金的製作方法
2023-06-12 16:39:51
專利名稱：一種高強度防振耐磨合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高強度鋅基耐磨合金材料，屬於金屬新材料技術領域。
背景技術：
過去研發的鋅基合金的主要用途之一是耐磨，在耐磨領域裡以取代一部分銅合金。為進一步提高鋅基合金的耐磨綜合性能，長期以來，許多研究人員一直致力於高強度耐磨合金材料的研究與開發，如瀋陽礦冶研究所、瀋陽市有色金屬材料總公司發明了鋅基耐磨合金(CN92113859.8)、曾宏潔發明了高強度耐磨鋅基合金超高強度耐磨鋅基合金(CN93101378.X)，以及由本發明人所發明的製造機械受力結構件的鋅基合金(CN 91108853.9)等，但這些耐磨鋅基合金通常只能應用於低速(≤27m/min)，載重(6.8MPa)的情況下，其工作溫度一般不超過150℃，且防振、抗振性能較差，從而大大限制了其使用範圍。
發明內容
鑑於上述存在的問題，本發明的目的是提供一種高強度防振耐磨合金。
本發明所述的一種高強度防振耐磨合金是依據多元相圖為基礎進行開發研究的，通過研究，發現在鋅基中加入鋁含量(質量％)從9％依次增加至20.5％，其合金的防振能力增加近4倍，溫度在200℃附近防振能力最佳。如將該合金進行均勻化處理，即將其加熱到360℃，保溫1小時20分鐘後用冷水水淬，其防振能力將大幅度提高，而噪聲則降低了3-8分貝。當鋁含量(質量％)增至30％附近時，並添加了微量的混合稀土RE及Tl、B等元素，其抗拉強度達到402.30-500MPa。當鋁含量(質量％)增至45％附近，密度從重合金進入輕合金(3.90g/cm3)，其常溫下抗拉強度及伸長率雖有所下降(350MPa)，但其硬度及耐磨性能大大提高，使其應用範圍較目前現有的鋅基耐磨合金和已公開的鋅基耐磨合金專利有了很大的拓寬。
根據上述研究，本發明設計了以下化學成分配方(質量％)鋁9％-45％ 銅2.50％-3.20％鎂0.02％-0.06％混合稀土RE0.0435％-0.196％鈦0.02％-0.15％硼0.002％-0.01％其餘為鋅。
本發明中所述的加入的以鈰為主要成分的混合稀土RE，它所含的各種稀土的質量總量(％)不小於98％，其中鈰(Ce)的質量不小於45％。鈰與銅、鋅作用生成高熔點化合物相，使基本晶粒明顯細化，既有使合金變質細化作用，而且提高了流動性，使內部組織緻密又均勻，從而提高了合金的強度、硬度、耐磨性和高溫性能，同時提高了合金的重熔性能。
本發明要嚴格控制鐵(Fe)、鎘(Cd)、鉈(Tl)、錫(Sn)、鉛(Pb)等雜質，因為它們有害。當Fe≥0.075％時，極易與鋁作用生成金屬間化合物FeAl3，導致鑄造性能差，產生硬斑，而使電鍍困難。Cd的含量應控制在0.003％內，超過即會導致熱脆性，降低耐腐蝕性能。Tl≥0.001％時，會助長晶粒間腐蝕，害處不亞於錫≤0.003％，鉛(Pb≤0.006％。
採用上述設計配方生產的高強度防振耐磨合金，經國家產品質量檢驗檢測部門檢測，其鑄態下抗拉強度為350-500MPa，硬度為HBS90-HBS160，耐磨性能(磨損量比錫青銅小10倍以上)超過了國際標準黃銅ISO1338-1977的CuZn40Pb和國家標準錫青銅GB/T1176-87的ZCuSn5Pb5Zn5，並可替代達到上述標準要求的銅合金，節約純銅約60％，產品成本降低50％左右。
此外，採用上述配方生產的高強度防振耐磨合金，熔煉簡單、澆鑄溫度低，成品率高，加工切削容易，拋光和裝飾性表面處理方便，防振性能好，是航空航天、國防、機械、交通、紡織、化工、醫療器械等各種機械受力、耐磨銅鑄件的理想替代材料。
具體實施例方式實施例1配方鋁20.50％銅3.05％鎂0.02％ 混合稀土RE0.0958％
鈦0.15％ 硼0.005％其中，混合稀土RE中的鈰(Ce)的質量不小於45％，其餘為鋅。
具體步驟將按上述配方，將鋁和銅一次裝入預先予熱成暗紅色的石墨坩堝內，加熱熔化，並升溫到750℃時加入混合稀土RE，同時加入鈦和硼。由於稀土金屬及純金屬元素熔點很高難以熔化，難以加入，過熱度會很高，如鈦的熔點高約1672℃，硼的熔點高約2100℃，所以必須用市場買來的優質中間合金及鈦劑加入，這樣，中間合金及鈦劑才能全部均勻地熔化。待石墨坩堝內的所有金屬元素全部熔化後，加入經予熱至300℃的鋅錠對合金溫度進行調整至650℃時，用鐘罩(予熱400℃)壓入鎂塊，全部化清後靜止10分鐘，扒渣澆注，可用於壓鑄及金屬型、砂型等各種鑄造方法成型。
採用上述配方生產的高強度防振耐磨合金，經20小時試驗測試，其磨損量為0.33-0.49mg；其各項性能指標均優於銅基2CuSn5Pb5Zn5錫青銅，特別是其防振能力最佳。
實施例2配方鋁29.00％ 銅2.5％鎂0.06％ 混合稀土RE0.0958％鈦0.15％ 硼0.005％其中，混合稀土RE中的鈰(Ce)的質量不小於45％，其餘為鋅。
具體步驟
同實施例1(略)。
採用上述配方生產的高強度防振耐磨合金，經20小時試驗測試，其磨損量為0.16-0.44mg；其各項性能指標均優於銅基2CuSn5Pb5Zn5錫青銅，特別是其抗拉強度最佳。
實施例3配方鋁43.60％ 銅2.5％鎂0.06％ 混合稀土RE0.0958％鈦0.15％ 硼0.005％其中，混合稀土RE中的鈰(Ce)的質量不小於45％，其餘為鋅。
具體步驟同實施例1(略)。
採用上述配方生產的高強度防振耐磨合金，經20小時試驗測試，其磨損量為0.14-0.32mg；其各項性能指標均優於銅基2CuSn5Pb5Zn5錫青銅，特別是其耐磨性能最佳。
權利要求
1.一種高強度防振耐磨合金，其特徵是該高強度防振耐磨合金的化學成分配方(質量％)為鋁9％-45％ 銅2.50％-3.20％鎂0.02％-0.06％混合稀土RE0.0435％-0.196％鈦0.02％-0.15％硼0.002％-0.01％其餘為鋅。
2.根據權利要求1所述的一種高強度防振耐磨合金，其特徵是所述的混合稀土RE所含的各種稀土的質量總量(％)不小於98％，其中鈰(Ce)的質量不小於45％。
全文摘要
本發明公開了一種高強度防振耐磨合金。該合金是依據多元相圖為基礎進行開發研究的，通過研究，發現在鋅基中加入鋁含量(質量％)從9％依次增加至45％時，添加微量的混合稀土RE及Tl、B等元素，其抗拉強度、硬度及磨性能得到顯著的提高。並由此對合金配方進行了優化設計，通過優化設計後配方所生產的高強度防振耐磨合金，經國家產品質量檢驗檢測部門檢測，其鑄態下抗拉強度為350－500MPa，硬度為HBS90－HBS160，耐磨性能(磨損量比錫青銅小10倍以上)超過了國際標準黃銅ISO1338－1977的CuZn40Pb和國家標準錫青銅GB/T1176－87的ZCuSn5Pb5Zn5，並可替代達到上述標準要求的銅合金，節約純銅約60％，產品成本降低50％左右。
文檔編號C22C18/04GK101067176SQ200710069048
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月7日 優先權日2007年6月7日
發明者盛純樂 申請人:盛純樂