耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的製作方法

2024-02-20 07:28:15 2

專利名稱：耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金及其製造方法。
目前，鋅基合金已成為一種重要的減摩材料和模具材料。已公開的鋅基合金如CN1039066A、CN1046563A、CN1045131A、CN1070231A、CN1079994A、CN1091475A、CN1102217A，它們均是在鋅基合金ZA27的基礎上添加重量百分數為0～3.5％Si，0.01～0.08％Ca，0.5～5.0％Pb，0.010～0.06％Ti，0.01～0.3％Co，0.01～0.3％Re和0.003～0.03％B等元素的一種或數種，改善和提高合金的強度和耐磨性。ZA27合金的成分(重量百分數)為鋁25.0～26.0％；銅2.0～2.5％；鎂0.01～0.02％，見美國材料試驗協會標準ASTM B669(1984)。但是上述鋅基合金(CN1039066A，高強韌低膨脹鋅基耐磨合金除外)都具有下列不可克服的缺點第一，合金的耐磨硬質點較少，耐磨性差；特別是合金的高溫性能差，僅能在工作溫度低於120℃條件下使用。當工作溫度大於120℃時，合金的抗拉強度已下降到室溫的50％，不能滿足在高溫以及潤滑失效等惡劣環境下工作的減摩零件和模具的使用要求。第二，合金的熱膨脹係數大，高達26～28×10-6℃-1，不能用來製造尺寸穩定性高的減摩零件和模具。CN1039066A，高強韌低膨脹鋅基耐磨合金，雖然熱膨脹係數較低，為19.2×10-6℃-1，但是它也僅能在低於120℃條件下工作。
本發明的目的是針對上述鋅基合金性能的缺點，提供一種在100℃～200℃範圍內具有高抗拉強度、良好耐磨性能和低熱膨脹係數的鋅基耐磨合金及其製造方法。
本發明的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的成分(重量百分數)為鋁22～32％；銅1.0～4.0％；鎂0.1～1.5％；鈣0.5～2.0％；鋯0.02～0.09％；鉿0.05～0.15％；陶瓷顆粒1.0～10.0％；鋅為餘量。
在本發明的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金中，加入陶瓷顆粒是提高合金高溫強度和耐磨性以及降低合金熱膨脹係數的重要手段。陶瓷顆粒是剛玉、碳化矽、硼砂和氧化鋅中的任一種或它們的混合物，尺寸為10～200微米，在使用前進行900～1400℃焙燒處理。陶瓷顆粒在合金中均勻分布，減小鑄態組織的枝晶間距和成分偏析，使合金的成分更為均勻，同時也是合金中的耐高溫相和耐磨硬質點，因此加入陶瓷顆粒顯著提高合金的高溫強度和耐磨性，能夠滿足用該合金製造的減摩零件和模具在高溫以及潤滑失效等惡劣環境下工作時的使用要求。陶瓷顆粒的熱膨脹係數低，在0～100℃範圍內為4.7～8.0×10-6℃-1，它們加入到合金中，有效地降低合金的熱膨脹係數，因此可以用該合金製造尺寸穩定性高的減摩零件和模具。
在本發明的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金中，加入鎂、鈣、鋯和鉿元素是使陶瓷顆粒在加入到合金熔液的過程中能夠被液態合金浸潤的必要條件。鎂、鈣、鋯和鉿成分在所說的含量內，能有效的降低陶瓷顆粒與液態合金的界面張力，使陶瓷顆粒能夠完全被液態合金所浸潤，因此陶瓷顆粒能夠與液態合金充分接觸並且均勻分布於合金熔液中。低於此含量上述作用不明顯，高於此含量合金易發生熱裂，鑄造成型困難。
本發明的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的製造方法是，首先按下列成分(重量百分數)配料鋁22～32％；銅1.0～4.0％；鎂0.1～1.5％；鈣0.5～2.0％；鋯0.02～0.09％；鉿0.05～0.15％；陶瓷顆粒1.0～10.0％；鋅為餘量，以鋁銅中間合金和鋁鋯中間合金加入銅和鋯。熔煉時先將50-85％的鋅、鋁銅中間合金和鋁鋯中間合金熔化，然後用鐘罩壓入法加入鈣、鎂和鉿，再加入剩餘15-50％的鋅。將已焙燒後的陶瓷顆粒加熱到550-850℃，合金熔液溫度調整到500-750℃，加入陶瓷顆粒。在加入陶瓷顆粒過程中，用機械力或電磁力或超聲波攪拌合金熔液，使陶瓷顆粒均勻分布於合金熔液中，最後用重力鑄造或壓力鑄造或擠壓鑄造方法鑄造成型。
本發明的優點是，在不降低合金的室溫抗拉強度的前提下，大幅度提高合金的高溫抗拉強度(室溫σb≥380MPa，200℃σb≥150MPa)，合金的耐磨性能好(摩擦係數為0.01左右，磨損量比ZA27合金小6～25倍)，熱膨脹係數小(在20～100℃範圍內平均值小於18×10-6℃-1)，適合製造在高溫以及潤滑失效等惡劣環境下工作的減摩零件和模具以及高尺寸穩定性的減摩零件和模具。本發明的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的製造方法簡單可靠，易於實現。
通過實施例進一步詳細說明本發明的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金及其製造方法。
實施例1用電阻爐將尺寸為40微米碳化矽(SiC)在1200℃焙燒4小時，降溫至650℃保溫備用。按表1中所列成分配料，將70％鋅錠、鋁錠及預先配製好的Al-33％Cu和Al-10％Zr中間合金裝入帶有電磁攪拌設備的電阻坩鍋爐中熔化，待全部熔化後分別用鐘罩壓入金屬鈣、金屬鎂和金屬鉿，最後加入剩餘30％的鋅錠。調整爐溫到500～650℃後，開動電磁攪拌設備，緩慢加入已準備好的SiC，待SiC全部進入合金液後，繼續攪拌5分鐘後澆注。用金屬型重力鑄造方法鑄造成型。合金的性能見表2。
實施例2製造方法同實施例1，所不同的是合金成分中的陶瓷顆粒用剛玉(Al2O3)代替，尺寸為100微米。合金的成分見表1，合金的性能見表2。
本發明的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金可用來製造在高溫以及潤滑失效等惡劣環境下工作的減摩零件和模具以及高尺寸穩定性的減摩零件和模具。
表1實施例的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金成分(重量百分數)
表2實施例的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金性能
權利要求
1.一種耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金，其特徵是合金的成分(重量百分數)為鋁22～32％；銅1.0～4.0％；鎂0.1～1.5％；鈣0.5～2.0％；鋯0.02～0.09％；鉿0.05～0.15％；陶瓷顆粒1.0～10.0％；鋅為餘量。
2.根據權利要求1所述的鋅基耐磨合金，其特徵是所說的陶瓷顆粒是剛玉、碳化矽、硼砂和氧化鋅中的任一種或它們的混合物，尺寸為10～200微米。
3.一種製造耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的方法，所述的合金的成分(重量百分數)為鋁22～32％；銅1.0～4.0％；鎂0.1～1.5％；鈣0.5～2.0％；鋯0.02～0.09％；鉿0.05～0.15％；陶瓷顆粒1.0～10.0％；鋅為餘量，其特徵是該方法首先按所述的成分配料，以鋁銅中間合金和鋁鋯中間合金加入銅和鋯，熔煉時先將50-85％的鋅、鋁銅中間合金和鋁鋯中間合金熔化，然後用鐘罩壓入法加入鈣、鎂和鉿，再加入剩餘15-50％的鋅。將陶瓷顆粒在900～1400℃焙燒後再加熱到550-850℃，合金熔液溫度調整到500-750℃，加入陶瓷顆粒，最後澆注成型。
4.根據權利要求3所述的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的製造方法，其特徵是在加入陶瓷顆粒時用機械力或電磁力或超聲波對合金熔液進行攪拌，使陶瓷顆粒在合金熔液中均勻分布。
5.根據權利要求3所述的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的製造方法，其特徵是用重力鑄造或壓力鑄造或擠壓鑄造方法鑄造成型。
全文摘要
本發明涉及一種耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金及其製造方法。合金的成分(重量百分數)為鋁22～32％；銅1.0～4.0％；鎂0.1～1.5％；鈣0.55～2.0％；鋯0.02～0.09；鉿0.05～.015％；陶瓷顆粒1.0～10.0％；鋅為餘量。它的製造方法是，按上述成分配料，在各種金屬元素全部熔化後，加入陶瓷顆粒。用機械力或電磁力或超聲波攪拌合金熔液，使陶瓷顆粒均勻分布於合金熔液中，再用重力鑄造或壓力鑄造或擠壓鑄造方法鑄造成型。
文檔編號C22C18/00GK1140766SQ9610327
公開日1997年1月22日 申請日期1996年3月18日 優先權日1996年3月18日
發明者凌剛 申請人:凌剛