高強度高耐磨鋅基合金、其鑄件制備方法及專用裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術是一種高強度高耐磨的鋅基合金及其鑄件制備方法。合金為鋅基合金，含有鋁、銅、鎂、錳、鈦、硼、鎳、硅、鋅、稀土、鍶、鐵和其他不可避免的雜質元素。本發明專利技術具有良好的切削性能和優異的機械性能，生產成本低，在國內外都有競爭優勢，本發明專利技術可大范圍替代錫青銅，大幅度降低企業生產成本。

High strength and high wear resistant zinc base alloy, casting thereof, preparation method and special device

The invention relates to a zinc alloy with high strength and high wear resistance and a method for preparing the casting. The alloy is a zinc based alloy that contains aluminum, copper, magnesium, manganese, titanium, boron, nickel, silicon, zinc, rare earth, strontium, iron, and other unavoidable impurities. The present invention has good cutting performance and excellent mechanical performance, low production cost, and competitive advantages both at home and abroad. The invention can replace tin bronze in large scale and greatly reduce production cost of enterprise.

【技術實現步驟摘要】
高強度高耐磨鋅基合金、其鑄件制備方法及專用裝置
本專利技術涉及一種鋅基合金，具體涉及一種高強度高耐磨的鋅基合金。本專利技術還涉及所述高強度高耐磨的鋅基合金的鑄件制備方法。本專利技術還涉及所述鋅基合金鑄件制備的專用壓鑄冷卻裝置。技術背景因為具有耐磨性好的特點，銅合金一直被廣泛研究，但由于強度較低耐磨性能一般，其應用范圍受到了很大限制。目前，國內機械制造企業基本還是選用銅合金作為減磨配件，其中ZCuSn6Zn6Pb3、ZCuSn10Pb1、ZCuSn10Pb5應用比較廣泛。但實際上，有許多銅合金的零部件生產達不到其力學性能要求。出現以上問題的主要原因在于：第一、現有合金成分和制備工藝決定了其性能的局限。第二、傳統的合金重力鑄造裝置通常是在將金屬液體澆鑄于鑄鋼模具內，然后自然冷卻，這樣會使合金的內部產生補縮不足，冷卻速度緩慢，造成合金鑄件縮孔和縮松，晶粒粗大，從而導致合金的強度、硬度和耐磨性都難以達到零部件生產要求。依照這種傳統方法所得合金制成的蝸輪、螺母強度較低，經常會出現內齒斷裂的現象。在高壓的工作情況下，由此合金制成的軸套，其耐磨性也往往不盡如人意。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種具有優異切削加工性能和機械性能的高強度高耐磨的鋅基合金、其鑄件制備方法以及專用壓鑄冷卻裝置。本專利技術的技術方案如下：一種高強度高耐磨的鋅基合金，其特征在于其合金重量百分比組成為：AL26～37％、Cu2～4％、Mg0.02～0.06％、Mn0.5～1％、Ti0.1～0.5％、B0.03～0.1％、Ni0.5～1％，Si1～3％、Zn51～62％，X1～3％，其他雜質總和≤0.2％；其中X是晶粒細化球化添加劑，X中重量百分比組成為：混合稀土65％(含Ce≥45％)，Sr15％和Fe20％。其合金重量百分比組成可以優選為：AL30.2％、Cu3.53％、Mg0.03％、Mn0.94％、Ni0.5％、Si2.55％、Ti0.25％、B0.05％、X1.8％，余量為Zn及雜質。其合金重量百分比組成可以優選為：AL30.15％、Cu3.55％、Mg0.027％、Mn0.97％、Ni0.53％、Si2.57％、Ti0.23％、B0.04％、X1.75％，余量為Zn及雜質。其合金重量百分比組成可以優選為：AL30.3％、Cu3.5％、Mg0.027％、Mn0.9％、Ni0.58％、Si2.56％、Ti0.25％、B0.05％、X1.78％，余量為Zn及雜質。所述的高強度高耐磨的鋅基合金的鑄件制備方法，按照以下步驟制備而成：電阻爐內加熱鋁錠、鋅錠、銅、硅、錳和鎳，等合金熔化后除氣，壓入鎂塊，鈦硼變質后X變質，二次除氣打渣后，鋅基合金高溫狀態下澆鑄鑄件。所述澆鑄鑄件的方法是：對高溫狀態下的鋅基合金在加壓條件下實施循環水冷卻，循環水冷卻中低溫水進口位置低于高溫水出口位置以確保冷卻水自低位至高位溫度逐步提高，金屬凝固順序為由下往上。優選地，所述加壓條件是指加載550～650MPa的壓強。所述的高強度高耐磨的鋅基合金的鑄件制備的專用壓鑄冷卻裝置，它包括冷卻罐，冷卻罐的側壁上分別設有進水口和出水口，出水口的位置高于進水口，其特征在于：冷卻罐內縱向設有鑄鋼模具，鑄鋼模具的頂端開口并在該開口端安裝有用于向鑄鋼模具內液體合金加壓的壓力機沖頭；鑄鋼模具的下端固定在冷卻罐的內底面上；所述的冷卻罐的底端開設有與鑄鋼模具內腔相通的通孔，并在該通孔中安裝有可上下移動的頂桿。本專利技術的積極效果在于：一、本專利技術在合金中添加Ti，B和X，具有復合細化金屬晶粒的比較顯著的效果，從而提高了合金的綜合力學性能。其中Ti和B能夠細化合金晶粒，提高力學性能；X能夠球化晶粒，提高合金耐磨性能。X中主要含有混合稀土(含Ce≥45％)，Sr和Fe。Sr能夠避免偏析作用，使合金材料更均勻。微量的Fe可以改善B化物的性質，當Fe和Ti元素分布均勻，能夠使合金內質點細小而分散，消除了B化物的聚集。本專利技術中，Si以微小顆粒狀態鑲嵌在基體內，能夠達到耐磨的作用。Cu有助于合金的總體加工性能，有助于提高合金熱加工時的塑性，增強熱處理強化效果，降低合金的各向異性。Mg有助于微細彌散相的形成和阻止熱加工及熱處理過程中再結晶的發生。Zn的加入能夠提高材料的耐磨性能和自潤滑效果。Mn和Ni的組合添加，能夠提高合金高溫加熱下的強度。本專利技術的鋅基合金具有良好的易切削性，優異的機械性能以及優異的耐磨性，可替代現有的部分銅合金，廣泛應用于制造蝸輪、軸套、軸瓦、螺母、滑塊等產品。二、本專利技術的鋅基合金采用在高溫狀態下澆鑄于鋼模內，然后在高壓狀態下利用循環水下冷卻的制備方法，據此得出的合金晶粒更加微小，內部結構更加致密、均勻，能夠更好地消除因重力鑄造自然冷卻導致的鑄件縮孔和縮松，減小了傳統鑄造的冒口尺寸，對于氣密性、水密性零件具有顯著優勢，同時，提高了金屬溶液利用率和生產效率，能夠進一步提高鑄件的強度、硬度及耐磨性。且頂出方法更加靈活，可按鑄件使用要求做出相應調整。金屬液體在壓力作用下發生流變充型、結晶凝固和流變補縮，最終獲得內部致密、外觀光潔、尺寸精確的鑄件，比普通重力鑄造僅靠重力補縮更容易獲得致密鑄造件，消除了傳統鑄件的縮孔和縮松缺陷，內部組織致密、均勻、晶粒細小。在循環水的冷卻下，金屬凝固順序由下往上，補縮效果更好，晶粒微小致密，金屬液體在快冷狀態下凝固，鑄件強度和硬度增加幅度很大，遠遠超出傳統鑄造的性能指標。三、采用本專利技術合金生產的產品具有優異的機械性能以及優異的耐磨性；生產成本低，在國內外市場都具有競爭優勢，可大范圍替代錫青銅。附圖說明圖1是本專利技術專用壓鑄冷卻裝置的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例進一步說明本專利技術。本專利技術的三個實施例分別對應于表1中試樣1、試樣2和試樣3的鑄件制備，按表1具體的合金成分分別進行鑄造。表1試樣化學成分(質量％)其中X是晶粒細化球化添加劑，X中重量百分比組成為：混合稀土65％(含Ce≥45％)，Sr15％和Fe20％。上述三個實施例所采用的晶粒細化球化添加劑中，混合稀土均滿足Ce≥45％的條件，具體選用了淄博偉杰稀土有限公司生產的鑭系混合稀土。工藝流程如下：電阻爐內加熱鋁錠、鋅錠、銅、硅、錳和鎳，等合金熔化后除氣，壓入鎂塊，鈦硼變質后X變質，二次除氣打渣后，鋅基合金高溫狀態下澆鑄鑄件。具體流程如下：一、按比例向電阻爐內加入鋁錠、鋅錠、鋁銅中間合金、鋁硅中間合金、鋁錳中間合金和鋁鎳中間合金，加熱至650℃合金熔化；二、除氣：采用張家港溶劑廠生產的除氣除渣添加劑，用鐘罩壓入液體底部；三、溫度達到600℃后，按比例壓入鎂塊，用鐘罩壓入液體底部，溶化后攪拌1分鐘；四、鈦硼變質：溫度處于600℃時，采用鈦硼添加劑，成塊狀，用鐘罩壓入液體底部，溶化后攪拌1分鐘；五、X變質：升溫至650℃使X變質，成塊狀，用鐘罩壓入液體底部，溶化后攪拌1分鐘；六、二次使用張家港溶劑廠生產的除氣除渣添加劑對液體合金進行處理，靜置10分鐘后撇去上層氧化浮渣；七、鋅基合金保持在650℃高溫狀態下澆鑄鑄件：對650℃高溫狀態下的鋅基合金在加壓條件下(最佳壓強為600MPa)實施循環水冷卻，循環水冷卻中低溫水進口位置低于高溫水出口位置以確保冷卻水自低位至高位溫度逐步提高，金屬凝固順序為由下往上本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高強度高耐磨的鋅基合金，其特征在于其合金重量百分比組成為：AL26～37%、Cu2～4%、Mg0.02～0.06%、Mn0.5~1%、Ti0.1～0.5%、B0.03～0.1%、Ni0.5～1%，Si1～3%、Zn51～62%，X?1～3%，其他雜質總和≤0.2%；其中X是晶粒細化球化添加劑，X中重量百分比組成為：混合稀土65%（含Ce≥45%），Sr15%和Fe20%。

【技術特征摘要】
1.一種高強度高耐磨的鋅基合金，其特征在于其合金重量百分比組成為：AL26～37%、Cu2～4%、Mg0.02～0.06%、Mn0.5~1%、Ti0.1～0.5%、B0.03～0.1%、Ni0.5～1%，Si1～3%、Zn51～62%，X1～3%，其他雜質總和≤0.2%；其中X是晶粒細化球化添加劑，X中重量百分比組成為：混合稀土65%（含Ce≥45%），Sr15%和Fe20%。2.根據權利要求1所述的高強度高耐磨的鋅基合金，其特征在于其合金重量百分比組成為：AL30.2%、Cu3.53%、Mg0.03%、Mn0.94%、Ni0.5%、Si2.55%、Ti0.25%、B0.05%、X1.8%，余量為Zn及雜質。3.根據權利要求1所述的高強度高耐磨的鋅基合金，其特征在于其合金重量百分比組成為：AL30.15%、Cu3.55%、Mg0.027%、Mn0.97%、Ni0.53%、Si2.57%、Ti0.23%、B0.04%、X1.75%，余量為Zn及雜質。4.根據權利要求1所述的高強度高耐磨的鋅基合金，其特征在于其合金重量百分比組成為：AL30.3%、Cu3.5%、Mg0.027%、Mn0.9%、Ni0.58%、Si2.56%、Ti0.25%、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程鵬，
申請(專利權)人：海陽鵬程壓鑄廠，
類型：發明
國別省市：山東,37