一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝和澆注系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝和澆注系統(tǒng)，所述合金按化學成分的WT％的配比是：Al 11-13、Cu 1.5-2.5、Mg 0.02-0.04、RE0-1.05、Zn余量，各化學成分WT％的配比總和為100％。鑄造工藝為先將Al及Al-Cu中間合金混合加熱至完全融化，再分別加入Zn、Mg和Al-RE中間合金，充分攪拌，于600-620℃熔煉并用C2Cl6除氣，在550-580℃澆注。澆注系統(tǒng)鑄型為長方體；鑄型的寬所在的一個側面連接澆冒口，相對的側面連接條狀冷鐵；另兩個側面分別連接兩條石膏條。本發(fā)明在ZA12合金的基礎上，通過優(yōu)化合金成分，改善鑄件的澆注系統(tǒng)及鑄型設計，細化合金組織，顯著提高合金力學性能和耐磨性，提供一種綜合性能優(yōu)良、高耐磨性的高鋁鋅基合金。
【專利說明】一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝和澆注系統(tǒng)

【技術領域】：
[0001] 本發(fā)明合金材料【技術領域】，具體涉及一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝和澆 注系統(tǒng)。

【背景技術】：
[0002] 高鋁鋅基合金不僅具有強度高、比重輕和易加工等良好綜合機械性能，而且具有 很好的耐磨性，是優(yōu)良的結構材料和減摩材料。高鋁鋅基合金可以做為滑動軸承材料替 代錫青銅、巴氏合金，用于制造蝸輪、軸瓦、軸套等耐磨件，還可以部分替代一些高強度的鑄 鐵、黃銅等材料，具有顯著的社會經濟效益。盡管高鋁鋅基合金具有種種優(yōu)點，但由于該類 合金的凝固特性，其鑄件易產生縮孔、縮松、偏析等鑄造缺陷，且有韌性低的缺點。如何發(fā)展 和完善這類新型合金的性能成為當今企業(yè)需要解決的技術難題。
[0003] 目前，世界發(fā)達國家已經開發(fā)了一系列的高鋁鋅基耐磨材料，供不同工況條件下 的軸瓦、軸套、滑塊等選用。而國內由于長期受傳統(tǒng)觀念的影響，絕大多數(shù)冶金企業(yè)仍然使 用常規(guī)牌號的ZA27合金。ZA27合金雖然具有良好的性能，但其凝固范圍很寬，鑄造中易形 成縮孔等鑄造缺陷，造成其組織穩(wěn)定性差，尺寸及性能的穩(wěn)定性較差。ZA12合金的凝固范圍 較窄，鑄造過程中不容易形成縮孔等鑄造缺陷，但其抗拉強度和耐磨性都相對較差。


【發(fā)明內容】
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[0004] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種高耐磨高鋁鋅基合金及其鑄造工藝和澆注 系統(tǒng)，在ZA12合金的基礎上，通過優(yōu)化合金成分，改善鑄件的澆注系統(tǒng)及鑄型設計，細化合 金組織，顯著提高合金力學性能和耐磨性，提供一種綜合性能優(yōu)良、高耐磨性的高鋁鋅基合 金。
[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0006] 一種高耐磨高鋁鋅基合金，按化學成分的WT%的配比是：Al 11-13、Cu 1. 5-2. 5、 Mg 0.02-0. 04、RE 0-1. 05、Zn余量，各化學成分WT%的配比總和為100%。
[0007] 所述合金的原料采用Zn、Al、Mg、RE、Al-Cu中間合金和Al-RE中間合金，各原料組 分的添加量按所述合金的化學成分WT %配比進行控制。
[0008] 所述RE的組分及其質量百分比為：鈰Ce58%、鑭La29%、釹Nd9%、其余為鈧Sc。
[0009] 所述Al-Cu中間合金含質量比30%的Cu ;A1-RE中間合金含質量比9%的RE。 [0010] 一種高耐磨高鋁鋅基合金的鑄造工藝，先將Al及Al-Cu中間合金混合加熱至完全 融化，再分別加入Zn、Mg和Al-RE中間合金，充分攪拌，于600-620°C熔煉并用C2Cl6除氣， 在 550-580°C澆注。
[0011] 一種高耐磨高鋁鋅基合金的鑄造工藝所用的澆注系統(tǒng)，所述澆注系統(tǒng)的鑄型為長 方體；鑄型的寬所在的一個側面連接澆冒口，相對的側面連接條狀冷鐵；另兩個側面分別 連接兩條石膏條。
[0012] 所述冷鐵采用灰鑄鐵。
[0013] 本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：
[0014] 在ZA12合金的基礎上，通過添加混合稀土優(yōu)化合金成分，細化合金組織，通過改 進鑄型優(yōu)化鑄件縱向方向的順序凝固效果，顯著提高合金力學性能和耐磨性，使所述合金 高載時（PMOOON)耐磨性提高了兩倍，抗拉強度提高37. 5%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明一種高耐磨高鋁鋅基合金的鑄造工藝所用的澆注系統(tǒng)結構示意圖； 圖中，1-鑄型，2-澆冒口，3-條狀冷鐵，4-石膏條，5-溫度探測孔；
[0016] 圖2為本發(fā)明合金的UTS - fi關系曲線圖；其中：f「凝固指數(shù)，UTS-抗拉強度； [0017] 圖3為本發(fā)明合金的A -RE關系曲線圖；
[0018] 圖4為本發(fā)明合金的UTS -RE關系柱狀圖：
[0019] 圖5為本發(fā)明合金的P-V特征曲線圖，圖中：
[0020] A、為未加入RE的本發(fā)明合金的P-V特征曲線，
[0021] B、為含質量比1.05% RE的本發(fā)明合金的P-V特征曲線，
[0022] C、為含質量比0.068% RE的本發(fā)明合金的P-V特征曲線，
[0023] D、為含質量比0. 104% RE的本發(fā)明合金的P-V特征曲線，
[0024] E、為含質量比0.23% RE的本發(fā)明合金的P-V特征曲線；

【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不構成對本發(fā)明保護范圍的 限制。
[0026] 實施例1 :
[0027] 一種高耐磨高鋁鋅基合金，按化學成分的WT%的配比是：Al 11、Cu 1.5、Mg 0. 02、RE 0. 068、Zn 87.412。
[0028] 原料采用含質量比99. 96 %鋅的鋅品、含質量比99. 5 %鋁的鋁品、純鎂、混合稀 土、含質量比30% Cu的Al-Cu中間合金和含質量比9% RE的Al-RE中間合金，其中混合稀 土中含質量比：鈰Ce58%、鑭La29%、釹Nd9%、其余為鈧Sc。Al-RE中間合金制備方法是：按照RE質量比9 %，其余為Al，混合加熱到熔化制成；Al-Cu中間合金制備方法是：按Cu質 量比30%，其余為A1，混合加熱到熔化制成。各原料組分的添加量按所述合金的化學成分 WT %配比進行控制。
[0029] 如圖1所示，澆注系統(tǒng)的鑄型為270mmX180mmX22mm的長方體。條狀冷鐵用灰 鑄鐵制成，尺寸為220mmX45mmX25mm，澆冒口和條狀冷鐵分別連接鑄型的寬所在的兩個側 面，另兩個側面分別連接預制烘干的兩條石膏條，石膏條的尺寸270mmX50mmX22mm。
[0030] 在鑄型的軸線上分別設置5個溫度探測孔5,間隔50mm，每個溫度探測孔5中各安 放一支鎳鉻-鎳硅熱電偶，所述熱電偶插入鑄型的深度約為鑄型厚度的一半。所述熱電偶 用雙孔陶瓷管作為保護套，與函數(shù)記錄儀相連，函數(shù)記錄儀事先標定好，記錄并繪制出鑄件 各部位的冷卻曲線，由該冷卻曲線確定凝固時間t、溫度梯度G、凝固速度R，從而計算出凝 固指數(shù)fi。
[0031] 所述高耐磨高鋁鋅基合金的鑄造工藝，先將Al及Al-Cu中間合金混合加熱至完全 融化，再分別加入Zn、Mg和Al-RE中間合金，充分攪拌，于600-620°C熔煉并用C2Cl6除氣， 在 550-580°C澆注。
[0032] 實施例2 :
[0033] -種高耐磨高鋁鋅基合金，按化學成分的WT%的配比是：Al 12、Cu 2.0、Mg 0. 03、RE 0. 104、Zn 85. 866。其余同實施例 1。
[0034] 實施例3 :
[0035] 一種高耐磨高鋁鋅基合金，按化學成分的WT%的配比是：Al 12、Cu 2.0、Mg 0.03、RE 0.23、Zn 85.74。其余同實施例 1。
[0036] 實施例4 :
[0037] 一種高耐磨高鋁鋅基合金，按化學成分的WT%的配比是：Al 13、Cu 2.5、Mg 0.04、RE 1.05、Zn 83. 41。其余同實施例 1。
[0038] 實施例5 :
[0039] 一種高耐磨高鋁鋅基合金，按化學成分的WT%的配比是：Al 13、Cu 2. 5、Mg 0.04、RE 0.00、Zn 84. 46。其余同實施例 1。
[0040] 把實施例1-5所得的板狀鑄件分別先銑后車制成標準拉伸試樣和磨損試件，進行 拉伸試驗和磨損試驗。
[0041] 由數(shù)理統(tǒng)計和線性回歸理論，凝固指數(shù)fi與抗拉強度UTS存在以下公式的關系：
[0042] IogUTS = 3. 543 - 0? 3781(^4。
[0043] 如圖2所示是抗拉強度與凝固指數(shù)的關系曲線圖。
[0044] 如圖4的試驗數(shù)據(jù)說明，本發(fā)明的合金抗拉強度值UTS為224?330Pa，當RE含量 為質量比0. 50 - 1. 05 %范圍內時，本發(fā)明的合金具有較好的抗拉強度值；當RE含量為質 量比0. 068%時，抗拉強度值UTS最高為330Pa，比未含RE的合金抗拉強度提高37. 5%。
[0045] 由公式

【權利要求】
1. 一種高耐磨高鋁鋅基合金，其特征在于，按化學成分的WT%的配比是:A1 ll-13、Cu 1.5-2. 5、Mg 0.02-0. 04、RE 0-1. 05、Zn 余量，各化學成分 WT% 的配比總和為 100%。
2. 如權利要求1所述的一種高耐磨高鋁鋅基合金，其特征在于，所述合金的原料采用 Zn、Al、Mg、RE、Al-Cu中間合金和A1-RE中間合金，各原料組分的添加量按所述合金的化學 成分WT %配比進行控制。
3. 如權利要求2所述的一種高耐磨高鋁鋅基合金，其特征在于，所述RE的組分及其質 量百分比為：鈰Ce58%、鑭La29%、釹Nd9%、其余為鈧Sc。
4. 如權利要求2所述的一種高耐磨高鋁鋅基合金，其特征在于，所述Al-Cu中間合金含 質量比30%的Cu ;A1-RE中間合金含質量比9%的RE。
5. 如權利要求2所述的一種高耐磨高鋁鋅基合金的鑄造工藝，其特征在于，先將A1及 Al-Cu中間合金混合加熱至完全融化，再分別加入Zn、Mg和A1-RE中間合金，充分攪拌，于 600-620°C熔煉并用C2C16除氣，在550-580°C澆注。
6. 如權利要求5所述的一種高耐磨高鋁鋅基合金的鑄造工藝所用的澆注系統(tǒng)，其特征 在于，所述澆注系統(tǒng)的鑄型為長方體；鑄型的寬所在的一個側面連接澆冒口，相對的側面連 接條狀冷鐵；另兩個側面分別連接兩條石膏條。
7. 如權利要求6所述的一種高耐磨高鋁鋅基合金的鑄造工藝所用的澆注系統(tǒng)，其特征 在于，所述冷鐵采用灰鑄鐵。
【文檔編號】C22C18/04GK104451262SQ201410781019
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權日:2014年12月16日
【發(fā)明者】鄧新平, 聶雄, 林元祖, 嚴偉林, 鄭戰(zhàn)光 申請人:廣西大學