本發(fā)明屬于鋁合金材料領(lǐng)域，具體涉及一種耐磨鋁合金及其用途。
背景技術(shù)：
：眾所周知，基于發(fā)動機零件、自動和手動變速器零件、動力轉(zhuǎn)向液壓泵零件、空調(diào)壓縮機零件、活塞等的使用要求，通常使用的是耐磨性能良好的過共晶鋁合金adc14(日本牌號，對應(yīng)于國內(nèi)壓鑄鋁合金牌號為：yl117)。adc14作為過共晶鋁硅合金，自然凝固條件下，極容易發(fā)生成份偏析的現(xiàn)象，硅的成份偏析尤其嚴重。其金相組織主要由初晶硅和共晶組織(α-al+si)構(gòu)成，初晶硅易于形成粗大的塊狀，共晶硅則呈針片狀，嚴重的割裂基體，導(dǎo)致材料的強度下降，脆性增加。并且該合金液相線溫度較高，合金熔煉所需溫度也較高，因此容易導(dǎo)致熔體吸氣、氣孔增多、雜質(zhì)含量偏高。由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)較為困難，國內(nèi)掌握該合金生產(chǎn)技術(shù)工藝的鋁加工企業(yè)不多。cn1584087a公開了一種高性能壓鑄鋁合金，該合金的組分及重量百分比為：si：9.5～11.5、cu：2.0～3.0、mg：0.3～0.4、混合稀土re：0.1～0.3、mn≤0.5、zn≤1.0、fe≤1.0、其余為al。mn是通過結(jié)晶出al-mn系粒子來提高合金耐磨性、耐熱粘著性的元素，該發(fā)明的合金mn含量偏低，合金的耐磨性相對較差。cn105220025a公開了一種壓鑄鋁合金，由如下質(zhì)量百分比的組分構(gòu)成：硅11.0％-14.0％；錳0.1％-0.9％；鎂0.1％-1.0％；鐵0.3％-1.4％；銅≤0.2％；以及鋁和不可避免雜質(zhì)。銅含量的減少雖然有利于保證合金的塑性，但銅是形成al-cu系結(jié)晶物，并且與ni共存而形成al-ni-cu系結(jié)晶物，提高耐磨性、耐熱粘著性、抗軟化性，并且析出cual2粒子，使機械強度提高的元素。該發(fā)明的合金銅含量較低，會導(dǎo)致合金的強度無法得到保證。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種耐磨性能好的耐磨鋁合金。本發(fā)明提供一種耐磨鋁合金，除鋁外，按重量百分比記，包含如下組分：si:13-15％、cu:2.6-3.0％、mn:0.8-1％、cr:0.3-0.4％。優(yōu)選地，按重量百分比記，還包含如下組分：fe:0.5-0.8％、mg:0.35-0.65％、ti:0.2-0.3％。優(yōu)選地，按重量百分比記，還包含0.8-1.5％的zn。優(yōu)選地，按重量百分比記，還包含至多0.1％的ni。優(yōu)選地，按重量百分比記，還包含至多0.1％的pb。優(yōu)選地，按重量百分比記，還包含至多0.3％的sn。優(yōu)選地，按重量百分比記，還包含至多0.01％的cd。本發(fā)明還提供一種耐磨鋁合金，按重量百分比記，由如下組分構(gòu)成：si:13-15％、cu:2.6-3.0％、mn:0.8-1％、cr:0.3-0.4％、fe:0.5-0.8％、mg:0.35-0.65％、ti:0.2-0.3％、zn：0.8-1.5％；至多0.1％的ni；至多0.1％的pb；至多0.3％的sn；至多0.01％的cd；余量為鋁及其他不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供一種耐磨鋁合金的用途，應(yīng)用于發(fā)動機、變速器、液壓泵、壓縮機、活塞。本發(fā)明還提供一種耐磨鋁合金的制備方法，包括如下步驟：(1)將鋁投入熔爐內(nèi)，熔化升溫至830－840℃時加入硅；(2)將溫度升至840-860℃時加入鐵劑、錳劑、鈦劑、鉻劑，攪拌后靜置；(3)升溫至850-870℃時，加入銅，然后攪拌；(4)待溫度為840-860℃加入磷銅，攪拌，靜置；(5)放鋁水熱模降溫至730－750℃，然后加入的純鎂，攪拌；(6)溫度在710-730℃時澆鑄鋁錠。優(yōu)選地，所述步驟(3)和步驟(4)之間，還包括采用無鈉精煉劑進行精練，然后除渣的步驟。優(yōu)選地，按重量百分比記，所述無鈉精煉劑的用量為0.2％。優(yōu)選地，所述步驟(5)和步驟(6)之間，還包括取樣化驗和除氣20分鐘的步驟。優(yōu)選地，所述步驟(4)中，加入磷銅的量，按重量百分比記為0.8％。優(yōu)選地，所述步驟(5)中，加入純鎂之前，先將純鎂放在爐口預(yù)熱。本發(fā)明還提供一種由上述制備方法得到的鋁合金。本發(fā)明的鋁合金合理控制si、cu、mn、cr含量的配比，使得到合金具有較好的耐磨性能，并且si成分偏析較少。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例1的耐磨鋁合金鑄態(tài)斷口晶粒照片；圖2是對比例的adc14合金鑄態(tài)斷口晶粒照片；圖3是本發(fā)明實施例1的耐磨鋁合金400倍的金相組織照片；圖4是對比例的adc14合金的400倍的金相組織照片；圖5是本發(fā)明實施例1的耐磨鋁合金針孔試樣照片；圖6是對比例的adc14合金針孔試樣照片。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明所述技術(shù)方案作進一步的詳細描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。本發(fā)明實施例提供一種耐磨鋁合金，除鋁外，按重量百分比記，包含如下組分：si:13-15％、cu:2.6-3.0％、mn:0.8-1％、cr:0.3-0.4％。通過si、cu、mn、cr含量的合理配比，使微細硬質(zhì)粒子分布均勻，達到了良好的耐磨性能。硅在耐磨合金中是主要的合金元素，它的密度和線脹系數(shù)都比鋁小，可提高流動性，降低鋁合金的收縮量和熱裂傾向。但是，隨著過共晶鋁合金中硅含量的增加，粗大的初晶硅會降低和惡化加工性能和使用性能。含硅越高，初晶硅越難細化。隨著硅含量的增加，初晶硅晶粒數(shù)增加，強度和塑性都降低。同時，結(jié)晶溫度范圍變大，液相溫度也升高，合金的疏松傾向加大，氣密性降低，鑄造性能下降。隨著硅含量的增加，也容易增大硅的成分偏析。本實施例中合理的硅含量既可以保證合金的流動性，又能減少硅成分偏析。銅原子固溶于鋁基體中，具有較大的固溶強化作用。銅在高溫時的溶解度和常溫時的溶解度相差很大，當(dāng)銅含量超過在鋁中的溶解度時，在固溶體的基體上和晶粒邊界上析出金屬化合物al2cu，起到沉淀強化的作用。銅可提高鋁硅合金的常溫和高溫強度。但降低了抗腐蝕性和塑性，熱裂傾向增大，伸長率下降，線脹系數(shù)增加，鑄造性能變壞。因此，對于過共晶鋁硅合金，在保證強度條件下，應(yīng)盡量降低銅的含量。本實施例中選用合理的銅含量，既能保證合金的強度，又能提升其鑄造性。錳能抑制鋁硅合金中鐵元素的部分有害作用；能提高再結(jié)晶溫度并細化再結(jié)晶晶粒；能提高鋁固溶體的穩(wěn)定性。在含硅及含銅的鋁硅合金中，可改善高溫強度。但過高的含錳量也會增加元素的偏析傾向，并形成粗大的復(fù)雜初晶。本實施例中選用合理的錳含量可改善高溫強度，同時又不會增加元素的偏析傾向。鉻在鋁合金中能與al、si等元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成多種金屬間化合物，抑制針、片狀富鐵相的產(chǎn)生，阻礙再結(jié)晶的形核和長大過程，對合金有一定的強化作用，還能改善和提高鋁合金的韌性和降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。本實施例中選用合理含量的鉻，能夠較好的強化鋁合金，同時還不會因為鉻含量過多，而使其淬火敏感性增加。在優(yōu)選實施例中，按重量百分比記，還包含如下組分：fe:0.5-0.8％、mg:0.35-0.65％、ti:0.2-0.3％。合理的鐵含量，能夠和鉻元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成多種金屬間化合物，可強化合金，同時配合合理的錳含量，能夠生成al-si-fe-mn四元化合物硬質(zhì)點，提高合金的耐磨性。合理的鎂含量能與硅形成mg2si強化相使機械強度提高，還可改善鋁合金的室溫與高溫性能，合理的鈦含量在鋁合金中可形成細小的不溶的al3ti金屬間化合物，其質(zhì)點與al有相同的點陣類型和相近的點陣常數(shù)，可作為al固溶體的結(jié)晶核心而起到細化晶粒的作用，提高力學(xué)性能。鈦溶解在固溶體中，還可提高固溶體在高溫下的穩(wěn)定性，對改善鋁合金的高溫性能有利。同時，鈦還能與氫生成穩(wěn)定的tih化合物，有利于對氣孔的消除。但過量的鈦使al3ti質(zhì)點快速聚集長大，對合金的力學(xué)性能不利。在優(yōu)選實施例中，按重量百分比記，還包含0.8-1.5％的zn。在優(yōu)選實施例中，按重量百分比記，還包含至多0.1％的ni。在優(yōu)選實施例中，按重量百分比記，還包含至多0.1％的pb。在優(yōu)選實施例中，按重量百分比記，還包含至多0.3％的sn。在優(yōu)選實施例中，按重量百分比記，還包含至多0.01％的cd。在另一實施例中提供一種耐磨鋁合金，按重量百分比記，由如下組分構(gòu)成：si:13-15％、cu:2.6-3.0％、mn:0.8-1％、cr:0.3-0.4％、fe:0.5-0.8％、mg:0.35-0.65％、ti:0.2-0.3％、zn：0.8-1.5％；至多0.1％的ni；至多0.1％的pb；至多0.3％的sn；至多0.01％的cd；余量為鋁及其他不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明實施例的制備方法，包括如下步驟：(1)將鋁投入熔爐內(nèi)，熔化升溫至830－840℃時加入硅；(2)將溫度升至840-860℃時加入鐵劑、錳劑、鈦劑、鉻劑，攪拌后靜置；(3)升溫至850-870℃時，加入銅，然后攪拌；(4)待溫度為840-860℃加入磷銅，攪拌，靜置；(5)放鋁水熱模降溫至730－750℃，然后加入的純鎂，攪拌；(6)溫度在710-730℃時澆鑄鋁錠。(7)通過機械加工和/或塑性加工，成型為所需要的形狀。在優(yōu)選地實施例中，所述步驟(3)和步驟(4)之間，還包括采用無鈉精煉劑進行精練，然后除渣的步驟。在優(yōu)選地實施例中，按重量百分比記，所述無鈉精煉劑的用量為0.2％。在優(yōu)選地實施例中，所述步驟(5)和步驟(6)之間，還包括取樣化驗和除氣20分鐘的步驟。在優(yōu)選地實施例中，所述步驟(4)中，加入磷銅的量，按重量百分比記為0.8％。在優(yōu)選地實施例中，所述步驟(5)中，加入純鎂之前，先將純鎂放在爐口預(yù)熱。實施例1原料配比，按重量百分比記：硅13％、鐵劑0.5％、錳劑1％、鈦劑0.3％、鉻劑0.4％、銅2.6％、無鈉精煉劑0.2％、純鎂0.6％、鋅0.8％、鎳≤0.1％、砷≤0.3％、鉛≤0.1％、鎘≤0.01％、余量為鋁及其他不可避免的雜質(zhì)。按照上述配比制備合金，步驟如下：熔煉前清理干凈上一爐的殘余鋁液和熔渣，避免雜質(zhì)混入，將再生鋁投入熔爐內(nèi)，熔化升溫至840℃加入硅，攪拌，確認硅熔清后，開火升溫，溫度在855℃時加入鐵劑、錳劑、鈦劑、鉻劑。然后攪拌、靜置、升溫至860℃加入銅，攪拌。接著加入無鈉精煉劑進行精練，除渣、扒渣，取樣化驗。在溫度為860℃時加入磷銅，攪拌，凈置。確認磷銅完全熔解后，放鋁水熱模降溫至750℃，然后先將鎂放在爐口預(yù)熱，預(yù)熱后將純鎂加入后攪拌，取樣化驗，除氣20分鐘。熔煉過程避免鋁液溫度下降過快而導(dǎo)致后升溫。成分合格，溫度在710℃時澆鑄鋁錠。通過機械加工成型為所需要的形狀。最后制得耐磨鋁合金樣品1。實施例2原料配比，按重量百分比記：硅14％、鐵劑0.65％、錳劑0.9％、鈦劑0.2％、鉻劑0.35％、銅2.8％、無鈉精煉劑0.2％、純鎂0.5％、鋅1.2％、鎳≤0.1％、砷≤0.3％、鉛≤0.1％、鎘≤0.01％、余量為鋁及其他不可避免的雜質(zhì)。按照上述配比制備合金，步驟如下：熔煉前清理干凈上一爐的殘余鋁液和熔渣，避免雜質(zhì)混入，將再生鋁投入熔爐內(nèi)，熔化升溫至830℃加入硅，攪拌，確認硅熔清后，開火升溫，溫度在850℃時加入鐵劑、錳劑、鈦劑、鉻劑。然后攪拌、靜置、升溫至860℃加入銅，攪拌。接著加入無鈉精煉劑進行精練，除渣、扒渣，取樣化驗。在溫度為850℃時加入磷銅，攪拌，凈置。確認磷銅完全熔解后，放鋁水熱模降溫至740℃，然后先將鎂放在爐口預(yù)熱，預(yù)熱后將純鎂加入后攪拌，取樣化驗，除氣20分鐘。熔煉過程避免鋁液溫度下降過快而導(dǎo)致后升溫。成分合格，溫度在720℃時澆鑄鋁錠。通過機械加工成型為所需要的形狀。最后制得耐磨鋁合金樣品2。實施例3原料配比，按重量百分比記：硅15％、鐵劑0.5％、錳劑0.8％、鈦劑0.3％、鉻劑0.4％、銅3.0％、無鈉精煉劑0.2％、純鎂0.35％、鋅0.8％、鎳≤0.1％、砷≤0.3％、鉛≤0.1％、鎘≤0.01％、余量為鋁及其他不可避免的雜質(zhì)。按照上述配比制備合金，步驟如下：熔煉前清理干凈上一爐的殘余鋁液和熔渣，避免雜質(zhì)混入，將再生鋁投入熔爐內(nèi)，熔化升溫至830℃加入硅，攪拌，確認硅熔清后，開火升溫，溫度在850℃時加入鐵劑、錳劑、鈦劑、鉻劑。然后攪拌、靜置、升溫至860℃加入銅，攪拌。接著加入無鈉精煉劑進行精練，除渣、扒渣，取樣化驗。在溫度為850℃時加入磷銅，攪拌，凈置。確認磷銅完全熔解后，放鋁水熱模降溫至740℃，然后先將鎂放在爐口預(yù)熱，預(yù)熱后將純鎂加入后攪拌，取樣化驗，除氣20分鐘。熔煉過程避免鋁液溫度下降過快而導(dǎo)致后升溫。成分合格，溫度在720℃時澆鑄鋁錠。通過機械加工成型為所需要的形狀。最后制得耐磨鋁合金樣品3。對比例將市售的常規(guī)adc14作為對比例，adc14的主要化學(xué)成分標準為：si：16.0-18.0％、fe：0.6-1.0％、cu：4.0-5.0％、mn≤0.5％、mg：0.50-0.65％、zn≤1.5％、ni≤0.3％、sn≤0.3％、pb≤0.2％、ti≤0.3％、余量為al。效果實施例1.耐磨性能將實施例1、實施例2和實施例3得到的樣品1、樣品2、樣品3合金和對比例的adc14合金進行耐磨試驗，磨損檢測委托機械工業(yè)材料質(zhì)量檢測中心、上海材料研究所檢測中心進行檢測。磨損檢測是在同一種條件下進行：負荷196n，線速度0.42m/s，干摩擦2小時，對磨輪45鋼，半徑20mm，42-45hrc，粗糙度為ra0.4um。所得到的數(shù)據(jù)見表1。表12.力學(xué)性能將實施例1、實施例2和實施例3得到的樣品1、樣品2、樣品3合金和對比例的adc14合金進行力學(xué)性能測試，得到數(shù)據(jù)如表2所示。表23.硅的偏析將實施例1、實施例2和實施例3得到的樣品1、樣品2、樣品3合金和對比例1得到的adc14合金試樣進行硅元素含量的檢測，分別對同一個試樣取5個點進行檢測，得到的數(shù)據(jù)如表3所示。表34.液固相溫度根據(jù)元素的組成，計算得出實施例1、實施例2和實施例3得到的樣品1、樣品2、樣品3合金和對比例1的adc14合金的液相溫度和固相溫度，得到的具體數(shù)據(jù)如表4所示。表4合金類型液相溫度(℃)固相溫度(℃)樣品1625594樣品2623592樣品3631597adc146455865.熔煉溫度和鑄造溫度根據(jù)材料的熔煉工藝和實驗的結(jié)果得到合金的熔煉溫度和鑄造溫度，具體數(shù)據(jù)如表5所示。表5合金類型熔煉溫度(℃)鑄造溫度(℃)樣品1770710樣品2780730樣品3780720adc14800740由表1的數(shù)據(jù)可以看出，本實施例1-3得到的合金，因為mn、cr、ti等合金元素的合理加入，達到了良好的耐磨性能。并且結(jié)合圖3、圖4可以看出本實施例1的合金材料硬質(zhì)粒子較多，呈現(xiàn)分散均勻分布，而adc14的硬質(zhì)粒子較少，硬質(zhì)粒子較多也是本實施例1的合金的耐磨性能較好的關(guān)鍵所在。由表2的數(shù)據(jù)可以看出，本實施例1-3得到的合金對比adc14具有更好的力學(xué)性能，是因為有元素的優(yōu)化組合及熔煉工藝的控制保障。由表3的數(shù)據(jù)可以看出，相對來說，本實施例1-3得到的合金的si成分偏析較少，因為本實施例1-3得到的合金比adc14的si含量低，si的偏析也相對較小，si成分偏析的減少，能夠使得耐磨鋁合金的基體組織更加均勻，性能更加穩(wěn)定。由表4和表5的數(shù)據(jù)可以看出，本實施例1-3得到的合金的液相溫度比adc14低，相對較低的熔煉溫度和鑄造溫度的優(yōu)勢，有利于能耗的降低，天然氣消耗約可降低2m3/噸。本實施例1的合金材料晶粒細化效果明顯要比adc14好，如圖1和圖2，可以看出，本實施例1的合金晶粒細小，分布均勻，而adc14晶粒粗大，分布不均勻。在相同的氣源、相同的氣壓、相同的除氣時間的實驗下，本發(fā)明實施例1的樣品1的鑄件針孔為1級，密度為2.77g/cm3，而adc14的鑄件針孔為5級，密度為2.75g/cm3，如圖5、圖6。這是因為相對較低的熔煉溫度和鑄造溫度，可以減少高溫氧化和吸氣的程度。同時，添加的ti可與氫生成穩(wěn)定的tih化合物，有利于對氣體的消除作用，使產(chǎn)品的質(zhì)量得以穩(wěn)定和提高。綜上所述，本發(fā)明的合金材料具有較好的耐磨性、優(yōu)異的力學(xué)性能，si成分偏析的減少，性能更加穩(wěn)定，產(chǎn)品品質(zhì)更好。并且在材料的選用中完全可以采用再生資源。符合循環(huán)經(jīng)濟、綠色環(huán)保、節(jié)能低碳的原則。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12