專利名稱：耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金及其制造方法。
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(chǔ)上添加重量百分?jǐn)?shù)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(shù)種，改善和提高合金的強(qiáng)度和耐磨性。ZA27合金的成分(重量百分?jǐn)?shù))為鋁25.0～26.0％；銅2.0～2.5％；鎂0.01～0.02％，見美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM B669(1984)。但是上述鋅基合金(CN1039066A，高強(qiáng)韌低膨脹鋅基耐磨合金除外)都具有下列不可克服的缺點(diǎn)第一，合金的耐磨硬質(zhì)點(diǎn)較少，耐磨性差；特別是合金的高溫性能差，僅能在工作溫度低于120℃條件下使用。當(dāng)工作溫度大于120℃時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)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(huán)境下工作的減摩零件和模具的使用要求。第二，合金的熱膨脹系數(shù)大，高達(dá)26～28×10-6℃-1，不能用來制造尺寸穩(wěn)定性高的減摩零件和模具。CN1039066A，高強(qiáng)韌低膨脹鋅基耐磨合金，雖然熱膨脹系數(shù)較低，為19.2×10-6℃-1，但是它也僅能在低于120℃條件下工作。
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述鋅基合金性能的缺點(diǎn)，提供一種在100℃～200℃范圍內(nèi)具有高抗拉強(qiáng)度、良好耐磨性能和低熱膨脹系數(shù)的鋅基耐磨合金及其制造方法。
本發(fā)明的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的成分(重量百分?jǐn)?shù))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％；鋅為余量。
在本發(fā)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(qiáng)度和耐磨性以及降低合金熱膨脹系數(shù)的重要手段。陶瓷顆粒是剛玉、碳化硅、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(jìn)行900～1400℃焙燒處理。陶瓷顆粒在合金中均勻分布，減小鑄態(tài)組織的枝晶間距和成分偏析，使合金的成分更為均勻，同時(shí)也是合金中的耐高溫相和耐磨硬質(zhì)點(diǎn)，因此加入陶瓷顆粒顯著提高合金的高溫強(qiáng)度和耐磨性，能夠滿足用該合金制造的減摩零件和模具在高溫以及潤滑失效等惡劣環(huán)境下工作時(shí)的使用要求。陶瓷顆粒的熱膨脹系數(shù)低，在0～100℃范圍內(nèi)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系數(shù)，因此可以用該合金制造尺寸穩(wěn)定性高的減摩零件和模具。
在本發(fā)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(tài)合金浸潤的必要條件。鎂、鈣、鋯和鉿成分在所說的含量?jī)?nèi)，能有效的降低陶瓷顆粒與液態(tài)合金的界面張力，使陶瓷顆粒能夠完全被液態(tài)合金所浸潤，因此陶瓷顆粒能夠與液態(tài)合金充分接觸并且均勻分布于合金熔液中。低于此含量上述作用不明顯，高于此含量合金易發(fā)生熱裂，鑄造成型困難。
本發(fā)明的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的制造方法是，首先按下列成分(重量百分?jǐn)?shù))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％；鋅為余量，以鋁銅中間合金和鋁鋯中間合金加入銅和鋯。熔煉時(shí)先將50-85％的鋅、鋁銅中間合金和鋁鋯中間合金熔化，然后用鐘罩壓入法加入鈣、鎂和鉿，再加入剩余15-50％的鋅。將已焙燒后的陶瓷顆粒加熱到550-850℃，合金熔液溫度調(diào)整到500-750℃，加入陶瓷顆粒。在加入陶瓷顆粒過程中，用機(jī)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于合金熔液中，最后用重力鑄造或壓力鑄造或擠壓鑄造方法鑄造成型。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，在不降低合金的室溫抗拉強(qiáng)度的前提下，大幅度提高合金的高溫抗拉強(qiáng)度(室溫σb≥380MPa，200℃σb≥150MPa)，合金的耐磨性能好(摩擦系數(shù)為0.01左右，磨損量比ZA27合金小6～25倍)，熱膨脹系數(shù)小(在20～100℃范圍內(nèi)平均值小于18×10-6℃-1)，適合制造在高溫以及潤滑失效等惡劣環(huán)境下工作的減摩零件和模具以及高尺寸穩(wěn)定性的減摩零件和模具。本發(fā)明的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的制造方法簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)現(xiàn)。
通過實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金及其制造方法。
實(shí)施例1用電阻爐將尺寸為40微米碳化硅(SiC)在1200℃焙燒4小時(shí)，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(yù)先配制好的Al-33％Cu和Al-10％Zr中間合金裝入帶有電磁攪拌設(shè)備的電阻坩鍋爐中熔化，待全部熔化后分別用鐘罩壓入金屬鈣、金屬鎂和金屬鉿，最后加入剩余30％的鋅錠。調(diào)整爐溫到500～650℃后，開動(dòng)電磁攪拌設(shè)備，緩慢加入已準(zhǔn)備好的SiC，待SiC全部進(jìn)入合金液后，繼續(xù)攪拌5分鐘后澆注。用金屬型重力鑄造方法鑄造成型。合金的性能見表2。
實(shí)施例2制造方法同實(shí)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(fā)明的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金可用來制造在高溫以及潤滑失效等惡劣環(huán)境下工作的減摩零件和模具以及高尺寸穩(wěn)定性的減摩零件和模具。
表1實(shí)施例的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金成分(重量百分?jǐn)?shù))
表2實(shí)施例的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金性能
權(quán)利要求
1.一種耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金，其特征是合金的成分(重量百分?jǐn)?shù))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％；鋅為余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅基耐磨合金，其特征是所說的陶瓷顆粒是剛玉、碳化硅、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。
3.一種制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?jǐn)?shù))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％；鋅為余量，其特征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(shí)先將50-85％的鋅、鋁銅中間合金和鋁鋯中間合金熔化，然后用鐘罩壓入法加入鈣、鎂和鉿，再加入剩余15-50％的鋅。將陶瓷顆粒在900～1400℃焙燒后再加熱到550-850℃，合金熔液溫度調(diào)整到500-750℃，加入陶瓷顆粒，最后澆注成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的制造方法，其特征是在加入陶瓷顆粒時(shí)用機(jī)械力或電磁力或超聲波對(duì)合金熔液進(jìn)行攪拌，使陶瓷顆粒在合金熔液中均勻分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金的制造方法，其特征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(fā)明涉及一種耐高溫低膨脹鋅基耐磨合金及其制造方法。合金的成分(重量百分?jǐn)?shù))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％；鋅為余量。它的制造方法是，按上述成分配料，在各種金屬元素全部熔化后，加入陶瓷顆粒。用機(jī)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于合金熔液中，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(hào)C22C18/00GK1140766SQ9610327
公開日1997年1月22日 申請(qǐng)日期1996年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月18日
發(fā)明者凌剛 申請(qǐng)人:凌剛