一種工程機械用高強高韌耐磨擠壓鋅合金u型材及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種擠壓鋅合金型材及制備方法，特別是指一種工程機械用高強高韌耐磨擠壓鋅合金U型材及制備方法，屬有色金屬新材料制造領域。
【背景技術】
[0002]目前，國內工程機械用的U型導槽(或稱導槽、耐磨板)，主要采用銅合金材料，如鋁青銅、錫青銅等，采用鑄造方法單件生產，經(jīng)機械加工后使用。因此，原材料成本高、生產效率低。
[0003]與銅合金材料相比，采用高鋁鋅合金材料制造，原材料成本低、材料來源豐富，熔化能耗少。但采用鑄造方法生產，合金的塑韌性低(伸長率I?3% )。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種工程機械用高強高韌耐磨擠壓鋅合金U型材及其制備方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術方案:
[0006]一種工程機械用高強高韌耐磨擠壓鋅合金U型材的制備方法，包括步驟如下:
[0007](I)按照下列成分質量百分比，選取純金屬或中間合金，在坩禍電阻爐內加熱熔化并澆注成鑄錠:25.0 ?45.0% Al,2.0 ?5.0% Cu,0.015 ?0.04% Mg,0.04 ?0.10% T1、0.008?0.02% B，0.004?0.01% C，余量為鋅以及不可避免的雜質元素，雜質元素含量控制范圍為:Fe 彡 0.l%、Pb 彡 0.004%, Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003% ；
[0008](2)將鑄錠于280°C?360°C進行均勻化處理，均勻化處理時間3?12小時；
[0009](3)將型材擠壓模具預熱到260°C?320°C，并安裝在擠壓機上；
[0010](4)將均勻化處理后的鑄錠放入擠壓機的擠壓筒內，在260°C?340°C下擠壓成型；
[0011](5)將擠壓型材截取所要求的長度，放入箱式電阻爐中加熱到290°C?360°C，保溫I?8小時，然后迅速放入0°C?35°C的水中，即固溶處理后進行水淬；
[0012](6)固溶處理水淬后，室溫放置，自然時效兩周以上即獲成品。
[0013]步驟(I)的具體操作優(yōu)選:首先在電阻坩禍爐中加入電解鋁、電解銅、鋅錠，升溫熔化，熔化控制溫度700°C?750°C，當鋁、銅含量高時，熔化控制溫度相應提高。待全部熔化后，用精煉劑進行除渣除氣處理，靜置后扒渣。然后，先加入預熱溫度200?300°C的Mg-1O % Al中間合金，再加入預熱溫度200?300°C的Al-5% T1-1 % B-0.5 % C中間合金，或同時加入預熱的Mg-10% Al中間合金和Al-5% T1-1 % B-0.5% C中間合金，待中間合金全部熔化后，將金屬液攪拌均勻，靜置10至15分鐘，在620?690°C澆注成圓形鑄錠。鑄錠冷卻后，經(jīng)車削加工去表層氧化皮后，備擠壓用。
[0014]步驟(2)所述的鑄錠均勻化溫度優(yōu)選為300?340°C，均勻化時間3?5小時；
[0015]步驟(3)所述的型材擠壓模具為平模，模具預熱溫度優(yōu)選為280?300°C ;
[0016]步驟⑷所述的擠壓溫度優(yōu)選為280?320°C ；
[0017]步驟(5)所述的型材熱處理固溶處理溫度優(yōu)選為300?340°C，保溫2?4小時，然后迅速水淬，水溫O?35°C。
[0018]步驟(6)所述的型材熱處理后，室溫放置，自然時效兩周以上即獲成品。
[0019]本發(fā)明合金中的各組元在合金中的作用如下:鋁在合金中的主要作用是細化合金的組織，提高合金的強度、硬度、塑性和耐磨性。在本發(fā)明擠壓鋅合金中，隨著鋁含量的增加，擠壓狀態(tài)下，合金的強度、硬度、塑性和耐磨性提高。在合金中，加入銅提高合金的強度、硬度和耐磨性。銅部分固溶于富銷α相和富鋅η相中，剩余的銅與鋅形成CuZn4金屬間化合物相，當銅含量為1.5%時，鑄造狀態(tài)下就形成CuZn4金屬間化合物相，隨著銅含量的增加，CuZn4金屬間化合物相數(shù)量增加。在鑄造狀態(tài)下，CuZn 4相呈較大的點塊狀、長條狀分布在晶界上或枝晶間隙中。經(jīng)擠壓后，CuZn4金屬間化合物呈細小的點狀均勻分布。但是，當銅含量超過5%時，由于組織中形成過多的CuZn4金屬間化合物相，降低合金在熱處理狀態(tài)下的塑韌性。鎂是重要的微合金化元素，對合金的性能影響顯著，特別是在熱處理狀態(tài)下，加入微量的鎂，就可以獲得非常顯著的強化效果。微量的鎂主要固溶于富鋁α相、富鋅的n相中，起固溶強化作用。但當鎂含量超過0.05%時，在熱處理狀態(tài)下，鎂顯著降低合金的塑韌性。T1、B、C主要是用于細化合金的初生富鋁α相，以獲得組織細小、均勻的鑄錠組織。合金中加入T1、B、C后，在合金液中形成細小的TiAl3相、TiB相TiC等粒子，這些細小粒子作為初生富鋁α相的晶核，促使基體組織初生富鋁α相細化，形成等軸晶組織，有利于提高擠壓合金的性能。Ti,B,C以Al-5% T1- 1% B-0.5% C中間合金的形式加入，Mg以Mg-1O% Al中間合金的形式加入，合金化元素吸收率高。
[0020]鑄錠的組織在鑄造狀態(tài)下是不均勻的，擠壓前將鑄錠均勻化有益于減少成分偏析，獲得較為均勻的鑄錠組織，改善和提高擠壓成形的工藝性能。但均勻化溫度超過380°C時，會產生過燒現(xiàn)象，溫度低于280°C時，會延長均勻化保溫時間。因此均勻化溫度應在280?360°C。均勻化時間過長，鑄錠的組織會出現(xiàn)晶粒粗化現(xiàn)象，并且由于CuZn4相的溶解，數(shù)量減少，會影響合金的耐磨性能。
[0021]研宄表明，當擠壓溫度低于260°C時，擠壓變形抗力較大；高于360°C時，由于高溫強度低，擠壓型材的質量較差。
[0022]擠壓后的型材通過熱處理，即固溶處理水淬，可顯著的提高合金的拉伸強度、硬度，并且具有優(yōu)良的塑韌性。研宄表明，將型材加熱到290?360°C，并保溫一定時間后水淬，強化效果顯著。在高溫下，Zn、Mg、Cu原子在富鋁α相中的溶解度增加，而在低溫時，Zn、Mg、Cu原子在富鋁α相中的溶解度減少，當快速冷卻時，富鋁α相處于過飽和狀態(tài)，顯著提高了強度、硬度。但是，固溶處理溫度超過360°C時，由于合金的熱強度低，型材易出現(xiàn)變形，并且在水淬時，易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。當固溶處理溫度低于290°C時，效果不顯著。保溫時間超過8小時，晶粒會出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，降低合金的性能。
[0023]型材熱處理后室溫自然時效兩周以上，可提高尺寸穩(wěn)定性。
[0024]本發(fā)明通過合金組分優(yōu)化和工藝處理的有機結合制得了高強高韌耐磨擠壓鋅合金U型材。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明擠壓制備的工程機械用三種規(guī)格的擠壓鋅合金U型材。
【具體實施方式】
[0026]下面結合寬32_、高32_、壁厚8_的U型材具體實施例，對本發(fā)明進一步具體說明。
[0027]實施例1
[0028]U型材寬32_、高32_、壁厚8_。鑄錠尺寸Φ 120X450，擠壓筒直徑Φ 125，擠壓比19。
[0029]按照成分配比(質量百分比):26.0%Al,2.50% Cu,0.025 % Mg,0.06% T1、0.012 % B、0.006 % C，余量為Zn以及不可避免的雜質元素，雜質元素控制范圍為:Fe ^ 0.1Pb ^ 0.004%, Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003%。
[0030]制備方法如下:稱取電解鋁、電解銅、鋅錠，放入預熱的石墨坩禍中，電阻爐熔化控制溫度700°C。待全部熔化后，用精煉劑進行除渣除氣處理，然后靜置扒渣。加入預熱溫度為200?300°C的Mg-10%A1中間合金、Al_5% T1- 1% B-0.5% C中間合金，待全部熔化后，將金屬液攪拌均勻，靜置10分鐘。鑄錠采用金屬型鑄造，澆注溫度630?640°C。鑄錠冷卻后，經(jīng)車削加工去除表層氧化皮，備擠壓坯料用。
[0031]在箱式電阻爐中對擠壓坯料進行均勻化處理，均勻化溫度300°C，時間3小時。擠壓筒預熱溫度300°C，模具預熱溫度300°C。
[0032]將坯料放入擠壓筒內擠壓，擠壓溫度300°C，擠出速度25?30mm/s。
[0033]將擠壓好的型材截取要求的長度。
[0034]將型材放入箱式電阻爐中，加熱升溫至320°C，保溫2小時，然后迅速放入20?25 °C的水中。
[0035]將熱處理的型材放置室溫自然時效兩周。
[0036]型材熱處理狀態(tài)的力學性能為:拉伸強度為530?537MPa，伸長率17?18%，布氏硬度HB155?160。
[0037]實施例2
[0038]U型材寬32_、高32_、壁厚8_。鑄錠尺寸Φ 120X450，擠壓筒直徑Φ 125，擠壓比19。
[0039]按照成分配比(質量百分比):26.0%Al,2.50% Cu,0.035 % Mg,0.06% T1、0.012 % B、0.006 % C，余量為Zn以及不可避免的雜質元素，雜質元素控制范圍為:Fe ^ 0.1Pb ^ 0.004%, Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003%。
[0040]制備方法如下:稱取電解鋁、電解銅、鋅錠，放入預熱的石墨坩禍中，電阻爐熔化控制溫度700°C。待全部熔化后，用精煉劑進行除渣除氣處理，然后靜置扒渣。加入預熱溫度均為200°C?300°C的Mg-10% Al中間合金、Al_5% T1-1 % B-0.5% C中間合金，待全部熔化后，將金屬液攪拌均勻，靜置10分鐘。鑄錠采用金屬型鑄造，澆注溫度630?640°C。鑄錠冷卻后，經(jīng)車削加工去除表層氧化皮，備擠壓坯料用。
[0041]在箱式電阻爐中對擠壓坯料進行均勻化處理，均勻化溫度360°C，時間12小時，然后降溫至300°C保溫。擠壓筒預熱溫度300°C，模具預熱溫度300°C。
[0042]將坯料放入擠壓筒內擠壓，擠壓溫度300 °C，擠出速度25?30mm/s。
[0043]將擠壓好的型材截取要求的長度。
[0044]將型材放入箱式電阻爐中，加熱升溫至320°C，保溫2小時，然后迅速放入20?25 °C的水中。
[0045]將熱處理的型材放置室溫自然時效兩周。
[0046]型材熱處理狀態(tài)的力學性能為:拉伸強度為576?579MPa，伸長率10?11%，布氏硬度HB170?175。
[0047]實施例3
[0048]U型材寬32_、高32_、壁厚8_。鑄錠尺寸Φ 120X450，擠壓筒直徑Φ125_，擠壓比19。
[0049]按照成分配比(質量百分比):26.0%Al,3.50% Cu,0.025 % Mg,0.06% T1、0.012 % B、0.006 % C，余量為Zn以及不可避免的雜質元素，雜質元素控制范圍為:Fe ^ 0.1Pb ^ 0.004%, Sn 彡 0.002%, Cd 彡 0.003%。
[0050]制備方法如下:稱取電解鋁、電解銅、鋅錠，放入預熱的石墨坩禍中，電阻爐熔化控制溫度700°C。待全部熔化后，用精煉劑進行除渣除氣處理，然后靜置扒渣。加入預熱溫度均為200°C?300°C的Mg-10% Al中間合金、Al_5% T1-1 % B-0.5% C中間合金，待全部熔化后，將金屬液攪拌均勻，靜置10分鐘。鑄錠采用金屬型鑄造，澆注溫度6