專利名稱：一種強(qiáng)韌性鋅合金材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種強(qiáng)韌性鋅合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在金屬材料領(lǐng)域中，強(qiáng)韌性鋅合金作為強(qiáng)韌性材料一直受到普遍重視。CN200610155125. 7中公開(kāi)了一種高強(qiáng)度高韌性的鋅基合金線材或棒材制造方法， 其生產(chǎn)工藝過(guò)程為提供鋁含量> IOwt %的鋅基合金原料一熔煉一保溫及擠壓一拉拔一 熱處理一淬火；其中，保溫及擠壓溫度在300 450°C范圍內(nèi)；熱處理的溫度在150 300°C 范圍內(nèi)，時(shí)間在30 120min之間。該合金材料的制備工藝復(fù)雜，且其韌性還有待進(jìn)一步增 強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述技術(shù)缺陷，提供一種強(qiáng)韌性鋅合金材料，該材料具有 良好的性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種強(qiáng)韌性鋅合金材料的制備方法，該制備方法工藝簡(jiǎn) 單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種強(qiáng)韌性鋅合金材料，其特征在于該材料以鋅合金為基體，在基體中分布著由銅絲 和鐵絲形成的金屬絲團(tuán)，所用銅絲和鐵絲直徑均為l_2mm，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm，材料 中銅絲與鐵絲的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10-35% ；鋅合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為39-46%，Sr為0. 2% 0. 5%，Si為 3%，Cu 為 2% 4%，Pb 為 3%，F(xiàn)e 為 0.5% 1.2%，Gd 為 0.5% 1%，Μη 為4% 6% ,Ho為0. 01% 0. 03%，其余為Si ；銅絲為純銅；鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09，Si為0. tM、 0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe。所述基體中還分布有CrSi17和CoSi13顆粒。一種強(qiáng)韌性鋅合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鈷銅絲及鍍鉻鐵絲的準(zhǔn)備分別取直徑為l_2mm、成分為純銅的銅絲以及直徑為 l-2mm、成分重量百分含量:C 為 0. 05-0. 09，Si 為 0. 2% 0. 3 Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲，銅絲與鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，銅絲和鐵絲兩種金屬絲共 占材料的體積百分比為10-35% ；按常規(guī)方法分別在銅絲表面鍍鈷及鐵絲表面鍍鉻，銅絲表 面鍍鈷層厚度為50-150微米；鐵絲表面鍍鉻層的厚度為100-200微米；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鈷銅絲及鍍鉻鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的 松緊程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布置完畢 后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；3鋅合金基體的準(zhǔn)備按重量百分含量Al為39-46%，Sr為0.2% 0.5%，Si為 3%，Cu 為 2% 4%，Pb 為 3%，!^ 為 0. 5% 1.2%，Gd 為 0. 5% 1%，Μη 為 4% 6%，Ho為0. 01% 0. 03%，其余為Si進(jìn)行配料；將鋅合金基體在感應(yīng)電爐中熔化制得鋅 合金液，熔化溫度為690-710°C ；將上述鋅合金合金液澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型，液態(tài)合金液將鍍鈷銅絲及鍍鉻鐵 絲包圍，然后冷卻凝固，得到以鋅合金為基體的其中分布有金屬絲團(tuán)的強(qiáng)韌性材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下(1)本發(fā)明材料中的銅絲及鐵絲自身具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和較高的強(qiáng)韌性。鍍鈷銅絲中的 Co和Cu及鍍鉻鐵絲中的Co、Fe進(jìn)入液態(tài)鋅中，與鋅形成CoSi13、CrZn17, CuZn, Fe3Zn10等特 殊化合物，彌散增強(qiáng)鋅合金；未熔的銅絲及鐵絲與鋅合金冶金結(jié)合，對(duì)鋅合金起到增強(qiáng)增韌 的作用。(2)本發(fā)明鋅合金基體中的Ho與Si可以形成化合物aiHo，對(duì)鋅合金的組織具有 顯著細(xì)化的作用，有助于材料強(qiáng)韌性的提高；Gd和Si可形成固溶體，Gd對(duì)ai可起固溶強(qiáng)化作用。(3)本發(fā)明合金材料材料成本低，制備工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)的合金材料性 能好，且便于工業(yè)化生產(chǎn)。(4)本發(fā)明鋅合金材料具有較強(qiáng)的韌性，鑄件尺寸穩(wěn)定，材料成本低廉，適合制 造軸瓦、軸套、蝸輪、螺母等零件。本發(fā)明的合金性能見(jiàn)表1。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制得的金屬絲增強(qiáng)強(qiáng)韌性鋅合金材料的金相組織。圖1可以看到在鋅合金與金屬絲結(jié)合良好。
具體實(shí)施例方式以下各實(shí)施例僅用作對(duì)本發(fā)明的解釋說(shuō)明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。實(shí)施例中直徑為0. 5-2mm的銅絲和鐵絲均為市購(gòu)，鍍鈷層自制。實(shí)施例一鍍鈷銅絲及鍍鉻鐵絲的準(zhǔn)備 銅絲為純銅，其直徑為1mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0.05%，Si為0. , Mn為0.25 P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^ ；該鐵絲的直徑為1mm。銅絲和鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲占材料的體積百分比為10%。取銅絲按照常規(guī)方法對(duì)其表面進(jìn)行鍍鈷處理制備鍍鈷銅絲；鍍鈷層厚度為50微 米。取鐵絲按照常規(guī)方法對(duì)其表面進(jìn)行鍍鉻處理制備鍍鉻鐵絲；鍍鉻層的厚度為100 微米。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鈷銅絲及鍍鉻鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合雙絲金屬絲團(tuán)(兩根絲同時(shí)成型，形成雙絲金屬絲團(tuán)，成型可按洗碗用的清潔球或稱鋼絲球的方法)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的松緊 程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布置完畢后，將 鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；鋅合金基體準(zhǔn)備其成分按重量百分含量:A1為39%，Sr為0.2%，Si為1%，Cu為 2%, Pb為l%，F(xiàn)e為0. 5%，Gd為0. 5%，Mn為4%，Ho為0. 01 %，其余為Si的進(jìn)行配料， 將鋅合金基體在感應(yīng)電爐中熔化制得鋅合金液，熔化溫度為695-705°C ；將上述鋅合金合金液澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型，液態(tài)合金液將鍍鈷銅絲及鍍鉻鐵 絲包圍，然后冷卻凝固，得到以鋅合金為基體的其中分布有金屬絲團(tuán)的強(qiáng)韌性材料。實(shí)施例二 鋅合金基體成分按重量百分含量A1為46 %，Sr為0. 5 %，Si為3 %，Cu為4 %，1 為 3%，!^e為1. 2%，Gd為1%，Mn為6% ,Ho為0. 03%，其余為Si進(jìn)行配料。銅絲為純銅，其直徑為2mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 09%, Si為0. 3%, Mn為0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^ ；該鐵絲的直徑為2mm。所取銅絲和鐵絲的二者的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為 35%。取銅絲按照常規(guī)方法對(duì)其表面進(jìn)行鍍鈷處理制備鍍鈷銅絲，鍍鈷層厚度為150微 米。取鐵絲按照常規(guī)方法對(duì)其表面進(jìn)行鍍鉻處理制備鍍鉻鐵絲；鍍鉻層的厚度為200微米。 按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為 IOcm0制備過(guò)程同實(shí)施例一。實(shí)施例三鋅合金基體成分按重量百分含量A1為41 %，Sr為0. 4 %，Si為2 %，Cu為3 %，Pb為 2%，!^e 為 0. 9%，Gd 為 0. 7%，Mn 為 5%，Ho 為 0. 02%，其余為 Si 進(jìn)行配料。銅絲為純銅，其直徑為1. 5mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 07%, Si為0. 25%, Mn為0. 3%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^ ；該鐵絲的直徑為1. 5mm。所取銅絲和鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為25%。取銅絲按照常規(guī)方法對(duì)其表面進(jìn)行鍍鈷處理制備鍍鈷銅絲，鍍鈷層厚度為80微 米。取鐵絲按照常規(guī)方法對(duì)其表面進(jìn)行鍍鉻處理制備鍍鉻鐵絲；鍍鉻層的厚度為150微米。 按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為 15cm0制備過(guò)程同實(shí)施例一。對(duì)比實(shí)施例四原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)例鋅合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為35%，Sr為0. 1%，Si為0. 5%，Cu為 1%, Pb 為 0. 5%，F(xiàn)e 為 0. 2%，Gd 為 0. 3%，Mn 為 3% ,Ho 為 0. 005%，其余為 Si。銅絲為純銅，其直徑為0. 5mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 04%, Si為0. 1%, Mn為0. 2%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe ；該鐵絲的直徑為0. 5mm。
所取銅絲和鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲占材料的體積百分比為5%。銅絲不鍍鈷，鐵絲表面不鍍鉻。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作兩種金屬絲混合的 雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm。制備過(guò)程同實(shí)施例一。對(duì)比實(shí)施例五原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)例鋅合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為48 %，Sr為0. 6 %，Si為4 %，Cu為5 %， 1 為 4%，F(xiàn)e 為 2%，Gd 為 2%，Mn 為 7% ,Ho 為 0. 05%，其余為 Si。銅絲為純銅，其直徑為3mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 1%，Si為0. 4%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^ ；該鐵絲的直徑為3mm。所取銅絲和鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲占材料的體積百分比為40%。取銅絲按照常規(guī)方法對(duì)其表面進(jìn)行鍍鈷處理制備鍍鈷銅絲，鍍鈷層厚度為160微 米。取鐵絲按照常規(guī)方法對(duì)其表面進(jìn)行鍍鉻處理制備鍍鉻鐵絲；鍍鉻層的厚度為210微米。 按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為 IOcm0制備過(guò)程同實(shí)施例一。表1各產(chǎn)品的性能對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)韌性鋅合金材料，其特征在于該材料以鋅合金為基體，在基體中分布著由 銅絲和鐵絲形成的金屬絲團(tuán)，所用銅絲和鐵絲直徑均為l_2mm，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm， 材料中銅絲與鐵絲的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10-35% ；鋅合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為39-46%，Sr為0. 2% 0. 5%, Si為 3%，Cu 為 2% 4%，Pb 為 3%，F(xiàn)e 為 0.5% 1.2%，Gd 為 0.5% 1%，Μη 為4% 6% ,Ho為0. 01% 0. 03%，其余為Si ；銅絲為純銅；鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09，Si為0. tM、 0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)韌性鋅合金材料，其特征在于所述基體中還分布有Coai13 和CrSi17顆粒。
3.一種強(qiáng)韌性鋅合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鈷銅絲及鍍鉻鐵絲的準(zhǔn)備分別取直徑為l_2mm、成分為純銅的銅絲以及直徑為 l-2mm、成分重量百分含量:C 為 0. 05-0. 09，Si 為 0. 2% 0. 3 Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲，銅絲與鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，銅絲和鐵絲兩種金屬絲共 占材料的體積百分比為10-35% ；按常規(guī)方法分別在銅絲表面鍍鈷及鐵絲表面鍍鉻，銅絲表 面鍍鈷層厚度為50-150微米；鐵絲表面鍍鉻層的厚度為100-200微米；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鈷銅絲及鍍鉻鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的 松緊程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布置完畢 后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；鋅合金基體的準(zhǔn)備按重量百分含量Al為39-46%，Sr為0.2% 0.5%，Si為 3%，Cu 為 2% 4%，Pb 為 3%，!^ 為 0. 5% 1.2%，Gd 為 0. 5% 1%，Μη 為 4% 6%，Ho為0. 01% 0. 03%，其余為Si進(jìn)行配料；將鋅合金基體在感應(yīng)電爐中熔化制得鋅 合金液，熔化溫度為690-710°C ；將上述鋅合金合金液澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型，液態(tài)合金液將鍍鈷銅絲及鍍鉻鐵 絲包圍，然后冷卻凝固，得到以鋅合金為基體的其中分布有金屬絲團(tuán)的強(qiáng)韌性材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種強(qiáng)韌性鋅合金材料及其制備方法，該合金材料以鋅合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成的金屬絲團(tuán)，所用銅絲和鐵絲直徑均為1-2mm，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm，材料中銅絲與鐵絲的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10-35%。本發(fā)明強(qiáng)韌性鋅合金材料具有較強(qiáng)的韌性，且生產(chǎn)成本低，制備工藝簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)C22C47/08GK102051552SQ20111000744
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者劉美玲, 王玲, 趙浩峰 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)