一種能提高摩擦磨損性能的鋅鋁銅鉻硅錳合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋅鋁合金制備技術(shù)領(lǐng)域，特指一種能提高摩擦磨損性能的鋅鋁銅鉻硅猛合金。
【背景技術(shù)】
[0002]鋅鋁基合金是一種新型減磨材料。鋁鋅基合金的諸多優(yōu)點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床模具內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件軸承件起重設(shè)備等，其中耐磨件居多，如制造軸承、軸瓦、滑塊、齒輪、蝸輪及壓下螺母等。該材料在優(yōu)點(diǎn)充分顯示的同時(shí)，其局限之處也逐漸為人們所了解。重載低速工況下，良好的耐磨損性能。實(shí)驗(yàn)表明，與鋁、錫青銅相比，高鋁鋅基合金具有良好的摩擦磨損特性，較小的摩擦系數(shù)，更大的承載能力，微合金化后，摩擦系數(shù)較青銅，黃銅都小，且承載能力更大。
[0003]鋅鋁合金只所以有良好的減磨性能。因?yàn)樗慕M織為軟基硬質(zhì)結(jié)構(gòu)，這是一種很好的耐磨材料。鋅鋁合金有復(fù)合相結(jié)構(gòu)，有富鋁的ct相和富鋅的η。a相和η相有著很好延展性，α是面心立方結(jié)構(gòu)，Π是密排六方結(jié)構(gòu)，它的c/a比正常的要大一些，這種結(jié)構(gòu)有很好延展性，在摩擦過程式中起到潤滑作用。如何進(jìn)一步提高鋅鋁合金的耐磨性，這是國內(nèi)外一直關(guān)注的內(nèi)容。向鋅鋁合金中加入合適數(shù)量的合金元素，使組織中出現(xiàn)一定數(shù)量大小合適均勻分布的復(fù)雜化合物硬質(zhì)點(diǎn)，可以進(jìn)一步提高材料的耐磨性。本發(fā)明開發(fā)出一種能提高摩擦磨損性能的鋅鋁銅鉻硅錳合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明開發(fā)出一種能提高摩擦磨損性能的鋅鋁銅鉻硅錳合金，其特征為:以工業(yè)招錠AOO號、鋅錠O號、招銅中間合金、招鉻中間合金、招娃中間合金、招猛中間合金、復(fù)合變質(zhì)劑(Te9-15%、Sb 9-15%, Ba6_10%、Ti6_10%、W6_10%、Y4_7%、Gd4_7%、Tb2_5%、Nb 1-3%,Zrl-3%、余為鋁)、純鎂為原料。成分按重量百分比計(jì)算，按A137-39%、Cu2_2.5% (以含銅50%的鋁銅中間合金形式加入)、Cr0.4-0.5% (以含Cr35%的鋁鉻中間合金形式加入)、S1.3-0.4%(以含Si30%的鋁硅中間合金形式加入)、Mn0.2-0.3%(以含Mn40%的鋁錳中間合金形式加入)、復(fù)合變質(zhì)劑0-1.1%、Mg0.014-0.02%、余量是Zn的比例稱重后在感應(yīng)熔煉爐中溶煉。溶煉工藝為:先加入招徒、鋒徒、招銅中間合金、招絡(luò)中間合金、招5圭中間合金、鋁錳中間合金、復(fù)合變質(zhì)劑，待材料全部熔化后，升溫至60(T650°C時(shí)保溫6min-8 min使各元素均勻化，為減少鎂的燒損用鐘罩將鎂壓入金屬液中，用含金屬液0.2%的脫水ZnCl2進(jìn)行精煉，精煉時(shí)用鐘罩將脫水ZnCl2壓入金屬液中，靜置8min-10min后扒渣除氣，待溫度為5600C _580°C時(shí)準(zhǔn)備澆注。鑄造工藝為:砂型鑄造，底板為金屬型，將熔煉好的鋅鋁銅鉻硅錳合金澆鑄成長250_、寬40_、高70_的毛坯，根據(jù)加入復(fù)合變質(zhì)劑的含量不同，澆鑄出六組復(fù)合變質(zhì)劑不同含量的鋅鋁銅鉻硅錳合金毛坯，其復(fù)合變質(zhì)劑加入量分別為0%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%。再在毛坯上取樣，通過線切割加工出摩擦磨損試樣，摩擦磨損試樣為長19.5mm、寬10mm、高8mm。對磨件的尺寸為外徑Φ40 mm,內(nèi)孔Φ16 mm,厚度10 mm,對磨件的材質(zhì)為40Cr，硬度50 - 55HRC。摩擦磨損是在國產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.00019g。摩擦磨損類型為油潤滑摩擦磨損，所用潤滑油為30#機(jī)油。各試樣開始試驗(yàn)前，先進(jìn)行30min的預(yù)跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預(yù)定的載重進(jìn)行磨損試驗(yàn)。摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計(jì)算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時(shí)對磨件的表面粗糙度發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)中上試樣固定不動(dòng)，下試樣轉(zhuǎn)速為400r/min。
[0005]
【附圖說明】
圖1在不同的載荷下，復(fù)合變質(zhì)劑含量對鋅鋁銅鉻硅錳合金磨損量的影響 ? — 300N，■— 500N，▼— 800N, X — 1000N
圖2載荷800N時(shí)，未加入復(fù)合變質(zhì)劑鋅鋁銅鉻硅錳合金表面磨損形貌圖3載荷800N時(shí)，加入0.3%復(fù)合變質(zhì)劑鋅鋁銅鉻硅錳合金表面磨損形貌圖4載荷800N時(shí)，加入0.5%復(fù)合變質(zhì)劑鋅鋁銅鉻硅錳合金表面磨損形貌圖5載荷800N時(shí)，加入0.7%復(fù)合變質(zhì)劑鋅鋁銅鉻硅錳合金表面磨損形貌圖6載荷800N時(shí)，加入0.9%復(fù)合變質(zhì)劑鋅鋁銅鉻硅錳合金表面磨損形貌圖7載荷800N時(shí)，加入1.1%復(fù)合變質(zhì)劑鋅鋁銅鉻硅錳合金表面磨損形貌圖2至圖7所示為載荷800N，磨損時(shí)間3h下，加入O — 1.1%復(fù)合變質(zhì)劑合金的磨面形貌照片。鋅鋁銅鉻硅錳合金未加入復(fù)合變質(zhì)劑，在高速重載條件下磨損，磨面的溫升很快，溫度過高會(huì)使材料強(qiáng)度急劇下降，從而出現(xiàn)塑性流變，材料塑性流變引起裂紋形核、擴(kuò)展，出現(xiàn)因粘著而剝落的凹坑，并最后導(dǎo)致材料剝落，耐磨性下降，如圖2所示。加入復(fù)合變質(zhì)劑0.3%-0.5%時(shí)，合金表面除了因擠壓而產(chǎn)生的塑性變形外，因粘著而剝落的凹坑明顯減少，表明材料剝落減少，耐磨性有所增加，如圖3和圖4所示。加入復(fù)合變質(zhì)劑0.7% - 0.9%時(shí)，磨面出現(xiàn)許多較細(xì)的磨痕，因粘著而剝落的凹坑基本沒有了，耐磨性明顯增加，如圖5和圖6所示。加入復(fù)合變質(zhì)劑大于0.9%后，磨面又出現(xiàn)因粘著而剝落的凹坑，耐磨性又有所下降，和圖7所示。從而可以看出加入復(fù)合變質(zhì)劑0.7% - 0.9%時(shí)，鋅鋁銅鉻硅錳合金耐磨性最好。
【具體實(shí)施方式】
[0006]實(shí)施例1
以工業(yè)鋁錠AOO號、鋅錠O號、鋁銅中間合金、鋁鉻中間合金、鋁硅中間合金、鋁錳中間合金、復(fù)合變質(zhì)劑(Te9-15%、Sb 9-15%, Ba6_10%、Ti6_10%、W6_10%、Y4_7%、Gd4_7%、Tb2_5%、Nb 1-3%, Zrl-3%、余為鋁。)、純鎂為原料。成分按重量百分比計(jì)算，按A137_39%、Cu2_2.5%(以含銅50%的鋁銅中間合金形式加入)、Mn0.2-0.3%(以含Mn40%的鋁錳中間合金形式加入)、復(fù)合變質(zhì)劑0.3%、Mg0.014-0.02%、余量是Zn的比例稱重后在感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:先加入招徒、鋒徒、招銅中間合金、招絡(luò)中間合金、招5圭中間合金、招猛中間合金、復(fù)合變質(zhì)劑，待材料全部熔化后，升溫至60(T65(TC時(shí)保溫6min-8 min使各元素均勻化，為減少鎂的燒損用鐘罩將鎂壓入金屬液中，用含金屬液0.2%的脫水ZnCl2進(jìn)行精煉，精煉時(shí)用鐘罩將脫水ZnCl2壓入金屬液中，靜置8min-10min后扒渣除氣，待溫度為560°C -580°C時(shí)準(zhǔn)備澆注。鑄造工藝為:砂型鑄造，底板為金屬型，將熔煉好的鋅鋁銅鉻硅錳合金澆鑄成長250mm、寬40mm、高70mm的毛坯。再在毛坯上取樣，通過線切割加工出摩擦磨損試樣，摩擦磨損試樣為長19.5mm、寬10mm、高8mm。對磨件的尺寸為外徑Φ40 mm,內(nèi)孔Φ 16 mm,厚度10 mm,對磨件的材質(zhì)為40Cr，硬度50 — 55HRC。摩擦磨損是在國產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.00019g。摩擦磨損類型為油潤滑摩擦磨損，所用潤滑油為30#機(jī)油。各試樣開始試驗(yàn)前，先進(jìn)行30min的預(yù)跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預(yù)定的載重進(jìn)行磨損試驗(yàn)。摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計(jì)算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時(shí)對磨件的表面粗糙度發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)中上試樣固定不動(dòng),下試樣轉(zhuǎn)速為400r/min。由圖1可以看出，復(fù)合變質(zhì)劑加入量為0.3%時(shí)，在300N、500N、800N、1000N不同的載荷下，鋅鋁銅鉻硅錳合金的磨損量分別為14mg、28mg、50mg、81mgo
[0007]實(shí)施例2
以工業(yè)鋁錠AOO號、鋅錠O號、鋁銅中間合金、鋁鉻中間合金、鋁硅中間合金、鋁錳中間合金、復(fù)合變質(zhì)劑(Te9-15%、Sb 9-15%, Ba6_10%、Ti6_10%、W6_10%、Y4_7%、Gd4_7%、Tb2_5%、Nb 1-3%, Zrl-3%、余為鋁。)、純鎂為原料。成分按重量百分比計(jì)算，按A137_39%、Cu2_2.5%(以含銅50%的鋁銅中間合金形式加入)、Mn0.2-0.3%(以含Mn40%的鋁錳中間合金形式加入)、復(fù)合變質(zhì)劑0.7%、Mg0.014-0.02%、余量是Zn的比例稱重后在感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:先加入招徒、鋒徒、招銅中間合金、招絡(luò)中間合金、招5圭中間合金、招猛中間合金、復(fù)合變質(zhì)劑，待材料全部熔化后，升溫至60(T65(TC時(shí)保溫6min-8 min使各元素均勻化，為減少鎂的燒損用鐘罩將鎂壓入金屬液中，用含金屬液0.2%的脫水ZnCl2進(jìn)行精煉，精煉時(shí)用鐘罩將脫水ZnCl2壓入金屬液中，靜置8min-10min后扒渣除氣，待溫度為560°C -580°C時(shí)準(zhǔn)備澆注。鑄造工藝為:砂型鑄造，底板為金屬型，將熔煉好的鋅鋁銅鉻硅錳合金澆鑄成長250mm、寬40mm、高70mm的毛坯。再在毛坯上取樣，通過線切割加工出摩擦磨損試樣，摩擦磨損試樣為長19.5mm、寬10mm、高8mm。對磨件的尺寸為外徑Φ40