CN108842103B

CN108842103B - 一种高耐磨耐高温低膨胀系数的铝基合金

Info

Publication number: CN108842103B
Application number: CN201810937411.1A
Authority: CN
Inventors: 程鹏
Original assignee: Yantai Ruifeng New Material Technology Co ltd
Current assignee: Yantai Ruifeng New Material Technology Co ltd
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2038-08-17
Also published as: CN108842103A

Abstract

本发明是一种高耐磨耐高温低膨胀系数的铝基合金。合金为铝基合金，含有铝、铜、镁、锰、钛、硼、镍、硅、锌、稀土、锶、锂和其他不可避免的杂质元素。本发明具有良好的切削性能和优异的机械性能，生产成本低，在国内外都有很大竞争优势，本发明可在高温范围内替代锡青铜和锌基合金，制造蜗轮、螺母、滑块，大幅度降低企业生产成本。

Description

一种高耐磨耐高温低膨胀系数的铝基合金

技术领域

本发明涉及一种铝基合金，具体涉及一种高耐磨耐高温低膨胀系数的铝基合金。

背景技术

因为具有耐磨性好的特点，锡青铜和锌基合金一直被广泛研究，但由于高温机械性能降低，膨胀系数加大，其应用范围受到了很大限制。

目前，国内机械制造企业选用锡青铜和锌基合金作为减磨配件，其中ZCuSn6Zn6Pb3、ZCuSn10Pb1、ZCuSn10Pb5、ZA27，ZA30应用比较广泛。在高速高温状态下，铸件机械性能降低，膨胀系数加大，磨损量急剧增加。

出现以上问题的主要原因在于：第一、现有合金成分配比，决定了其性能的局限。第二、在高温状态下，锡青铜和锌基合金的强度、硬度和耐磨性都急剧变差，膨胀系数加大，难以达到零部件使用要求。依照这种传统方法所得锡青铜和锌基合金制成的蜗轮、轴套、滑块强度降低，会出现磨损加剧，蜗轮，螺母齿断裂及磨损加剧的现象，轴套则膨胀系数增大出现抱轴现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有优异切削加工性能和机械性能稳定的高耐磨耐高温低膨胀系数的铝基合金

本发明的技术方案如下：

一种高强度高耐磨耐高温的铝基合金，其特征在于其合金重量百分比组成为：AL70～80%、Cu2～4%、Mg0.02～0.06%、Mn0.5~1%、Ti0.1～0.5%、B0.03～0.1%、Ni0.5～1%，Si4～6%、Re0.1～0.3%、Sr0.1～0.5%、Li1～3%余量为Zn，其他杂质总和≤0.2%。

其合金重量百分比组成可以优选为AL75%、Cu3.5%、Mg0.02%、Mn0.84%、Ni0.9%、Si5.5%、Ti0.25%、B0.05%、Re0.27%、Sr0.48%、Li2.8%，余量为Zn及杂质。

其合金重量百分比组成可以优选为：AL76%、Cu3.5%、Mg0.027%、Mn0.87%、Ni0.85%、Si5.8%、Ti0.23%、B0.04%、Re0.25%、Sr0.45%、Li2.7%，余量为Zn及杂质。

其合金重量百分比组成可以优选为：AL77%、Cu3.8%、Mg0.025%、Mn0.9%、Ni0.93%、Si6%、Ti0.23%、B0.04%、Re0.3%、Sr0.5%、Li3%，余量为Zn及杂质。

所述的高耐磨耐高温低膨胀系数的铝基合金的铸件制备方法，按照以下步骤制备而成：电阻炉内加热铝锭、锌锭、铜、硅、锰和镍，等合金熔化后除气，压入镁块，钛硼变质后加入稀土，二次除气打渣后，加入锂，铝基合金高温状态下浇铸铸件。

所述浇铸铸件的方法是：铝基合金在720℃高温状态下金属型浇铸，模具温度控制在180℃。

本发明的积极效果在于：

一、本发明在合金中添加Ti，B 和Re，具有复合细化金属晶粒的比较显著的效果，从而提高了合金的综合力学性能。其中Ti和B能够细化合金晶粒，提高力学性能；Re能够球化晶粒，提高合金耐磨性能。Sr能够避免偏析作用，使合金材料更均匀，细化金属元素Si，抑制Si晶粒增长。Li和Re可大幅度提高铝基合金的高温强度，提高幅度为46%左右。

本发明中，Si以微小颗粒状态镶嵌在基体内，能够达到耐磨的作用，增加Si的含量可降低铝基合金的膨胀系数。Cu 有助于合金的总体加工性能，有助于提高合金热加工时的塑性，增强热处理强化效果，降低合金的各向异性。Mg有助于微细弥散相的形成和阻止热加工及热处理过程中再结晶的发生。Zn的加入能够提高材料的耐磨性能和自润滑效果。Mn和Ni的组合添加，能够提高合金高温强度。

本发明的铝基合金具有良好的易切削性，优异的机械性能以及优异的耐磨性，可替代现有的锌基合金，广泛应用于制造蜗轮、螺母、轴套。

二、本发明的铝基合金采用在720℃高温状态下浇铸于180℃钢模内，据此得出的合金晶粒更加微小，内部结构更加致密、均匀，能够更好地消除自然冷却导致的铸件缩孔和缩松，能够进一步提高铸件的强度、硬度及耐磨性。

三、采用本发明铝合金生产的产品具有优异高温的机械性能以及优异的高温耐磨性；生产成本低，在国内外市场都具有竞争优势，可大范围替代锡青铜和锌基合金。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明。

本发明的三个实施例分别对应于表1中试样1、试样2和试样3的铸件制备，按表1具体的合金成分分别进行铸造。

表1 试样化学成分（质量％）

其中混合稀土均满足Ce≥45%的条件，具体选用了淄博伟杰稀土有限公司生产的镧系混合稀土，锂选用湖南恒博新材料有限公司生产的铝锂中间合金。

工艺流程如下：电阻炉内加热铝锭、锌锭、铜、硅、锰和镍，等合金熔化后除气，压入镁块，钛硼变质后加入稀土，二次除气打渣后，加入锂，铝基合金在720℃高温状态下浇铸铸件。

具体流程如下：

一、按比例向电阻炉内加入铝锭、锌锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金和铝镍中间合金，加热至650℃合金熔化；

二、除气：采用张家港溶剂厂生产的除气除渣添加剂，用钟罩压入液体底部；

三、温度达到600℃后，按比例压入镁块，用钟罩压入液体底部，溶化后搅拌1分钟；

四、钛硼变质：温度处于600℃时，采用钛硼添加剂，成块状，用钟罩压入液体底部，溶化后搅拌1分钟；

五、稀土变质：升温至650℃使稀土变质，成块状，用钟罩压入液体底部，溶化后搅拌1分钟；

六、二次使用张家港溶剂厂生产的除气除渣添加剂对液体合金进行处理，静置10分钟后撇去上层氧化浮渣；

七、加入铝锂中间合金，充分搅拌，静置5分钟后，撇去浮渣。

八、铝基合金保持在720℃

高温状态下浇铸铸件，模具温度180℃。

本发明实施例三个试样的力学性能参数见表2。

表2 200℃试样力学性能

说明：

1、耐磨试验，MR-H5型高速环块磨损试验机测试，实验条件温度200℃、压力400N，转速700/min得到三个试样的摩擦系数。

2、依据本领域技术常识可知，摩擦系数越低，耐磨性越好，由表2看出，本发明试样的

200℃摩擦系数（在0.031-0.034之间）明显低于锡青铜ZCuSn10Pb1（在相同试验条件下为0.146）。

3、依据本领域技术常识可知，抗拉强度、抗压强度以及布氏硬度越高，其相应性能越好，本发明试样的200℃抗拉强度（在264-285之间）、布氏硬度（在127-132之间）明显高于锡青铜ZCuSn10Pb1（在相同试验条件下，抗拉强度在157之间、及布氏硬度在63之间）。

4、锡青铜ZCuSn10Pb1在200℃膨胀系数：19.7×10^(-6) /℃。

5、锌基合金高于120℃后机械性能急剧降低，故200℃无法使用。

6、根据以上数据显示，铝基合金在高温状况下，可保持使用所需强度，耐磨性稳定，膨胀系数较低。

Claims

1.一种高耐磨耐高温低膨胀系数的铝基合金，其特征在于其合金重量百分比组成为：Al70～80%、Cu2～4%、Mg0.02～0.06%、Mn0.5~1%、Ti0.1～0.5%、B0.03～0.1%、Ni0.5～1%，Si5.5～6%、RE0.1～0.3%、Sr0.1～0.48%、Li1～3%余量为Zn，其他杂质总和≤0.2%；

所述高耐磨耐高温低膨胀系数的铝基合金，200℃时的摩擦系数在0.031~0.034之间，200℃时的抗拉强度在264~285MPa之间，200℃时的布氏硬度在127~132HB之间，200℃时的膨胀系数为17.4×10^-6/℃。

2.根据权利要求1所述的高耐磨耐高温低膨胀系数的铝基合金，其特征在于其合金重量百分比组成为：Al75%、Cu3.5%、Mg0.02%、Mn0.84%、Ni0.9%、Si5.5%、Ti0.25%、B0.05%、RE0.27%、Sr0.48%、Li2.8%，余量为Zn及杂质。

3.根据权利要求1所述的高耐磨耐高温低膨胀系数的铝基合金，其特征在于其合金重量百分比组成为：Al76%、Cu3.5%、Mg0.027%、Mn0.87%、Ni0.85%、Si5.8%、Ti0.23%、B0.04%、RE0.25%、Sr0.45%、Li2.7%，余量为Zn及杂质。