本发明涉及一种锌基合金,用于制造机械受力结构件。 要求抗拉强度高,耐磨性能好,硬度高的机械受力结构件目前大多用铜合金制造。铜合金材料价格贵,熔化能耗高,铸模使用寿命短,产品的抗拉强度及耐磨性都不及锌基合金。
针对铜合金存在的缺点,利用锌基合金的价廉,低熔点,比重小的特点来替代铜合金已成为机械制造业的发展趋势。
目前已公开的锌基合金,如CN85105072A,一种锌铝铜锰轴承合金,用以代替常用的青铜耐磨件。该合金中含锰,且铜、镁含量较高,致使合金的塑性和韧性降低,不能用于实际生产中。CN1045131A,一种制造轴承实体保持器的锌基合金材料,在上述申请专利的基础上添加了铅元素,增加了合金的耐磨性能及切削性能。去除了锰元素,使合金经热处理后塑性及韧性增加。这种含铅合金在铸态下易脆裂,也容易老化。热处理后硬度及耐磨性均会下降,不适合用于机械受力结构件。另外,CN1046563A,高铝锌基耐磨合金,公开了另一种体系的代替锡青铜的耐磨锌基合金,这种锌基合金采用高铝比例,同时加入硅元素,以增加合金组织中的硬质点。这种耐磨合金的高铝配比使结晶区间增大,从而使合金组织内部容易产生疏松,导致整体强度差,同样也不能实际应用于机械受力结构件。
本发明的目的是针对现有锌基合金的性能不能满足制造适合实际应用的机械受力结构件的要求的状况,提供一种抗拉强度、硬度、耐磨性能均优于锡青铜和铅黄铜,组织致密均匀,能用于制造机械受力结构件的锌基合金。
本发明是一种锌基合金,合金的组成以重量百分数计为:铝:20~30%,铜1~3%,镁:0.005~0.04%,铈:0.004~0.3%或混合稀土(以铈为主要成份):0.01~0.6%,钙:0.01~0.08%,钛:0.01~0.5%,余量为锌。
本发明中采用的铜和镁组分在所说的含量内能提高合金的强度和硬度,加入量太少,铜、镁元素地作用不明显,加入量太大,易使合金发生脆裂。
本发明中的钙元素能形成细小的晶粒,均匀分布在合金组织中,形成金属间化合物而强化合金,晶粒也明显细化,从而增加组织的致密度。
本发明中的钛元素能在合金中形成高熔点的化合物相,在合金结晶时作为外来晶核起细化晶粒作用,从而提高合金的强度、硬度。
本发明中的铈元素(或混合稀土,铈为主要成份),加入后与铜、锌作用生成高熔点化合物相,使基体晶粒明显细化,且提高流动性,使内部组织均匀致密,从而提高了强度和硬度。
本发明的优点在于合金的抗拉强度高(σb=330~450N/mm2),硬度大(HB=100~143kg/mm),耐磨性能好(摩擦系数在0.006左右,摩损量比锡青铜小2-20倍)。在铸态下就能满足制造有强度、硬度、耐磨性能要求的各种机械受力结构件。本发明在熔炼过程中元素烧损少,氧化轻,吸气少,熔炼时可不加溶剂和除气剂。本发明的流动性好(95cm),线收缩小(1.29%),铸体缺陷少,适合于压铸,金属型及砂型铸造。
本发明的实施例:
将铝锭和预先配制好的铝~5%钛及铝~50%铜中间合金装入坩埚中加热熔化,全部熔化后压入经预热后的70%锌锭,化清后,用钟罩压入用铝箔包好的金属钙,在700℃时加入混合稀土铝~10%稀土中间合金,再加入剩余锌锭,降温并充分搅拌均匀,扒渣,在530℃~600℃用钟罩压入镁锭,静止5-10分钟后浇注。用压铸、金属型及砂型铸造成形。
本发明的实施例的锌基合金的组成见下表1,其性能见下表2。
表1:实施例锌基合金的组成(重量百分比计)
表2:实施例锌基合金的性能
表2中的抗拉强度由GB228-87金属拉伸试验法测定。硬度由GB231-84金属布氏硬度试验法测定。摩擦磨损经MM200型摩擦磨损机测定。流动性由螺旋试样法测定。线收缩由线收缩测量仪测定。
本发明锌基合金已成功地使用在纺织机的轴衬件和结构机件上,其铸件质量完全能满足纺织机生产的需要。