[发明专利]一种高强耐磨铸造铝合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸造铝合金，具体是耐磨铸造铝合金。

背景技术

铸造铝合金的主要强化添加元素有硅、铜、镁、锌，国家标准根据主要添加元素硅、铜、镁、锌加入量的多少，将铸造铝合金分成了铝硅类、铝铜类、铝镁类和铝锌类四个大类。铝铜类合金铸造性能差、铝镁类合金熔炼和铸造工艺复杂，铝硅类合金铸造性能及综合力学性能好，是品种最多、应用最广的铸造铝合金，除了用于一般的结构件，高硅含量的铝硅类合金耐磨性较好，是主要的铝活塞合金。

铸造铝锌类合金铸造性能不及铸造铝硅类合金，但壁厚效应小，熔铸工艺简单，形成气孔的敏感性小，焊接性好、切削加工性能很好，可以获得表面光洁度很高的零件；合金元素锌在铝中的固溶度很大，并且具有自淬火倾向，铸态强度性能高，而且具有很大的时效强化潜力，是发展高强度铸造铝合金的基础合金。

国家标准中，铸造铝锌类合金只有ZL401和ZL402两个牌号，其中ZL401是通过添加合金元素硅和镁提高合金的流动性和力学性能，由于硅含量较高，需要进行变质处理，此合金铸态即具有较高的强度性能，常用于制作模具及支架类零件；ZL402是通过添加合金元素镁、铬、钛提高合金的力学性能和耐蚀性，此合金淬火敏感性小，尺寸稳定，加工性能好，常用于制作精密仪器仪表零件及承受大动载荷的飞机零件。

铜基轴承合金是常用的高强度轴瓦材料，耐磨性能和力学性能优良，锡锌铅青铜ZQSn5-5-5常用于制造在中等负荷下工作的单金属轴瓦、轴套等耐磨件，但铜合金原材料价格高、密度大、生产成本高，而且含有金属铅，不环保。铝硅合金的铸态金相组织为铝基体上分布着高硬度的共晶或初晶硅相，不能直接用来铸造轴瓦、轴套等耐磨件，需要通过轧制成形，以使铸态组织中的硅相破碎，轧制成形工艺复杂，生产成本高。

发明内容

本发明提供一种新型高强耐磨铸造铝锌类合金，铸态即可达到较高的强度性能，还具有很好的耐磨性和减摩性，熔铸工艺简单，可以用来代替ZQSn5-5-5制造中等负荷下工作的单金属轴瓦、轴套等高强耐磨件。

本发明为解决其技术问题所提供的技术方案是：合金化学成分质量百分数范围为：Zn12～13％，Si1.5～2.5％，Sb3～5％，Mg0.15～0.3％，Ti0.1-0.2％，B0.1-0.2％，Fe＜0.2％，其余为A1；加料顺序为纯铝→铝硅中间合金→纯锌→纯锑→铝钛硼细化剂，先将纯铝及铝硅中间合金熔化，再加入纯锌，待全部熔化后加入纯锑，熔化后在700～720℃左右加入铝钛硼细化剂，充分搅拌熔化后，保温10分钟，即可扒渣浇注。本合金、ZQSn5-5-5、ZL401合金性能对比见表1。

本发明的有益效果是：本合金强度和耐磨性优于ZQSn5-5-5合金，摩擦系数与ZQSn5-5-5合金相近，密度小，原材料价格便宜，代替ZQSn5-5-5合金制作单金属轴瓦、轴套等经济效益显著；另一方面，本合金力学性能优于ZL401合金，不需要进行变质处理，可以替代ZL401制作一些高强零件，如模具、大型型板、支架等，使用质量高。

表1：本合金、ZQSn5-5-5、ZL401性能对比表

具体实施方式

实施实例1：合金化学成分：Zn12％，Si2.5％，Sb5％，Mg0.15％，Ti0.15％，B0.15％，Fe0.15％，其余为A1。加料顺序为纯铝→铝硅中间合金→纯锌→纯锑→铝钛硼细化剂，先将纯铝及铝硅中间合金熔化，再加入纯锌，待全部熔化后加入纯锑，熔化后在720℃左右加入铝钛硼细化剂，充分搅拌熔化后，保温10分钟，扒渣浇注，抗拉强度σ_b330MPa，延伸率δ2.5％，硬度HB96，磨损率6.725×10^-10(mm³/mm·N)，摩擦系数0.0092。

实施实例2：合金化学成分：Zn13％，Si1.5％，Sb3％，Mg0.3％，Ti0.15％，B0.15％，Fe0.12％，其余为A1。加料顺序为纯铝→铝硅中间合金→纯锌→纯锑→铝钛硼细化剂，先将纯铝及铝硅中间合金熔化，再加入纯锌，待全部熔化后加入纯锑，熔化后在720℃左右加入铝钛硼细化剂，充分搅拌熔化后，保温10分钟，扒渣浇注，抗拉强度σ_b320MPa，延伸率δ3％，硬度HB90，磨损率7.408×10^-10(mm³/mm·N)，摩擦系数0.0085。