專利名稱：一種高強度鋅鋁合金棒材及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬有色金屬加工領域，尤其涉及一種高強度鋅鋁合金棒材及其制備方法。
背景技術：
鋅鋁合金具有良好的力學性能、耐磨減摩性能以及無磁性等獨特的性能，可以用來部分代替鑄鐵、銅合金或鋁合金。同時，鋅合金熔點低、耗能少、成本低廉、成型方便，適合于鑄造和壓力加工等多種制備方法，而且機械加工性能好，可以進行精密的數(shù)控機械加工。由于鋅鋁合金材料具有良好的力學性能，故常常用于加工結構復雜，裝配位置精度高的零部件，這種鋅鋁合金材料的零部件一般是由鋅合金棒經(jīng)精密數(shù)控機床加工而成。 如用來制作安裝保險機構的作動機構、隔爆機構、發(fā)火機構和傳爆序列等。主要有兩個功能一是保障各運動機構在高過載條件下能夠正常作用。二是保障正常傳遞傳爆序列各火工器件作用時產(chǎn)生的高溫、高沖擊轟炸能量。耐大過載沖擊剛性好，韌性高。針對傳統(tǒng)鋅合金進行深入的研究和開發(fā)，可以進一步提高鋅合金的各項性能，從而滿足在各種尖端部門的材料零部件上的使用，使其應用領域不斷地擴展并向更高端的方向深入。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種高強度鋅鋁合金及其棒材。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設計方案一種高強度鋅鋁合金，其組成成份和重量百分比含量為A1，3. 9 4. 3% ；Cu, 0. 5 1. 25%;Mg,0. 03 0. 06%;Zn，余量。其中，雜質含量Fe，< 0. 03%;Pb,^ 0. 003%； Cd，彡 0. 003% ；Sn，彡 0. 001%。本發(fā)明的另一目的是提供一種高強度鋅鋁合金棒材及其用途。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設計方案一種高強度鋅鋁合金棒材，其用上述的高強度鋅鋁合金材料制成。一種高強度鋅鋁合金棒材的用途，其用上述高強度鋅鋁合金棒材制作低、中速中溫重載軸承或通過連鑄或離心鑄造制作軸瓦、襯套型材。本發(fā)明的又一目的是提供一種高強度鋅鋁合金棒材的制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設計方案一種制備上述的高強度鋅鋁合金棒材的方法，其方法步驟如下1)以存鋁錠、鋅錠、電解銅、鎂片為原料，備料；2)按照權利要求1所述的成分配比將存鋅錠、鋁錠放入石墨坩堝中，升溫，待鋅錠、鋁錠全部熔化后，依次按成分配比加入電解銅，并用石墨棒將其壓入鋅鋁液中，升溫至 450 0C，保溫40分鐘，保證銅充分熔化；4)充分攪拌使成分分布均勻，加入六氯乙烷靜置片刻，用小坩堝將熔體表面氧化渣扒干凈，按配比加入金屬鎂，爐加溫，達到580°C 650°C時即可出爐；
5)澆鑄，得到鋅鋁合金鑄錠；6)將鑄錠表面飛邊、毛刺踢掉，使鑄錠尺寸為Φ110*300πιπι ；7)鑄錠取樣，每爐料均需取樣，取錠頭部樣送檢，待化分結果合格后轉入擠壓工序；8)放入擠壓機中，加熱溫度為230°C，擠壓。本發(fā)明的高性能鋅合金棒材具有優(yōu)良的室溫和高溫力學性能，尤其是優(yōu)良的抗沖擊性能，可以抵抗大過載的沖擊，韌性好。并經(jīng)過精密數(shù)控機床加工，可以用來制作用于國光工業(yè)中所需引信的核心零件的零部件，替代進口材料，實現(xiàn)國防工業(yè)關鍵材料和零部件的國產(chǎn)化。本發(fā)明的優(yōu)點是采用本發(fā)明的高性能鋅合金材料，由于其力學性能比目前常規(guī)的鋅合金要好，尤其是具有優(yōu)良的高溫力學性能，因此有很廣泛的應用前景，可以代替青銅作低、中速中溫重載軸承，生產(chǎn)成本價格較青銅軸承降低50%。另，還可通過連鑄或離心鑄造生產(chǎn)型材用以制造軸瓦、襯套等。此外，本發(fā)明制造的鋅合金基體強度、硬度均超過壓鑄鋁合金，且流動性好，故便于生產(chǎn)各種薄壁壓鑄件。同時，本發(fā)明所制備的鋅鋁合金材料有優(yōu)良的鑄造性能和壓力加工成形性能，采用與生產(chǎn)鑄造鋁合金、變形鋁合金相同的工藝設備，可以生產(chǎn)該鋅鋁合金，因此可用以取代鋁鑄件。甚至可代替鑄鐵生產(chǎn)彎通管等各種成套線路夾具，用該合金制造的凸輪頂桿臂可以代替球鐵件，耐磨性好，生產(chǎn)成本較低。因此，本發(fā)明制備的鋅鋁合金既具備了優(yōu)良的性能，又有較低的生產(chǎn)成本，其技術經(jīng)濟效益很明顯， 并且具備廣闊的應用推廣前景。
具體實施例方式本發(fā)明的主創(chuàng)點是制造出一種性能優(yōu)良的鋅鋁合金棒材，為能得到該材料，本發(fā)明強化了微合金化技術、高強度鋅合金的熱處理強化工藝和組織結構控制工藝(尤其是晶粒細化技術)，并將這兩項關鍵工藝技術能有效地結合在一起，使獲得的鋅鋁合金棒材滿足室溫和高溫下材料的力學性能。提高強度和晶?？刂剖且患夹g難點，本發(fā)明通過對關鍵方法技術的設計研究，解決了該難點，實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。以下結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1 具體方法如下1)選用原材料A1 :T1、Τ2 ^ 99. 6 % ；Zn 彡 99. 995 % ；Cu :Cu_4 ；電解銅 ^ 99. 5% ；Mg 鎂片；選用輔料六氯乙烷、高純鋁箔和擠壓機用潤滑油；選定設備150公斤中頻感應爐、Φ110*300πιπι鑄鐵模、石墨坩堝、擠壓機用退火爐和1200Τ擠壓機；模具規(guī)格為Φ40πιπι的擠壓模具。每爐按150公斤配料準備，所配返回料不得超過爐量的30%，按欲制得的鋅鋁合金棒材材料配比3. 9%A1,1.25% Cu，0. 05% Mg，其余為Si，計算各原材料的需用量；2)熔鑄鋅鋁合金先將鋁錠、鋅錠放入石墨坩堝中，快速升溫至350°C左右，待鋁錠鋅錠全部熔化后，加入電解銅，待電解銅全部熔清后，升溫至450°C，保溫40分鐘，用石墨罩將六氯乙烷壓入合金液底部攪拌進行脫氣、造渣，六氯乙烷用量為爐量的0. 3 0. 4%， 扒渣完畢，加入金屬鎂片，讓爐升溫，達到580°C 650°C時出爐；
3)將得到的高強度鋅鋁合金鑄錠表面飛邊、毛刺踢掉，加工鑄錠尺寸為 Φ110*300 ；4)取鑄錠錠頭部樣送檢，如化分結果合格，則轉入擠壓工序；5)將合格的鋅鋁合金鑄錠放入退火爐中，保持均勻化退火溫度230°C，保溫時間3小時；6)將退火處理后的鋅鋁合金鑄錠置入1200T擠壓機中擠壓，加熱溫度230°C ；擠壓筒保溫套加熱溫度230°C ；擠壓模及擠壓墊預熱溫度230°C ；7)擠壓到Φ41πιπι后即完成作業(yè)。為保證擠壓線坯表面質量，要經(jīng)常觀察模具是否粘鋁，如發(fā)現(xiàn)及時消除。為避免擠壓線坯起皮產(chǎn)生，嚴禁于模筒內涂抹潤滑劑。擠壓后的產(chǎn)品應盤好，捆好爐號標記，轉入拉拔工序。經(jīng)檢驗，該棒材規(guī)格為Φ 41mm的鋅鋁合金棒材材料性能如下常溫機械性能σ b 彡 370Mpa δ 5 ^ 12% Ψ ^ 17% ak ^ 18J/cm2 HB 彡 90。高溫機械性能50°C時 σ b 彡 200Mpa δ 5 ^ 20% HB ^ 120 ；100°C時 σ b 彡 150Mpa δ 5 ^ 30% HB ^ 100 ；150°C時 σ b 彡 80Mpa δ 5 彡 60% HB 彡 60。密度 P = 6· 7 士 0. lg/cm3。細等軸晶晶粒直徑d < 10 μ m。實施例2 方法同一實施例1，不同點在于，鋅鋁合金棒材材料的配比選定為4.0% Al， 1. 25% Cu，0. 04% Mg，其余為 Zn。實施例3 方法同一實施例1，不同點在于，鋅鋁合金棒材材料的配比選定為4. Al， 1. 15% Cu，0. 06% Mg，其余為 Zn。實施例4 方法同一實施例1，不同點在于，鋅鋁合金棒材材料的配比選定為4.3% Al， 1. 00% Cu，0. 04% Mg，其余為 Zn。實施例5:方法同一實施例1，不同點在于，鋅鋁合金棒材材料的配比選定為4.2% Al， 1. 25% Cu，0. 05% Mg，其余為 Zn。實施例6 方法同一實施例1，不同點在于，鋅鋁合金棒材材料的配比選定為4. Al， 0. 8% Cu，0. 06% Mg，其余為 Zn。對于本發(fā)明的各實施例不再一一列舉，凡鋅鋁合金棒材材料的組成成份和重量百分比含量在 Al，3. 9 4. 3%;Fe,^ 0. 03%;Pb,^ 0. 003%;Cd,^ 0. 003%;Sn,^ 0. 001%； Cu，0. 5 1. 25% ；Mg,0. 03 0. 06% ；Zn，余量的范圍中均屬本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明高強度鋅鋁合金棒材組分具體標準見表1。
5
表 權利要求
1.一種高強度鋅鋁合金，其特征在于材料組成成份和重量百分比含量為A1，3.9 4. 3% ；Cu，0. 5 1. 25% ；Mg，0. 03 0. 06% ；Zn，余量。
2.根據(jù)權利要求1所述的高強度鋅鋁合金，其特征在于其中，雜質含量狗，<0.03%; Pb，彡 0. 003% ；Cd，彡 0. 003% ；Sn，彡 0. 001%。
3.一種高強度鋅鋁合金棒材，其特征在于用權利要求1或2所述的高強度鋅鋁合金材料制成。
4.一種高強度鋅鋁合金棒材的用途，其特征在于用權利要求3所述高強度鋅鋁合金棒材制作低、中速中溫重載軸承或凸輪頂桿臂。
5.一種高強度鋅鋁合金棒材的用途，其特征在于用權利要求3所述高強度鋅鋁合金棒材通過連鑄或離心鑄造制作軸瓦、襯套型材。
6.一種制備權利要求3所述的高強度鋅鋁合金棒材的方法，其特征在于方法步驟如下1)以存鋁錠、鋅錠、電解銅、鎂片為原料，備料；2)按照權利要求1所述的成分配比將存鋅錠、鋁錠放入石墨坩堝中，升溫，待鋅錠、鋁錠全部熔化后，依次按成分配比加入電解銅，并用石墨棒將其壓入鋅鋁液中，升溫至450°C， 保溫40分鐘，保證銅充分熔化；4)充分攪拌使成分分布均勻，加入六氯乙烷靜置片刻，用小坩堝將熔體表面氧化渣扒干凈，按配比加入金屬鎂，爐加溫，達到580°C 650°C時即可出爐；5)澆鑄，得到鋅鋁合金鑄錠；6)將鑄錠表面飛邊、毛刺踢掉，使鑄錠尺寸為Φ110*300πιπι;7)鑄錠取樣，每爐料均需取樣，取錠頭部樣送檢，待化分結果合格后轉入擠壓工序；8)放入擠壓機中，加熱溫度為230°C，擠壓到預定尺寸。
全文摘要
一種高強度鋅鋁合金，其組成及配比為Al，3.9～4.3％；Cu，0.5～1.25％；Mg，0.03～0.06％；Zn，余量。其用于制作低、中速中溫重載軸承或通過連鑄或離心鑄造制作軸瓦、襯套型材。制備方法是將存鋅錠、鋁錠放入坩堝中，升溫，待鋅錠、鋁錠全部熔化后，依次按成分配比加入電解銅，并用石墨棒將其壓入鋅鋁液中，升溫至450℃，保溫40分鐘，保證銅充分熔化并分布均勻，按配比加入金屬鎂，爐加溫，達到580℃～650℃時出爐；澆鑄，擠壓。其具有優(yōu)良的室溫和高溫力學性能，尤其是優(yōu)良的抗沖擊性能，可以抵抗大過載的沖擊，韌性好。并經(jīng)過精密數(shù)控機床加工，可以用來制作用于國光工業(yè)中所需引信的核心零件的零部件，替代進口材料，實現(xiàn)國防工業(yè)關鍵材料和零部件的國產(chǎn)化。
文檔編號C22C18/04GK102534304SQ20101062378
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權日2010年12月31日
發(fā)明者張國清, 張進超, 石秀梅 申請人:北京有色金屬與稀土應用研究所