本發(fā)明涉及一種針棒抱及其制備方法，屬于合金材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁合金具有質(zhì)量輕、強(qiáng)韌性好、耐腐蝕以及特有的金屬光澤等特性，被越來越多的機(jī)械零部件所采用，如電器、照明器件、汽車等。為了滿足零部件薄壁化、輕量化、快速散熱和鑄造生產(chǎn)的需要，對(duì)鋁合金的鑄造流動(dòng)性、導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能都提出了越來越高的要求。
縫紉機(jī)上的針棒抱主要是用來夾緊針棒，現(xiàn)有的針棒抱一般都是用鋁合金進(jìn)行澆鑄而成，由于現(xiàn)有鋁合金材料的特性，使得其抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、硬度相對(duì)較低，耐磨性能差，常常由于針棒在針棒滑動(dòng)孔內(nèi)快速長(zhǎng)久的滑動(dòng)，使針棒抱上的針棒滑動(dòng)孔的磨損后內(nèi)孔孔經(jīng)擴(kuò)大，造成針棒在孔內(nèi)擺動(dòng)太大，并產(chǎn)生噪聲，影響縫紉機(jī)的使用。因此提供一種耐磨性能好、力學(xué)性能優(yōu)的針棒抱尤為重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在耐磨性能差的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種耐磨性好、力學(xué)性能優(yōu)異的縫紉機(jī)針棒抱及其制造方法，有效提高針棒抱使用壽命。
本發(fā)明的上述目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種縫紉機(jī)針棒抱，所述的縫紉機(jī)針棒抱由耐磨鋁合金制成，所述耐磨鋁合金的成分及其質(zhì)量百分比為：Mg:5.0-8.0％，Si:1.0％-3.0％，C:1.1-2.8％，Cr:0.28-1.05％，V:0.12-0.5％，Mo:0.08-0.3％，B:0.1％-0.6％，Ni:0.07-0.65％，Nb:0.03-0.25％，Re:0.02-0.06％，余量為Al。
各元素及質(zhì)量百分比的選擇與限定理由如下：
C：C既可以固溶于基體中起固溶強(qiáng)化作用，又是形成碳化物增強(qiáng)相的基本元素。碳含量太高會(huì)增加材料脆性，太少則減少碳化物增強(qiáng)相的數(shù)量致使其耐磨性降低。因此C的范圍為1.1-2.8％。
Cr、V、Mo可與C形成碳化合物硬質(zhì)相，適量形成雖然能在一定程度上幫助提高組織的硬度和耐磨性，但過量的碳化物會(huì)將本來就韌性不高的基體組織割裂，使晶粒間的聯(lián)接程度降低。因此，Cr含量選擇0.28-1.05％，V含量選擇0.12-0.5％，Mo含量選擇0.08-0.3％。
B：B能夠細(xì)化晶粒，形成細(xì)小的彌散析出相。另一方面，B還能與和Al形成復(fù)雜化合物AlB2和AlB12，能顯著提高材料表面的硬度和耐磨性能。但是當(dāng)B含量超過0.6％時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致“熱脆”現(xiàn)象，影響合金的熱加工性能。
Ni:Ni固溶到Al基體中，從而起到固溶強(qiáng)化的作用；同時(shí)加入Ni元素后，形成集中于晶界或晶界附近的硬質(zhì)富鎳相顆粒，使得在高溫下晶界滑移困難，有效提高了低高溫強(qiáng)度共晶組織的形變抗力，限制了晶界裂紋的擴(kuò)展，進(jìn)而提高合金的耐磨性能。但當(dāng)Ni含量過多時(shí)，NiAl3顆粒和富鎳相顆粒的數(shù)量和尺寸都會(huì)增加，晶界粗化，缺陷增多，材料的斷裂敏感性增大。Ni含量選擇0.07-0.65％。
Nb：Nb能形成彌散析出相細(xì)化晶粒，以提高材料的強(qiáng)度和韌性。當(dāng)Nb含量過高時(shí)，所獲增強(qiáng)增韌效果達(dá)到飽和。因此，鑒于成本和效果，Nb含量選擇范圍為0.03-0.25％。
Re：稀土Re是合金優(yōu)異的細(xì)化變質(zhì)元素，添加微量Re元素，可使共晶形態(tài)從粗大的針狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小均勻的顆粒狀，提高鋁合金的鑄造流動(dòng)性、強(qiáng)度和塑性。
Mg在合金中與基體鋁元素生成大量Mg5Al相，而通過熱處理能使全部Mg5Al相固溶到鋁合金基體α相中，使得合金具有優(yōu)異的常溫力學(xué)性能。Si與Al可形成Al+Si共晶液相，是提高鋁合金鑄造流動(dòng)性的主要成分，Si也可與Mg形成Mg2Si強(qiáng)化相，增強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度。元素Cr與C可形成Cr7C3和Cr23C6碳化物硬質(zhì)相，與B能形成硼鉻化物CrB、Cr2B硬質(zhì)相。元素B與C可形成BC碳化物硬質(zhì)相。元素V也可與C形成碳化物VC、V4C3。元素Mo與C可形成Mo2C特殊碳化物。由于這些元素所形成的碳化物均以硬質(zhì)相存在于組織中，材料硬度很高，阻礙了磨料在材料亞表層的滑動(dòng)，從而有效地抑制了犁溝及微觀切削現(xiàn)象的發(fā)生，起到增強(qiáng)材料耐磨性的作用。需要注意的是，碳化物數(shù)量的增加雖然可以提高堆焊層的初始硬度和耐磨性，但硬度增加的同時(shí)會(huì)使材料組織變脆，抗裂性能下降。元素Ni和Nb的加入主要是為了增加韌性以提高材料的抗裂性能。
在鋁合金領(lǐng)域，各元素之間的作用不是單獨(dú)存在的，而是通過各成分以及組分的百分比形成一個(gè)整體，本發(fā)明正是通過鋁合金整體的合理配伍，進(jìn)一步提高鋁合金的耐磨性能和力學(xué)性能。
作為優(yōu)選，所述的Cr:V:Mo質(zhì)量比為(2.0-3.5)：(1.5-2.0)：1。Cr、V、Mo的合理復(fù)配，使得Cr、V、Mo用量較少的情況下，形成的碳化物對(duì)材料的耐磨性能也能起到顯著提高作用。
作為優(yōu)選，所述的Ni:Nb質(zhì)量比為(2-3):1。在此配比下形成的Nb、Ti復(fù)合物，可以有效抑制晶粒的長(zhǎng)大，促進(jìn)基體形成細(xì)小晶粒組織，得到具有優(yōu)良力學(xué)性能的合金材料。
作為優(yōu)選，所述的Re為稀土元素Eu、La、Ce、Pr、Nd、Er、Y中的一種或多種。進(jìn)一步優(yōu)選，稀土元素Eu和La的復(fù)配物，Eu和La的質(zhì)量比為(1-2)：1。添加復(fù)配物的變質(zhì)效果優(yōu)于單獨(dú)添加一種稀土元素的效果，且實(shí)驗(yàn)表明稀土元素中Eu具有最強(qiáng)的變質(zhì)能力，La次之，使用二者的復(fù)配物，在添加質(zhì)量少的情況下達(dá)到優(yōu)異的變質(zhì)效果。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種縫紉機(jī)針棒抱的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鋁錠加熱至700-750℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的鋁中間合金，充分混合后形成熔體；
S2、保持熔體溫度，對(duì)熔體先進(jìn)行精煉與凈化處理，再加入Re的鋁中間合金進(jìn)行變質(zhì)處理；
S3、將經(jīng)步驟S2處理的熔體澆鑄成型為縫紉機(jī)針棒抱鑄坯；
S4、將縫紉機(jī)針棒抱鑄坯進(jìn)行退火處理，即可制得縫紉機(jī)針棒抱成品。
作為優(yōu)選，S2步驟中使用精煉溶劑對(duì)熔體進(jìn)行精煉與凈化處理，精煉溶劑的質(zhì)量為爐料總質(zhì)量的0.2-0.4％。當(dāng)精煉溶劑的用量大于0.4％時(shí)，精煉溶劑會(huì)對(duì)變質(zhì)處理產(chǎn)生不利影響，隨著精煉溶劑用量的增加，基體細(xì)小均勻的顆粒狀逐漸恢復(fù)到變質(zhì)前的針狀形態(tài)。
作為優(yōu)選，所述的精煉溶劑為六氯乙烷與氟硅酸鈉的復(fù)配物，六氯乙烷與氟硅酸鈉的質(zhì)量比為(1-2)：1。在此配比下的精煉溶劑對(duì)熔體的精煉和凈化效果最佳。
作為優(yōu)選，所述的S4步驟中退火保溫溫度為350-460℃，保溫時(shí)間為2-6小時(shí)。
對(duì)鑄造產(chǎn)品進(jìn)行退火處理主要起兩個(gè)方面的作用：第一，消除鑄造應(yīng)力；第二，控制過飽和固熔體中溶質(zhì)原子的析出，改善組織。退火溫度過高，合金第二相溶解過多，過飽和固熔體的濃度增加，使基體晶格斜扭畸變?cè)黾?，降低力學(xué)性能；若溫度過低，固熔體很難充分分解，也會(huì)使力學(xué)性能下降。因此，退火過程的保溫溫度為350-460℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過添加Cr、C、Ni、V、Mo、Nb、B、Re等元素，結(jié)合本發(fā)明的制備方法，獲得的縫紉機(jī)針棒抱具有良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的耐摩擦性能。且本發(fā)明所提供的制備工藝簡(jiǎn)單易行，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
本發(fā)明的鋁合金成分及其質(zhì)量百分比為：Mg:5.0-8.0％，Si:1.0％-3.0％，C:1.1-2.8％，Cr:0.28-1.05％，V:0.12-0.5％，Mo:0.08-0.3％，B:0.1％-0.6％，Ni:0.07-0.65％，Nb:0.03-0.25％，Re:0.02-0.06％，余量為Al。
表1實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-2鋁合金成分的質(zhì)量百分比％
實(shí)施例1
根據(jù)表1實(shí)施例1中鋁合金成分的質(zhì)量百分比，制備鋁合金：
S1、將鋁錠加熱至700℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的鋁中間合金，充分混合后形成熔體；
S2：保持熔體溫度，加入六氯乙烷與氟硅酸鈉質(zhì)量比為1:1的復(fù)配精煉溶劑，精煉溶劑的加入量為總爐料質(zhì)量的0.2％，對(duì)熔體進(jìn)行精煉與凈化處理，以去除熔體中渣物和有害氣體，一直到無氣體、氣泡逸出為止，靜置10min后扒去浮渣；然后將質(zhì)量比為2:1的Eu和La復(fù)合稀土元素鋁中間合金加入熔體中，混合均勻；
S3、將經(jīng)步驟S2處理的熔體澆鑄成型為縫紉機(jī)針棒抱鑄坯；
S4、將縫紉機(jī)針棒抱鑄坯進(jìn)行退火處理，退火保溫溫度為350℃，保溫時(shí)間為5小時(shí)，即可得縫紉機(jī)針棒抱成品。
實(shí)施例2
根據(jù)表1實(shí)施例2中鋁合金成分的質(zhì)量百分比，制備鋁合金：
S1、將鋁錠加熱至720℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的鋁中間合金，充分混合后形成熔體；
S2：保持熔體溫度，加入六氯乙烷與氟硅酸鈉質(zhì)量比為2:1的復(fù)配精煉溶劑，精煉溶劑的加入量為總爐料質(zhì)量的0.4％，對(duì)熔體進(jìn)行精煉與凈化處理，以去除熔體中渣物和有害氣體，一直到無氣體、氣泡逸出為止，靜置15min后扒去浮渣；然后將Ce的鋁中間合金加入熔體中，混合均勻；
S3、將經(jīng)步驟S2處理的熔體澆鑄成型為縫紉機(jī)針棒抱鑄坯；
S4、將縫紉機(jī)針棒抱鑄坯進(jìn)行退火處理，退火保溫溫度為400℃，保溫時(shí)間為4小時(shí)，即可得縫紉機(jī)針棒抱成品。
實(shí)施例3
根據(jù)表1實(shí)施例3中鋁合金成分的質(zhì)量百分比，制備鋁合金：
S1、將鋁錠加熱至750℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的鋁中間合金，充分混合后形成熔體；
S2：保持熔體溫度，加入六氯乙烷與氟硅酸鈉質(zhì)量比為1.5:1的復(fù)配精煉溶劑，精煉溶劑的加入量為總爐料質(zhì)量的0.3％，對(duì)熔體進(jìn)行精煉與凈化處理，以去除熔體中渣物和有害氣體，一直到無氣體、氣泡逸出為止，靜置20min后扒去浮渣；然后將La的鋁中間合金加入熔體中，混合均勻；
S3、將經(jīng)步驟S2處理的熔體澆鑄成型為縫紉機(jī)針棒抱鑄坯；
S4、將縫紉機(jī)針棒抱鑄坯進(jìn)行退火處理，退火保溫溫度為450℃，保溫時(shí)間為3小時(shí)，即可得縫紉機(jī)針棒抱成品。
實(shí)施例4
根據(jù)表1實(shí)施例4中鋁合金成分的質(zhì)量百分比，制備鋁合金：
S1、將鋁錠加熱至710℃熔化，待完全熔化后，按配比加入Mg合金和Si、Cr、C、V、Mo、Nb、Ni、B的鋁中間合金，充分混合后形成熔體；
S2：保持熔體溫度，加入六氯乙烷與氟硅酸鈉質(zhì)量比為1.8:1的復(fù)配精煉溶劑，精煉溶劑的加入量為總爐料質(zhì)量的0.3％，對(duì)熔體進(jìn)行精煉與凈化處理，以去除熔體中渣物和有害氣體，一直到無氣體、氣泡逸出為止，靜置18min后扒去浮渣；然后將Pr的鋁中間合金加入熔體中，混合均勻；
S3、將經(jīng)步驟S2處理的熔體澆鑄成型為縫紉機(jī)針棒抱鑄坯；
S4、將縫紉機(jī)針棒抱鑄坯進(jìn)行退火處理，退火保溫溫度為350℃，保溫時(shí)間為6小時(shí)，即可得縫紉機(jī)針棒抱成品。
對(duì)比例1
根據(jù)表1對(duì)比例1中鋁合金成分的質(zhì)量百分比，制備鋁合金，制備步驟與實(shí)施例1相同。
對(duì)比例2
根據(jù)表1對(duì)比例2中鋁合金成分的質(zhì)量百分比，制備鋁合金，制備步驟與實(shí)施例2相同。
對(duì)比例3
該對(duì)比例與實(shí)施例3的區(qū)別僅在于，對(duì)比例3的制備過程中，精煉溶劑為六氯乙烷，加入量為總爐料質(zhì)量的0.5％，退火保溫溫度為300℃，保溫時(shí)間為8小時(shí)，其他與實(shí)施例3相同，此處不再累述。
表2本發(fā)明實(shí)施例1-4與對(duì)比例1-3的針棒抱性能測(cè)試結(jié)果
從表2中可以看出，實(shí)施例1-4的力學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，布氏硬度大，磨損質(zhì)量損失低，對(duì)比例1因Cr、V的缺失，合金組織硬質(zhì)相數(shù)量減少，影響針棒抱的耐磨性能，對(duì)比例2因Ni、Nb的缺失，針棒抱的力學(xué)性能降低，對(duì)比例3的制備方法參數(shù)不同于本發(fā)明，使得針棒抱的各性能有所降低。
本發(fā)明通過合金材料組分和質(zhì)量百分比以及制備方法的合理選擇，賦予針棒抱更優(yōu)異的力學(xué)性能和耐磨性能，延長(zhǎng)針棒抱的使用壽命。
本發(fā)明中所描述的具體實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
盡管對(duì)本發(fā)明已作出了詳細(xì)的說明并引證了一些具體實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。