CN103667823B - 一种高强度铝锌镁合金材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度铝锌镁合金材料，按重量百分比计，由以下组分和含量的原料组成：锌4-5，镁0.7-1.3，铁0-0.5，余量为铝。本发明制备的铝锌镁合金具有良好的力学性能，耐磨性，成本低，熔点低等特点，另外它的屈服点和抗拉强度比铝锌铅硅合金提高约30%左右，疲劳强度也提高15%左右，比铝锡铜镍合金提高25%左右，在小型发动机中在同样条件下其寿命比长20倍。他可以用来加工成轴瓦双金属材料，可替代绝大部分铜铅轴瓦材料，在铝基轴瓦合金材料中铝锌镁合金是强度最高，承载能力最高，耐磨性较好，成本最低的合金材料，加工复合成双金属时中间无需过渡层（纯铝层），更提高了轴瓦的抗疲劳强度。

Description

一种高强度铝锌镁合金材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种合金材料，具体为一种高强度铝锌镁合金材料，以及这种合金材料的制备方法和应用。属于合金材料技术领域。

背景技术

轴瓦是滑动轴承和轴接触的部分，非常光滑，一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成。

现有技术中高转速，高强度发动机上的滑动轴承大多选用抗疲劳性高烧结制成的铜铅-钢双金属材料，其中铜铅合金主要成分为铜、铅、锡，在加工成型后轴瓦内表面需用电镀的方式电镀一层较软的铅锡铜镀层，以提高其顺应性及嵌入性，保护连杆曲轴的磨损。

由于铜铅-钢双金属材料具有较高的抗疲劳性、耐磨性，因此近几十年来在高转速、高强度的发动机上被广泛采用。但同时合金材料也存在着很多缺陷：1、铜铅合金及镀层合金中含有大量铅，在制造和使用过程中造成环境污染和人体伤害；2、铜的价格较高，造成合金材料的原材料价格较高。

另外，市场上还有铝锌铅硅（AlZn4SiPb）合金材料，同样是因为含有大量的铅，对环境造成污染，对人体造成伤害。而铝锡铜镍（AlSn6Cu）合金材料，虽然无铅，但是其抗疲劳性较差。表面需加镀层（铅锡）才能使用，造成新的污染。

因此，研发一种无铅、原材料价格较低，但抗疲劳性、耐磨性，都与铜铅相仿的新型合金材料是相关领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种高强度铝锌镁合金材料，以解决现有技术的上述问题。

本发明的另一个目的是为了提供这种合金材料的制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高强度铝锌镁合金材料，按重量百分比计，由以下组分和含量的原料组成：锌4-5，镁0.7-1.3，铁0-0.5，余量为铝。

力学性能：抗拉强度（Mpa）260，屈服强度（Mpa）134，延伸率（%）19，硬度（HB）55-65。

铝锌镁合金的金相结构为α基体上镁呈游离状析出均匀分布。

上述铝锌镁合金材料的制备方法，其步骤如下：

1)合金熔炼：以上述重量百分比配置锌、镁、铝；

2)先加入铝、锌金属，熔炼温度达到700℃-730℃时加入镁金属，待全部溶化后加入铝合金专用除气、除渣剂后浇成22×240锭块；

3)合金处理:

a)合金锭块均匀化退火处理，其温度为450℃；恒温8小时。

b)合金热轧开坯热轧，使锭块轧至8mm，其热轧温度400℃；

c)合金应力热处理，其退火温度为350-380℃；恒温5小时。

d)将合金冷轧至所需尺寸；

e)合金板除油，除氧化层处理。

步骤2）中，所述的除气和除渣试剂是铝钛硼-稀土精炼剂；更为优选的熔炼温度为700℃。

上述铝锌镁合金材料与钢双金属复合的制备方法，其步骤如下：

1）钢板处理：钢板剪切除油除氧化铁处理，钢板打毛处理；

2）双金属轧结处理：铝锌镁用轧结的方法与钢板复合，47-50%压下量，使其成为复合材料；

3）双金属热处理：铝锌镁-钢双金属经380℃热处理，再经150℃时效处理。

本发明的关键技术：

1、锌含量的选择，根据锌的特性，因锌在铝中成固溶态，降低了铝的粘附性，但当锌含量高于7%时会引起应力腐蚀裂纹，对以后的压力加工及粘结性产生不利影响；

2、由于锌在400℃左右具有最佳热塑性，采用热轧的方式对合金锭进行热加工，使合金迅速从铸造态变成加工台，加工道次压下量热加工温度是此合金的加工关键，否则合金全部开裂；

3、铝锌镁合金与钢板复合时中间不需要添加纯铝，因铝、锌与铁不会形成脆相，直接轧结，进一步强化合金的强度，使它可与铜铅合金媲美；

4、铝锌镁双金属材料热处理及时效处理也是本发明关键点，因镁是低熔点的金属，自然时效明显，在热处理后冷却过程，镁会在铝合金中析出，使合金材料逐渐***，为控制其硬度变化，用时效的方法来满足工艺要求；

本发明制备的铝锌镁（AlZn4.5Mg）合金具有良好的力学性能，耐磨性，成本低，熔点低等特点，另外它的屈服点和抗拉强度比铝锌铅硅（AlZn4SiPb）合金提高约30%左右，疲劳强度也提高15%左右，比铝锡铜镍（AlSn6Cu）合金提高25%左右，在小型发动机中在同样条件下其寿命比（AlSn6Cu）长20倍。他可以用来加工成轴瓦双金属材料，可替代绝大部分铜铅轴瓦材料，在铝基轴瓦合金材料中铝锌镁合金是强度最高，承载能力最高，耐磨性较好，成本最低的合金材料，加工复合成双金属时中间无需过渡层（纯铝层），更提高了轴瓦的抗疲劳强度。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术特点：

实施例1-3的制备方法为：

1、合金熔炼：以重量百分比配置锌、镁、铝，先加入铝、锌金属，熔炼温度达到700℃左右时加入镁金属，待全部溶化后加入铝合金专用除气、除渣剂后浇成22×240锭块；

3)合金处理:

a)合金锭块均匀化退火处理，其温度为450℃；

b)合金热轧开坯热轧，使锭块轧至8mm，其热轧温度400℃；。

c)合金应力热处理，其退火温度为350-380℃；恒温5小时

d)将合金冷轧至所需尺寸；

e)合金板除油，除氧化层处理。

3、钢板处理

1）钢板剪切除油除氧化铁处理

2）钢板打毛处理

4、双金属轧结处理

铝锌镁用轧结的方法与钢板复合，47-50%压下量，使其成为复合材料；

5、双金属热处理

铝锌镁-钢双金属经380℃热处理，4小时再经150℃时效处理2小时。

实施例1

铝锌镁合金的配方为：锌：4.5%，镁：0.81%，铁：0.36%，余量铝。HB：58，力学性能符合要求，弯曲180°复合材料无分层。

实施例2

铝锌镁合金的配方为：锌：4.86%，镁：0.90%，铁：0.31%，余量铝。HB：61，力学性能符合要求，弯曲180°复合材料无分层。

实施例3

铝锌镁合金的配方为：锌：5.10%，镁：0.87%，铁：0.26%，余量铝。HB：62，力学性能符合要求，弯曲180°复合材料无分层。

实施例1-3的铝锌镁—钢双金属复合后其结合性能良好，弯曲试验无分层，合金表面无气泡、夹什、裂纹等缺陷。

与我国现有各种双金属相比，铝锌镁（AlZn4.5Mg）具有较高强度及抗疲劳值，合金材料性能对比表如表1所示：

表1：合金材料性能对比表

综合上述，因此本发明的各项性能指标为铝基双金属材料最高的，它与铜铅合金相仿，工作表面经改性处理后，可不加镀层直接与轴匹配，因此本发明是一种无污染（Pb、Cd等）高强度、高抗疲劳性、耐磨，基本上可完全替代铜铅合金，而成本最低的较理想的轴瓦材料。

另外铝锌镁合金也可加工成棒管及各类形状接头，它可替代铜合金使用，而且它成本比铜合金低40-50%，强度与铜合金相仿有无Pb、cd等污染应用范围正在逐步扩大。

Claims (4)

1.一种高强度铝锌镁合金材料的制备方法，其特征在于：按重量百分比计，由以下组分和含量的原料组成：锌4-5，镁0.7-1.3，铁0-0.5，余量为铝；铝锌镁合金的金相结构为α基体上镁呈游离状析出均匀分布；其步骤如下：

1)合金熔炼：以上述重量百分比配置锌、镁、铝；

2)先加入铝、锌金属，熔炼温度达到700℃-730℃时加入镁金属，待全部溶化后加入铝合金用除气、除渣剂后浇成22×240mm锭块；

3)合金处理:

a)合金锭块均匀化退火处理，其温度为450℃；恒温8小时；

b)合金热轧开坯，使锭块轧至8mm，其热轧温度400℃；

c)合金应力热处理，其退火温度为350-380℃；恒温5小时

d)将合金冷轧至所需尺寸；

e)合金板除油，除氧化层处理。

2.根据权利要求1所述铝锌镁合金材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述的除气和除渣试剂是铝钛硼-稀土精炼剂。

3.根据权利要求1所述铝锌镁合金材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述的熔炼温度为700℃。

4.权利要求1所述的制备方法所制备的铝锌镁合金材料与钢双金属复合的制备方法，其特征在于：其步骤如下：

1)钢板处理：钢板剪切除油除氧化铁处理，钢板打毛处理；

2)双金属轧结处理：铝锌镁用轧结的方法与钢板复合，47-50％压下量，使其成为复合材料；

3)双金属热处理：铝锌镁-钢双金属经380℃热处理恒温4小时，再经150℃时效处理2小时。