一种高强减摩铝合金

摘要

本发明公开了一种高强减摩铝合金，其化学成分按重量百分比计：锡1.0%～7.0%，铜3.0%～7.0%，锰0.20%～1.60%，硅0.40%～1.60%，镁0.40%～2.0%，稀土元素钪0.01%～1.0%，杂质≤0.70%，铝为余量；本发明的铝合金成分均匀无偏析、组织细小，拉伸强度高，其数值可达320～350MPa；摩擦系数小于0.02，具有优异的减摩耐磨性能；同时还具有加工性能优良、成本低的优点。

权利要求

1.一种高强减摩铝合金，其特征在于：化学成分按重量百分比计：锡1.0％～7.0％，铜

3.0％～7.0％，锰0.20％～1.60％，硅0.40％～1.60％，镁0.40％～2.0％，稀土元素钪

0.01％～1.0％，杂质≤0.70％，铝为余量；

所述高强减摩铝合金为铸件的微观组织晶粒度级别指数为7-8级，抗拉强度大于

320MPa，摩擦系数小于0.02。

说明书

一种高强减摩铝合金

技术领域

[0001] 本发明涉及一种铝合金，特别地涉及一种高强减摩铝合金。

背景技术

[0002] 在液压件行业，齿轮泵是量大面广的产品。齿轮油泵中齿轮的定位和端泄的密封通常是采用铝合金轴承套、铜合金或者钢—锡青铜烧结复合双金属侧板来保证，对于齿轮转速超过2000转/分、压力超过20MPa的高压齿轮油泵，现有技术存在的问题是：

[0003] 采用铜合金或者钢—锡青铜烧结复合双金属，不仅重量较大，而且需要消耗许多铜材，成本高；更重要的是，现在大部分齿轮泵体材料由铝合金制成，在高压、高转速工况条件下，工作温度较高，由于铁、铜、铝的膨胀系数各不相同，造成配合精度下降，泵的整体效率降低。而现有的铝合金，通常采用Si作为强化元素，但强度性能不高，比如轴瓦用SAE788铝合金，主要合金元素Sn:6～8.8%、Pb:1.5～2.5%、Si:2.25～2.75%，其抗拉强度σb为138-159MPa，不能满足高压齿轮泵的强度和摩擦性能要求，而且由于重金属铅的存在，还不符合环保的要求。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是，采用添加锡、铜、锰、硅、镁和少量的稀土元素钪，通过合金化提高铝基体的强度和减摩性能，目的是提供一种高强减摩铝合金，满足高压齿轮泵的需求。

[0005] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

[0006] 本发明的一种高强减摩铝合金，其化学成分按重量百分比计：锡1.0%～7.0%，铜3.0%～7.0%，锰0.20%～1.60%，硅0.40%～1.60%，镁0.40%～2.0%，稀土元素钪0.01%～1.0%，杂质≤0.70%，铝为余量。

[0007] 所述的高强减摩铝合金的微观组织晶粒度级别指数为7-8级。

[0008] 所述的高强减摩铝合金的抗拉强度大于320MPa。

[0009] 所述的高强减摩铝合金的摩擦系数小于0.02。

[0010] 所述的高强减摩铝合金用于铸造。

[0011] 本发明采用Cu作为主要强化元素，通过固溶强化的方式增强铝合金的强度，根据Al-Cu合金相图，Cu在Al中溶解度为5%左右，确定成分Cu的含量为3～7%；使用了常用的Sn元素，锡可以和铜形成多种金属化合物，比如有Cu6Sn5、Cu5Sn、Cu31Sn8、Cu3Sn等，这些化合物的存在，可以进一步增加铝合金的强度，没有形成化合物的锡元素弥散分布在铝合金材料中，能起到减摩的作用； Mg对铝的强化是明显的，每增加1％镁，抗拉强度提高大约34MPa；如果加入1％以下 的Mn，可以起到补充强化作用；因此加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀，改善抗蚀性能；同时，Mn能阻止铝合金的再结晶过程，主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用，显著细化再结晶晶粒；MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁，形成（Fe-Mn）Al6，减小铁的有害影响；铝合金中添加的稀土元素钪能有效地细化晶粒，提高材料力学性能，添加稀土元素钪的铝合金其微观组织晶粒度级别指数为7-8级（评级标准：JB/T 7946.4-1999 铸造铝合金金相  铸造铝铜合金晶粒度），常规未添加稀土元素钪的铝合金其晶粒等级通常为5-6级，抗拉强度为
150-200Mpa。通过多次试验，当Sn（1.0～7.0）%、Cu（3.0～7.0）%时，添加稀土元素钪的铝合金的强度和减摩性能达到最佳，拉伸强度高，其数值可达320～350MPa；且具有优异的减摩耐磨性能，摩擦系数小于0.02（使用Cr12材料作为配对摩擦副）；同时还具有加工性能优良、表面粗糙度小等优点。

[0012] 本发明的有益效果体现在：

[0013] 1、采用添加锡、铜、锰、硅、镁和少量的稀土元素钪，通过合金化提高了铝基体的强度和减摩性能；特别是添加的稀土元素钪能有效地细化晶粒，其微观组织晶粒度级别指数为7-8级，提高了材料力学性能，本发明的铝合金拉伸强度可达320～350MPa，摩擦系数小于0.02；同时还具有加工性能优良、表面粗糙度小等优点；

[0014] 2、本发明的铝合金配方中不含有重金属铅，无铅化避免了广泛使用含铅产品会给人类环境带来的危害，对追求绿色、促进环保有着积极的意义。

附图说明

[0015] 图1为本发明的高强减摩铝合金的金相组织。

具体实施方式

[0016] 实施例1

[0017]  本发明的高强减摩铝合金，是一种铸造铝合金，具体化学成份见表1。使用的设备是坩埚电阻炉。

[0018] 铸造浇注成型工艺，具体步骤是：

[0019] 1）配料：按照配方要求，委托铝合金材料生产厂商进行生产重熔铝合金锭；

[0020] 2）熔炼：将铝合金锭在坩锅炉里进行加热熔化，温度为740±5℃；

[0021] 3）精炼除气：使用喷粉精炼剂，对铝合金溶液进行喷粉精炼；

[0022] 4）测氢：将精炼过的铝液在真空环境＜0.02MPa条件下测氢，测氢合格后进行浇铸；

[0023] 5）浇注成型：将变质处理的铝合金熔液浇注到模具型腔内，同时启用快冷设备，一次成型；

[0024] 6）热处理：对浇铸毛坯进行固溶时效处理。

[0025] 本高强减摩铝合金性能见表2。图1为本发明的高强减摩铝合金的金相组织。

[0026]

[0027]

[0028] 注：摩擦磨损在HDM10摩擦试验机进行。

[0029] 实施例2

[0030] 本实施例的高强减摩铝合金，具体化学成份见表3，性能见表4。

[0031]

[0032]

[0033] 本实施例的铸造浇注成型工艺、使用的设备与实施例1相同。

[0034] 实施例3

[0035] 本实施例的高强减摩铝合金，具体化学成份见表5，性能见表6。

[0036]

[0037]

[0038] 本实施例的铸造浇注成型工艺、使用的设备与实施例1相同。

[0039] 实施例4

[0040] 本实施例的高强减摩铝合金，具体化学成份见表7，性能见表8。

[0041]

[0042]

[0043] 本实施例的铸造浇注成型工艺、使用的设备与实施例1相同。

[0044] 实施例5

[0045] 本实施例的高强减摩铝合金，具体化学成份见表9，性能见表10。

[0046]

[0047]

[0048] 本实施例的铸造浇注成型工艺、使用的设备与实施例1相同。