一種高強度鋁鋅鎂合金材料及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高強度鋁鋅鎂合金材料，按重量百分比計，由以下組分和含量的原料組成：鋅4-5，鎂0.7-1.3，鐵0-0.5，余量為鋁。本發明制備的鋁鋅鎂合金具有良好的力學性能，耐磨性，成本低，熔點低等特點，另外它的屈服點和抗拉強度比鋁鋅鉛硅合金提高約30%左右，疲勞強度也提高15%左右，比鋁錫銅鎳合金提高25%左右，在小型發動機中在同樣條件下其壽命比長20倍。他可以用來加工成軸瓦雙金屬材料，可替代絕大部分銅鉛軸瓦材料，在鋁基軸瓦合金材料中鋁鋅鎂合金是強度最高，承載能力最高，耐磨性較好，成本最低的合金材料，加工復合成雙金屬時中間無需過渡層（純鋁層），更提高了軸瓦的抗疲勞強度。
【專利說明】一種高強度鋁鋅鎂合金材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種合金材料，具體為一種高強度鋁鋅鎂合金材料，以及這種合金材料的制備方法和應用。屬于合金材料【技術領域】。
【背景技術】
[0002]軸瓦是滑動軸承和軸接觸的部分，非常光滑，一般用青銅、減摩合金等耐磨材料制成。
[0003]現有技術中高轉速，高強度發動機上的滑動軸承大多選用抗疲勞性高燒結制成的銅鉛-鋼雙金屬材料，其中銅鉛合金主要成分為銅、鉛、錫，在加工成型后軸瓦內表面需用電鍍的方式電鍍一層較軟的鉛錫銅鍍層，以提高其順應性及嵌入性，保護連桿曲軸的磨損。
[0004]由于銅鉛-鋼雙金屬材料具有較高的抗疲勞性、耐磨性，因此近幾十年來在高轉速、高強度的發動機上被廣泛采用。但同時合金材料也存在著很多缺陷:1、銅鉛合金及鍍層合金中含有大量鉛，在制造和使用過程中造成環境污染和 人體傷害；2、銅的價格較高，造成合金材料的原材料價格較高。
[0005]另外，市場上還有鋁鋅鉛硅(AlZn4SiPb)合金材料，同樣是因為含有大量的鉛，對環境造成污染，對人體造成傷害。而鋁錫銅鎳(AlSn6Cu)合金材料，雖然無鉛，但是其抗疲勞性較差。表面需加鍍層(鉛錫)才能使用，造成新的污染。
[0006]因此，研發一種無鉛、原材料價格較低，但抗疲勞性、耐磨性，都與銅鉛相仿的新型合金材料是相關領域亟待解決的技術問題。

【發明內容】

[0007]本發明的目的是為了提供一種高強度鋁鋅鎂合金材料，以解決現有技術的上述問題。
[0008]本發明的另一個目的是為了提供這種合金材料的制備方法和應用。
[0009]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0010]一種高強度鋁鋅鎂合金材料，按重量百分比計，由以下組分和含量的原料組成:鋅4-5，鎂 0.7-1.3，鐵 0-0.5，余量為鋁。
[0011]力學性能:抗拉強度(Mpa) 260，屈服強度(Mpa) 134，延伸率(％) 19，硬度(HB)55-65。
[0012]鋁鋅鎂合金的金相結構為α基體上鎂呈游離狀析出均勻分布。
[0013]上述鋁鋅鎂合金材料的制備方法，其步驟如下:
[0014]I)合金熔煉:以上述重量百分比配置鋅、鎂、鋁；
[0015]2)先加入鋁、鋅金屬，熔煉溫度達到700°C _730°C時加入鎂金屬，待全部溶化后加入鋁合金專用除氣、除渣劑后澆成22X240錠塊；
[0016]3)合金處理:
[0017]a)合金錠塊均勻化退火處理，其溫度為450°C ;恒溫8小時。[0018]b)合金熱軋開坯熱軋，使錠塊軋至8_，其熱軋溫度400°C ；
[0019]c)合金應力熱處理，其退火溫度為350_380°C ;恒溫5小時。
[0020]d)將合金冷軋至所需尺寸；
[0021]e)合金板除油，除氧化層處理。
[0022]步驟2)中，所述的除氣和除渣試劑是鋁鈦硼-稀土精煉劑；更為優選的熔煉溫度為 700。。。
[0023]上述鋁鋅鎂合金材料與鋼雙金屬復合的制備方法，其步驟如下:
[0024]I)鋼板處理:鋼板剪切除油除氧化鐵處理，鋼板打毛處理；
[0025]2)雙金屬軋結處理:鋁鋅鎂用軋結的方法與鋼板復合，47-50%壓下量，使其成為復合材料；
[0026]3)雙金屬熱處理:鋁鋅鎂-鋼雙金屬經380°C熱處理，再經150°C時效處理。
[0027]本發明的關鍵技術:
[0028]1、鋅含量的選擇，根據鋅的特性，因鋅在鋁中成固溶態，降低了鋁的粘附性，但當鋅含量高于7%時會引起應力腐蝕裂紋，對以后的壓力加工及粘結性產生不利影響；
[0029]2、由于鋅在400°C左右具有最佳熱塑性，采用熱軋的方式對合金錠進行熱加工，使合金迅速從鑄造態變成加工臺，加工道次壓下量熱加工溫度是此合金的加工關鍵，否則合金全部開裂；
[0030]3、鋁鋅鎂合金與鋼板復合時中間不需要添加純鋁，因鋁、鋅與鐵不會形成脆相，直接軋結，進一步強化合金的強度，使它可與銅鉛合金媲美；
[0031]4、鋁鋅鎂雙金屬材料熱處理及時效處理也是本發明關鍵點，因鎂是低熔點的金屬，自然時效明顯，在熱處理后冷卻過程，鎂會在鋁合金中析出，使合金材料逐漸變硬，為控制其硬度變化，用時效的方法來滿足工藝要求；
[0032]本發明制備的鋁鋅鎂(AlZn4.5Mg)合金具有良好的力學性能，耐磨性，成本低，熔點低等特點，另外它的屈服點和抗拉強度比鋁鋅鉛硅(AlZn4SiPb)合金提高約30%左右，疲勞強度也提高15%左右，比鋁錫銅鎳(AlSn6Cu)合金提高25%左右，在小型發動機中在同樣條件下其壽命比(AlSneCu)長20倍。他可以用來加工成軸瓦雙金屬材料，可替代絕大部分銅鉛軸瓦材料，在鋁基軸瓦合金材料中鋁鋅鎂合金是強度最高，承載能力最高，耐磨性較好，成本最低的合金材料，加工復合成雙金屬時中間無需過渡層(純鋁層)，更提高了軸瓦的抗疲勞強度。
【具體實施方式】
[0033]下面結合具體實施例進一步闡述本發明的技術特點:
[0034]實施例1-3的制備方法為:
[0035]1、合金熔煉:以重量百分比配置鋅、鎂、鋁，先加入鋁、鋅金屬，熔煉溫度達到700°C左右時加入鎂金屬，待全部溶化后加入鋁合金專用除氣、除渣劑后澆成22X240錠塊；
[0036]3)合金處理:
[0037]a)合金錠塊均勻化退火處理，其溫度為450°C ；
[0038]b)合金熱軋開坯熱軋，使錠塊軋至8mm，其熱軋溫度400°C ;。[0039]c)合金應力熱處理，其退火溫度為350_380°C ;恒溫5小時
[0040]d)將合金冷軋至所需尺寸；
[0041]e)合金板除油，除氧化層處理。
[0042]3、鋼板處理
[0043]I)鋼板剪切除油除氧化鐵處理
[0044]2)鋼板打毛處理
[0045]4、雙金屬軋結處理
[0046]鋁鋅鎂用軋結的方法與鋼板復合，47-50%壓下量，使其成為復合材料；
[0047]5、雙金屬熱處理
[0048]鋁鋅鎂-鋼雙金屬經380°C熱處理，4小時再經150°C時效處理2小時。
[0049]實施例1
[0050]鋁鋅鎂合金的配方為:鋅:4.5%，鎂:0.81%，鐵:0.36%，余量鋁。HB:58，力學性能符合要求，彎曲180°復合材料無分層。
[0051]實施例2
[0052]鋁鋅鎂合金的配方為:鋅:4.86%，鎂:0.90%，鐵:0.31%，余量鋁。HB:61，力學性能符合要求，彎曲180°復合材料無分層。
[0053]實施例3
[0054]鋁鋅鎂合金的配方為:鋅:5.10%，鎂:0.87%，鐵:0.26%，余量鋁。HB:62，力學性能符合要求，彎曲180°復合材料無分層。
[0055]實施例1-3的鋁鋅鎂一鋼雙金屬復合后其結合性能良好，彎曲試驗無分層，合金表面無氣泡、夾什、裂紋等缺陷。
[0056]與我國現有各種雙金屬相比，鋁鋅鎂(AlZn4.5Mg)具有較高強度及抗疲勞值，合金材料性能對比表如表1所示:
[0057]表1:合金材料性能對比表
`[0058]
【權利要求】
1.一種高強度鋁鋅鎂合金材料，其特征在于:按重量百分比計，由以下組分和含量的原料組成:鋅4-5，鎂0.7-1.3，鐵0-0.5，余量為鋁；鋁鋅鎂合金的金相結構為α基體上鎂呈游離狀析出均勻分布。
2.權利要求1所述鋁鋅鎂合金材料的制備方法，其特征在于:其步驟如下: 1)合金熔煉:以上述重量百分比配置鋅、鎂、鋁； 2)先加入鋁、鋅金屬，熔煉溫度達到700°C_730°C時加入鎂金屬，待全部溶化后加入鋁合金用除氣、除渣劑后澆成22X240錠塊； 3)合金處理: a)合金錠塊均勻化退火處理，其溫度為450°C;恒溫8小時。 b)合金熱軋開坯熱軋,使錠塊軋至8_，其熱軋溫度400°C； c)合金應力熱處理，其退火溫度為350-380°C;恒溫5小時 d)將合金冷軋至所需尺寸； e)合金板除油，除氧化層處理。
3.根據權利要求2所述鋁鋅鎂合金材料的制備方法，其特征在于:步驟2)中，所述的除氣和除渣試劑是鋁鈦硼-稀土精煉劑。
4.根據權利要求2所述鋁鋅鎂合金材料的制備方法，其特征在于:步驟2)中，所述的熔煉溫度為700°C。
5.權利要求1所述 的鋁鋅鎂合金材料與鋼雙金屬復合的制備方法，其特征在于:其步驟如下: 1)鋼板處理:鋼板剪切除油除氧化鐵處理，鋼板打毛處理； 2)雙金屬軋結處理:鋁鋅鎂用軋結的方法與鋼板復合，47-50%壓下量，使其成為復合材料； 3)雙金屬熱處理:鋁鋅鎂-鋼雙金屬經380°C熱處理恒溫4小時，再經150°C時效處理2小時。
【文檔編號】B21B1/38GK103667823SQ201310362896
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】丁迪華, 唐戀國, 肖聰 申請人:上海云瀛復合材料有限公司