專利名稱：：一種礦用零件的鑄造鋁合金材料的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種鑄造鋁合金材料，特別是一種礦用通風機等零件的摩擦無火花安全型鑄鋁合金材料。
背景技術：
：煤礦井下局部通風機、攜帶式電鉆、風煤鉆、電氣設備外殼等，用鋁合金制造的零件曾因撞擊或摩擦產生火花引起多起事故。因而國外發達國家對輕合金材料在礦井中應用的安全問題早就進行了研究，但至今尚未獲得突破性進展。H前，許多國家在煤礦井下或者在具有沼氣危險的采掘工作面300m以內，已禁止使用輕合金制造的設備。我國也曾對井下輕合金材料的使用做了嚴格的規定由于輕合金材料(如ZL401GB/T1173-1995)沖擊或摩擦產生的火花最容易引燃瓦斯氣體發生爆炸事故，因此禁止使用輕合金材料制造礦用零件。
發明內容本發明的目的在于針對現有礦用鋁合金材料制造的零件容易引燃瓦斯氣體發生爆炸事故的缺點，提供一種礦用零件的鑄造鋁合金材料，其化學配方穩定、先進，具有摩擦火花安全性好，密度小、塑性好、耐腐蝕等優點。本發明是通過以下技術方案實現的一種礦用零件的鑄造鋁合金材料，按重量百分比計，該鋁合金材料的組分及其配比為Zn1.02.5%，Cu3.05.5%，Cr0.10.3%，Ti0.10.2%，Be0.020.05%，Sr0.010.03%，Mn0.30.8%，Rx2.54.5%,Si《1.5%，Mg《0.5%，Fe《0.5%，余量Al。所述Cr、Mn、Ti、Sr、Be元素，是為了提高鋁合金的鑄造性能和機械性能而添加的少量合金元素。所述Rx元素，是為了有效地抑制鋁合金的撞擊摩擦時火花的發生而添加的添加劑。所述Si、Mg、Fe為雜質。所述的鑄造鋁合金材料的組分及其較佳重量百分比為Cu2.5%，Zn2.5%，Cr0.3%，Ti0.15%,Be0.03%，Sr0.03%，Mn0.5%，Rx3.2%，Ai下面簡要介紹本發明的研究機理和實驗過程本發明是從輕合金材料引燃沼氣最基本的原理和現象開始探索的。首先考核了國內各種牌號鑄造鋁合金的旋轉摩擦、高速沖擊和自由落錘試驗時，火花發生情況，研究了火花引燃沼氣的過程和條件。用高速動態測定儀測試的結果表明旋轉摩擦產生的火花是一束高溫粒子流，點燃沼氣往往發生在距摩擦點的定距離處；而高速沖擊是由于鋁合金彈丸沖擊或摩擦產生一些粉未或小的顆粒，自由落錘沖擊能量大和摩擦的程度也較為充分，產生摩擦屑較大塊的碎片。采用高速攝影技術，以1000幅/秒3000幅/秒的速度拍攝摩擦火花的點燃起點、火花持續時間、火花引燃甲垸體的全過程，再以慢速放出錄相，就可明顯觀察到旋轉摩擦試驗采用ZL104鑄造鋁合金固定試件，用生銹的A8或45鋼板旋轉圓盤試件，在不同相對摩擦速度的條件下旋轉試驗。試驗氣體用甲垸一空氣混合氣體(甲烷濃度6.5—7%)固定試件用重錘加載方法靜態穩定壓緊力為51N，固定試件和旋轉試件摩擦接觸面積分別為100咖2和140mm2。相對摩擦速度為(20—90)m/s共六檔，在9次試驗屮，均觀察到強度和亮度不同的火花束，在50m/s以上，同定試件和旋轉試件接觸瞬間，著火時間為0.41—1.9s的范圍內。在相對摩擦速度均在40m/s以下，4次未發生引燃試驗氣體，有較分散的呈紅色的火花飛濺出來，其接觸摩擦長達(265—443)s的范圍內，都未引燃。而旋轉試驗外緣處都粘附著鋁合金的粉未。高速沖擊或自由落錘沖擊試驗在一定能量沖擊下，用鑄鋁合金試驗彈丸或者自由落錘沖擊試件撞擊和摩擦銹鋼試驗板，共有4幀產生火花的擴大畫面。在最下一幀,面中，可以看到三分之一毫秒的撞擊時間內產生熾熱粒子的特有中心，在火花中心獲得的極高溫度下，甲澆一空氣混合物經過滯后時間lms，而在火花中持續時間內發生著火，逐歩擴大。圖中的幾幀畫面是相連貫的，每幅畫面曝光時間約為1/3ms。最后形成一團火球而使整個爆炸槽中甲垸一空氣混合氣體著火燃燒。自由落錘的著火持續時間要比高速沖擊短，原因是沖擊或摩擦產生屑片或顆粒高熾熱粒子的能量要大些，擴散速度有所增加而己。因此，旋轉摩擦試驗持續著火最短，最易著火，自由落錘試驗次之，最后是高速沖擊試驗。因此，從試驗摩擦或沖擊產生火花引燃可燃性氣體的條件是(1)合金材料被撞擊時容易破碎為極細的粉未，這些粉未具有新的表面。(2)這種粉末在空氣中易于氧化并保持很高的溫度。(3)碰撞時發生的火花具備必要的溫度或"活化物"。具備上述條件的金屬或合金，甚至其他各種物質，在碰撞時都容易發生火花引燃氣體燃燒爆炸。鋁合金如果避開上述發生火因素，即制成摩擦火花安全性合金，這在技術上應該是可行的。其技術難點在于調整鋁合金的化學成份，改善顯微組織結構，使合金具有適當的延展性和強度，在碰撞摩擦時不產生極細的粉末，就可以減少或避免發生火花。l天l此摩擦火花安全型鑄造鋁合金，首先選定化學元素的組成，是至關重要的。在上述研究的基礎上，再逐一研究了鋁合金化學元素對撞擊摩擦產生火花的影響，經過仔細地成分篩選和工藝性能試驗，研制出了本發明的摩擦火花安全型鑄造鋁合金材料，經15000次摸擬工況的自由落綞沖擊和摩擦試驗，最后，確定礦用零件的鑄造鋁合金材料，按重量百分比計，該鋁合金材料的組分及其配比為Zn1.02.5%，Cu3.05.5%，Cr0.10.3%，Ti0.10.2%，Be0.020.05%，Sr0.010.03%，Mn0.30.8%，Rx2.54.5%，Si《1.5%，Mg《0.5%,Fe《0.5%，余量A1。本發明的鑄造熔點為615574。C，其密度按冶金部標準所述方法測定為3.812.77(g/Cm"，密度平均值為2.80(g/cm"。本發明的抗拉強度試驗按GB228-76標準測定，抗拉試樣尺寸按GB173-74標準規定制作，硬度試驗按GB251-63標準的試驗方法測定，表l列出工頻電爐生產的本發明的機械性能。本發明的鑄造性能與目前煤礦井下設備外殼用ZL401鑄造性能接近。其鑄造性能見表2。本發明與現有技術相比具有以下優點和有益效果本發明優選了比較穩定、先進的化學配方，其鑄造工藝與普通鋁合金的鑄造工藝基本相同，礦用通風機鋁合金葉片的鑄造采用模具壓鑄機一次壓鑄成型。用本發明的配方鑄造的鋁合金葉片，其機械物理性能達到抗拉強度cb》180Mpa，延伸率3》3.0%，硬度HB》50，具有摩擦火花安全性好，密度小、塑性好、耐腐蝕等優點。本發明適用于礦用通風機的葉片、葉輪制作以及攜帶式、小型移動式或支架式煤電鉆，儀器儀表設備外殼等。其生產成本、銷售價格與ZL401、ZL104基本一致，使用本發明的鑄造鋁合金材料不會增加鑄造成本。本發明還可以推廣到化工、石油、輕工，消防、船舶等行業，有著廣泛的應用前景，經濟與社會效益非常明顯。具體實施例方式實施例1一種礦用零件的鑄造鋁合金材料，按重量百分比計，該鋁合金材料的組分及其配比為Zn2.5%，Cu3%，CrO.1%，TiO.1%，Be0.02%，Sr0.01%，Mn0.3%，Rx2.5%，Si《1.5%,Mg《0.5%，Fe《0.5%，余量Al。實施例2一種礦用零件的鑄造鋁合金材料，按重量百分比計，該鋁合金材料的組分及其配比為Znl.0%，Cu5.5%，CrO.3%，TiO.2%，BeO.05%，Sr0.03%,Mn0.8%，Rx4.5%，Si《1.5%，Mg《0.5%,Fe《0.5%，余量Al。實施例3一種礦用零件的鑄造鋁合金材料，按重量百分比計，該鋁合金材料的組分及其配比為Zn2.5%，Cu2.5%，Cr0.3%，Ti0.15%，Be0.03%,Sr0.03%,Mn0.5%，Rx3.2%，Si《1.5%，Mg《0.5%,Fe《0.5%，余量Al。表1本發明的鑄造鋁合金抗拉性能匯總表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2本發明和ZL401鑄造性能對比表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求1.一種礦用零件的鑄造鋁合金材料，按重量百分比計，該鋁合金材料的組分及其配比為Zn1.0～2.5％，Cu3.0～5.5％，Cr0.1～0.3％，Ti0.1～0.2％，Be0.02～0.05％，Sr0.01～0.03％，Mn0.3～0.8％，Rx2.5～4.5％，Si≤1.5％，Mg≤0.5％，Fe≤0.5％，余量Al。2、按照權利要求1所述的礦用零件的鑄造鋁合金材料，其特征在于所述的鑄造鋁合金材料的組分及其較佳重量百分比為Cu2.5%，Zn2.5%，Cr0.3%，Ti0.15%，Be0.03%，Sr0.03%，Mn0.5%，Rx3.2%，Ai余量。3、按照權利要求1所述的礦用零件的鑄造鋁合金材料，其特征在于所述的鑄造鋁合金材料的鑄造熔點為615574°C。4、按照權利要求1所述的礦用零件的鑄造鋁合金材料，其特征在于所述的鑄造鋁合金材料的密度為3.812.77(g/cm:'')。全文摘要一種礦用零件的鑄造鋁合金材料，涉及鑄造鋁合金材料。煤礦井下用鋁合金制造的零件因撞擊或摩擦產生火花會引燃瓦斯發生爆炸事故。目前，許多國家在煤礦井下或者在具有沼氣危險的采掘工作面300m以內，已禁止使用鋁合金材料制造的設備。本發明按重量百分比計，其組分配比為Zn1.0～2.5％，Cu3.0～5.5％，Cr0.1～0.3％，Ti0.1～0.2％，Be0.02～0.05％，Sr0.01～0.03％，Mn0.3～0.8％，Rx2.5～4.5％，Si≤1.5％，Mg≤0.5％，Fe≤0.5％，余量Al。本發明具有摩擦火花安全性好，密度小、塑性好、耐腐蝕等優點。文檔編號C22C21/12GK101285141SQ200810055010公開日2008年10月15日申請日期2008年5月30日優先權日2008年5月30日發明者仝小虎,杜崇恒,端木峰青,蘇莫明,郭建民申請人:山西省運城安瑞節能風機有限公司