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锌基合金的磨损性能和铸造工艺研究

申雄飞  
【摘要】: 锌铝基合金具有优良的力学、摩擦学性能,可以部分代替锡青铜制造减摩、耐磨零件,添加Si可进一步提高其耐磨性。本文研究了ZA27-0.2Si合金在不同载荷和滑动速度下的干滑动磨损性能,并与ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜进行了对比,目的是对锌铝合金替代锡青铜的范围作一评价,为实际生产提供依据;另外,以某机床用轴套为对象,研究了该合金的铸造工艺。 摩擦实验在3号销盘式摩擦试验机上进行,滑动速度为0.1m/s~0.7m/s,载荷为1kg~9kg,磨损时间为20min。结果发现:ZA27-0.2Si锌合金在低速高载的情况下表现出优异的耐磨性能,而ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜则适合在低载,低速下使用,即锌基合金具有比铜合金更广的使用范围。随着载荷的增加,ZA27-0.2Si合金的磨损机理由开始的粘着和微切削磨损到伴随着粘着的磨粒磨损,最后到塑性变形诱导磨损和剥层磨损;随着速度的增加,切削磨损加剧,最后由于试样表面温度的升高,发生涂抹;磨损试样表层与亚表层的结构决定了合金的摩擦性能,转移层的形成提高了合金的耐磨性能。锡青铜的磨损机理为磨粒磨损,在高载时,铜合金由于其弱的剪切强度导致严重的塑性变形。 高温金属型加水冷法有助于定向凝固的形成,从而有效地防止了锌基合金的底缩问题,并有利于夹杂和气泡的上浮;合适的模具温度与浇注温度是获得无缺陷铸件的关键因素。在本文实验中,合适的铸造工艺为:模具温度为350℃,浇注温度为580℃。 设计合适的砂型铸造工艺是防止锌基合金铸造缺陷的关键,而在实验中针对衬套这种零件设计的铸造工艺,采用比较高的浇注温度是必要的,可延长铸件的凝固时间,从而有利于合金液中渣子的上浮,防止铸件中夹渣缺陷的存在。合适的铸造工艺为:采用底注式,直浇道:横浇道:内浇道=1:1.5:1.3,浇注温度应高于580℃。


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