[发明专利]一种模具用锌基合金及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种模具用含有铜的锌基合金，特别是一种模具用锌基合金制备工艺。

背景技术

锌合金是近年来发展起来的新型工程材料，对于有色金属资源丰富的我国，锌合金材料的研发具有极为重要的意义。锌合金模具因其制造周期短，成本低，可重复利用，加工零件品质高，应用范围广等优点，对于多品种、小批量的异形零件、产品改型更新及新品研制等不失为一种理想的模具。

锌合金制模工艺简单，工序少，不需要高精加工机床，制模周期可以比钢模缩短30％-40％。锌合金模具的成本低廉，一般只有同类钢模具成本的1/6～1/8；锌基合金的熔点为380℃，具有良好的物理、机械性能，流动性能和超塑性能，并有一定的硬度，用于制作冲裁模具，具有独特的补偿磨损性能，用于拉延模，具有独特的自润性和耐烧结性，用于塑料模具，具有良好的流动性，易于获得光洁型腔、复杂型腔，利用超塑性可以压制出复杂花纹。锌基合金材料熔化消耗能量少，节省能源。合金熔炼和浇注对环境污染小，操作人员的工作条件好。锌合金材料可重熔回用，符合环境可持续发展的需要。

然而，目前国内使用的锌合金模具材料存在综合机械性能不高、模具寿命不长、耐热和耐磨性能差，且不能满足热固性塑料等工作温度要求较高的模具制品使用，并在制模工艺中也存在着一些问题。因此，优化模具用锌合金的组织及提高模具用锌合金性能，成为发展模具用锌合金和扩大应用的关键。

发明内容

本发明的目的是避免上述现有技术中的不足，开发一种具有较好的耐磨、耐蚀性能和良好的尺寸稳定性，同时又有良好的铸造和切削加工性能的模具用锌基合金及其制备工艺。

为实现上述目的，本发明可以通过合金化学成分的设计和技术方案来实现：

本发明所提供的一种模具用锌基合金由基体合金、中间合金、变质剂和精练剂组成。其成分质量配比为：Al：12.5～16.5％，Cu：8～12.5％，Mg：0.01～0.05％，Ti：0.10～0.25％，B：0.01～0.03％，Si：1～3％，Mn：0.4～0.8％，Re变质剂：0.2～0.8％，ZnCl2精炼剂：0.4～0.5％，其余为Zn；Re变质剂成分质量配比为：La：45～55％，Ce：10～20％，Y：7～15％，Gd：4～10％。

本发明所提供的一种模具用锌基合金及其制备工艺，其制造工艺步骤是：

1)材料采用工业锌锭、工业铝锭、工业镁锭、铝锰中间合金、铝硅中间合金，ZnCl₂工业精练剂，Re变质剂；

2)铜铝中间合金的制备：在坩埚电阻炉或中频感应熔化炉内先将铝熔化后，再将铜浸入铝液，在780～800℃条件下，将铝、铜完全熔化后，加入0.4％～0.5％ZnCl₂精炼，静置、扒渣，制备成含Cu50％铜铝中间合金；

3)将熔炼坩埚预热到450～500℃，加入所需质量的Zn熔化后，按照所需质量依次加入铜铝中间合金、铝锰中间合金、铝硅中间合金，升温到700℃待中间合金全部熔化后，再加入所需质量的Al；

4)用铝箔包裹所需质量的Mg，将其压入合金溶液底部，待Al、Mg完全熔化后加入所需质量的B、Ti；待B、Ti完全熔化后，加入用铝箔包裹的所需质量Re变质剂，压入合金溶液底部熔化；

5)待加入的Re变质剂完全溶化后，温度降到550～600℃时，加入0.4％ZnCl₂精炼剂，静置、扒渣；

6)将熔炼好的锌合金倒入浇铸包内，直接浇铸到金属型或砂型中铸造成锌合金锭或锌合金零部件，冷却方式为水冷或空冷。

本发明所提供的的模具用锌基合金化学成分配制依据为：

Al是锌合金中的主要添加元素。Al是一个软韧相，纯Al的强度值为90～120MPa，延伸率为11％～15％，但是相对Zn而言，它则是硬强相，因为纯Zn的抗拉强度仅为20～70MPa，而延伸率则有40％～50％之大，随着含Al量的增加，固溶体数量增加，固溶强化效果增强，同时由于固溶体数量增多，锌合金的耐热性能提高。同时Zn在固溶体中的溶解度随着温度的降低而减少，这样就使Zn在铸件凝固过程中过饱和地溶解于固溶体中，起到了固溶强化的作用。随着温度的下降，锌在铝中的熔解度下降，到达一定温度时就会产生共析反应，这将对合金的性能产生很大的影响。