[发明专利]锌铝铜硅系多元合金齿轮材料

说明书

本发明属于冶金范畴，具体涉及一种制造中小型承载传动齿轮所用的有色合金材料-锌铝铜硅系多元合金。

在机械制造工业中，制造齿轮所用的材料有许多种，有钢、铁、铜合金及非金属材料等，一般以钢齿轮应用最多，但钢齿轮多是通过机械加工制造的，生产一件齿轮工序多、工艺较复杂，生产周期长、生产效率低，生产成本也比较高。其它材质的齿轮，由于各有一些不同的优点和缺陷，仅适用于一些特殊需要的场合中。

本发明的目的在于提供一种用于制造中小型承载传动的齿轮材料-锌铝铜硅系多元合金，可用压铸方法生产齿轮，使生产一件齿轮的工艺简化、工序减少、生产效率大为提高，生产成本大大降低，适合于大批量生产。生产的齿轮其性能和质量均能达到中小型承载传动齿轮的要求。

本发明所提供的锌铝铜硅系多元合金，其组分（按重量百分数计）为含25～60%AL，2～6%Cu，2～6%Si，0.01～0.05%Mg以及0.005～1%RE、B、Sr、Na和P中的一种或多种元素，余量为Zn。

上述多元合金各元素的含量及作用如下：

25～60%AL：属高铝合金，当＜25%AL时，合金的强度较低，比重较大，随AL含量的增加，合金的比重减小，耐磨性和耐蚀性会得到改善，但缩松及气孔倾向增大，故最高限量为60%。

2～6%Cu：Cu元素对提高合金的硬度和耐磨性有明显作用，但含量＞6%时，合金的韧性和延伸率会显著降低。

2～6%Si：Si元素能显著改善合金的耐磨性，对提高齿轮使用寿命有重要作用;但当Si含量＜2%时，作用不明显;＞6%时，韧性和铸造性能会下降。

0.01～0.05%Mg：Mg元素有明显的提高合金硬度和改善耐磨性的作用，并能抑制杂质元素Pb和Sn的有害影响，且能改善合金的耐蚀性。

0.005～1%RE，B，Sr，Na和p：这些元素都是附加的变质元素，能细化硅相，改善该齿轮材料的韧性和接触疲劳强度。

本发明的优点及积极效果：

1、本发明所述的锌铝铜硅系多元合金，其熔炼、压铸工艺性能优良，在冷室压铸条件下能大批量生产齿轮，并能保证质量要求。由于熔炼和浇注温度比较低，可延长模具使用寿命。

2、本发明所述的锌铝铜硅系多元合金，其比重比钢铁要小，（γ＝3.5～5克/厘米³）因此，可使传动装置的重量减轻。

3、本发明所述的锌铝铜硅系多元合金，具有良好的减震性能，因此，用该合金制造的齿轮，传动时噪音小，在高速运转时，效果更为明显。

4、用本发明所述的锌铝铜硅系多元合金制造的齿轮，机械性能良好，其σb＝350～450MPa，HB＝140～180。

5、用本发明所述的锌铝铜硅系多元合金，其摩擦系数小，耐磨性能良好。

在MM200耐磨试验机上，用圆柱试样滚动试验，在负荷150公斤、上下试样均为φ30、转速分别为180转/分和200转/分及在润滑条件下相对滚动和滑动对摩，经10小时后的试验，数据为下：（注：下试样均为铁基合金粉末试样）。

本发明已作过工业性试验，用其组分（按重量百分数计）为25～60%AL，3～5%Cu，2～5%Si，0.01～0.05%Mg以及0.005～1%RE、B、Sr、Na和P中的一种或多种元素，余量为Zn的多元合金，制造出具有三道齿圈，并能进行三级变速的φ185平面齿轮（参见专利CN86104406A）。

经试验证明采用本发明所述的合金，用压铸法制造的φ185模数为3的平面齿轮，可传递扭矩达21.6Kg.m。解决了实施CN8207965（传动轴式变速人力三轮车）和CN86207921（传动轴式变速自行车）中齿轮生产的关键。