專利名稱：一種用于制造減壓器零件的鋅基合金材料及其制造方法
技術領域：
本發明涉及鋅基合金材料及其制造方法，具體地說是用于制造減壓器閥體、螺桿、螺母等零件的鋅基合金材料。
通常使用的氧氣瓶、乙炔氣瓶、二氧化碳氣瓶等均帶有一個減壓器，其中減壓器閥體、螺桿或叫輸入接頭和螺母是減壓器中的重要零件。根據GB7899-87規定，減壓器的高壓室要求在規定負荷為30MPa的壓力下，持續5分鐘水壓試驗后應無永久性變形，因此對材料的耐壓性能和機械性能有較高的要求。另外，GB7899-87標準規定，與乙炔或具有類似化學特性的氣體接觸的材料其含銅量應不超過70％，因此，國內外廣泛采用鉛黃銅材料ZCuZn40Pb2(相當于GB1176-74標準規定的ZHPb59-1鉛黃銅)制造。根據GB1176～87標準規定，這種鉛黃銅含有58～63％Cu，0.5～2.5％Pb，其余為Zn。金屬型鑄造時，鑄態機械性能為бb≥280MPa，δ≥20％，HB90。減壓器閥體的制造方法是，首先配制鉛黃銅材料，在感應爐或其它熔煉設備中熔化，連續鑄造或用其它方法鑄造成棒材，然后下料，在電阻爐中加熱到一定的溫度，采用模鍛方法成形。而螺桿、螺母則采用鑄造成形的園形棒材或六方型材經機械切削加工而成。用黃銅材料制造存在下列缺點，①由于這種合金含有較高含量的貴重金屬銅，原材料成本高，材料來源困難；②由于生產工序多，能耗高，而螺母、螺桿又由于機械加工，材料的利用率低，因而生產成本高；③黃銅材料在熔煉過程中，熔煉溫度超過鋅的沸點(911℃)，因此，在熔煉過程中蒸發產生的煙霧大。又由于合金中含有鉛，環境污染嚴重，嚴重影響操作人員的健康，生產車間需要較好的通風除塵設備。
目前，國際上研究和推廣應用的鋅基合金材料ZA27，見《Metal Progress》，1982(11)，P29-31，具有強度高和耐磨性好的特點，主要用于代替鎘青銅ZCuSn5Zn5Pb5，ZCuSn10Pb1等材料作耐磨軸承材料使用，在機械、冶金、礦山、輕工等行業用于制造軸瓦、軸套、蝸輪等另件。ZA27合金含有下列成分25～28％Al，2.0～2.5％Cu，0.01～0.02％Mg，其余為Zn。金屬型重力鑄造時，機械性能為бb400～440MPa，δ1-3％，HB110～120。但是該合金的最大的缺點是，由于鋁含量較高，凝固溫度范圍寬(380～492℃)，在鑄造過程中極易出現顯微縮松，鑄件的致密度差，因而鑄件的耐壓性能差。該合金產生顯微縮松的原因在于，由于凝固溫度范圍寬，呈樹枝晶凝固，最后在樹枝晶間隙中凝固的液體，在凝固過程中得不到補縮，造成顯微縮松。另外，這種合金的塑韌性低，金屬型鑄造時延伸率1-3％，通過熱處理可提高合金的塑韌性，但合金的強度降低。
研究分析表明，合金的耐壓性能和塑韌性與合金的致密度有關。因此，細化合金粗大的樹枝晶組織，改變合金的凝固方式，提高合金的致密度，不僅能提高合金的耐壓性能，而且也能同時提高合金的塑韌性。
本發明的目的是提供一種鋅基合材料及其制造方法用于制造減壓器閥體、螺桿、螺母等另件，具有較高的耐壓性能和較高的強度及塑韌性。
本發明的鋅基合金材料其化學成分組成(重量百分比)為Al22～28，Cu1.0～2.0，Cr0.1～0.5，Ti0.01～0.05，B0.002～0.02，Mg0.005～0.02，其余為Zn，其中雜質允許含量為Fe＜0.1，Pb＜0.004 Sn＜0.002，Cd＜0.003。
本發明的鋅基合金中，加入Al，Cu，Cr的主要作用是提高合金的強度和硬度。加入0.1～0.5％的Cr能夠明顯提高合金的強度，細化合金的組織。在合金的凝固過程中，加入Cr后形成Cr的金屬間化合物θ相，在組織中呈較為規則的方塊狀主要分布在富鋁α相的晶內，少數分布在晶界，尺寸大小為3～10μm，θ相是先析出相。加入Cr能明顯細化合金的組織，提高合金的致密度。由于Cu含量低，合金發生共晶凝固的液體減少，從而減少了合金的顯微縮松。Mg的作用主要是提高合金的強度和耐蝕性能。Ti和B的作用主要是細化合金的組織，提高合金組織的致密性，加入Ti和B后，合金的組織明顯細化、粗大的樹枝晶組織消失，并且出現等軸晶。
本發明合金可采用金屬型重力鑄造或擠壓鑄造，制造減壓器閥體、螺桿、螺母零件。擠壓鑄造時，合適的壓力為50～180MPa，合金的機械性能最好，致密度高，耐壓性能好。擠壓鑄造時，機械性能為бb420～490MPa，δ8～18％，ak80～140J/cm2，HB100～125。金屬重力鑄造時，鑄件組織致密，鑄態機械性能為бb400～480MPa，δ4-8％，aK40～60J/cm2，HB95～120。
本發明合金的優點在于，合金的強度高，塑韌性好，組織致密度高，耐壓性能好，并且具有不發火花特性。與鉛黃銅材料ZCuZn40Pb2相比，原材料成本低，重量比鉛黃銅ZCuZn40Pb2輕40％左右，按體積計算，成本僅為鉛黃銅的38～40％。由于熔煉溫度為600～650℃，比鉛黃銅的熔煉溫度(約950℃)低，并且一次鑄造成形，因此能耗低，對環境無污染。
實施例1.在本發明合金成分范圍內，選擇24％Al，2.0％Cu，0.3％Cr，0.02％Ti，0.01％B，0.015％Mg，其余為Zn。金屬型重力鑄造機械性能бb480MPa，δ5％，aK50J/cm2，HB110。
實施例2.在本發明合金成分范圍內，選擇26％Al，1.9％Cu，0.4％Cr，0.02％Ti，0.01％B，0.005％Mg，其余為Zn。擠壓鑄造(壓力為90MPa)時，機械性能為，бb440MPa，δ12％.aK120J/cm2，HB120。
實施例3.用上述兩種鑄造方法制造的減壓器閥體，根據GB7899-87現定，進行結構強度，氣密性、壓力升高系數，不規則系數等主要性能試驗，均符合標準要求。對閥體的高壓室充以30MPa的壓力，低壓室乙炔閥體充入3MPa的壓力、氧氣閥體充入6MPa的壓力，持續5分鐘，閥體的高低壓室無永久變形，并且不發生滲漏現象。
實施例4.按實施例1選擇的合金化學成分，金屬型重力鑄造成減壓器用螺母，與鉛黃銅材料ZCuZn40Pb2制成的螺母，做破壞性拉力試驗，本發明鋅基合金制成的螺母拉斷力為57～60千牛，而鉛黃銅材料的螺母則為33～40千牛，鋅基合金螺母的耐磨性是鉛黃銅材料螺母的2倍。
權利要求
1.一種用于制造減壓器閥體、螺桿或輸入接頭、螺母等零件的鋅基合材料，其特征在于，合金的化學成分組成(重量百分比)為Al22～28，Cu1.0～2.0，Cr0.1～0.5，Ti0.01～0.05，B0.002～0.02，Mg0.005～0.02，余為Zn，其中允許雜量含量為Fe＜0.1，Pb＜0.004，Sn＜0.002，Cd0.003。
2.根據權利要求1所述的鋅基合金材料，其特征在于采用金屬型重力鑄造或擠壓鑄造工藝制造減壓器零件。
全文摘要
本發明提供了一種鋅基合金材料,采用金屬型重力鑄造或擠壓鑄造,用于制造減壓器閥體,螺桿或輸入接頭、螺母等零件,鋅基合金的化學成分組成(重量百分比)為:Al22～28,Cu1.0～20,Cr0.1～0.5,Ti0.01～0.05,B0.002～0.02,Mg0.005～0.02,余為Zn,其它允許雜質含量為Fe< 0.1,Pb< 0.004,Sn< 0.002,Cd< 0.003。制造成功的減壓器零件在30MPa壓力下不發生滲漏,與通用的鉛黃銅零件相比成本降低40%以上。
文檔編號C22C18/04GK1182802SQ96116059
公開日1998年5月27日 申請日期1996年11月19日 優先權日1996年11月19日
發明者田長文, 李少南, 王世建, 趙炳月 申請人:山東省科學院新材料研究所