挤压铸造ZA27锌合金蜗轮.ppt

挤压铸造ZA27锌合金蜗轮 广东华金合金材料实业有限公司 朱权利 挤压铸造是对定量浇入铸型型腔中的液态金属施加较大的机械压力，使其成形、结晶凝固而获得零件毛坯的一种工艺方法。 一、挤压铸造概述 柱塞加压凝固法 1-金属型 2-柱塞 3-液态金属 4-底板 冲头直接挤压法 1-金属型 2-冲头 3-液态金属 冲头间接挤压法 1-上型 2-下型 3-冲头 4-液态金属 5-型腔 按加压方式不同， 挤压铸造的工艺过程 1.铸型准备 2.浇注 3.合型加压 4.开型、取铸件 带倾转式压射筒挤压铸造机 1-上型 2-下型 3-连杆 4-加压缸 5-压射筒 6-定量勺 7-挤压冲头 8-制品 采用电磁泵输液固定式压射筒挤压铸造机 1-固定式压射筒 2-金属型 3-电磁泵 4-熔化炉 5-输液管 挤压铸造的特点 1.无需浇冒系统，金属液直接浇入型腔，金属的利用率较高，并且吸气少，铸件可进行热处理。 2.金属液始终在压力作用下充型、结晶凝固，补缩效果好，晶粒较细，组织致密、均匀。 3.其力学性能接近锻件，且各向性能均匀。 4.尺寸精度高，表面粗糙度低，加工余量小，成本便宜。 二、华金挤压铸造 挤压铸造设备 华金挤压铸造锌合金蜗轮 铸造ZA27蜗轮 蜗轮一般采用锡青铜，但锡资源稀少及价格昂贵，使得锡青铜主要用于非常重要的蜗杆传动中。 ZA27锌合金由于具有良好的铸造性能、力学性能、摩擦磨损性能、加工性能及低廉的成本等优势，已作为耐磨材料被广泛应用于现代工业的较多领域，并部分代替青铜、黄铜等结构材料。 但锌合金结晶温度范围宽(ZA27：381℃~487℃)[7,8]，呈糊状凝固， 而糊状凝固获得的蜗轮，一般会在其内部产生诸如缩孔、缩松等缺陷，导致蜗轮力学性能和耐点蚀等性能的降低，甚至使得电梯曳引机在使用过程中较早地发生失效，并有引发安全事故的隐患。 挤压铸造ZA27的组织性能 金相组织对比 金属型重力铸造 挤压铸造 金属型重力铸造、挤压铸造制备 (ZA27)蜗轮的显微组织分别如如上图所示，金属型重力铸造制备的蜗轮晶粒粗大，易产生缩松；而在挤压铸造工艺下，树枝晶明显破碎，呈细小的等轴晶，无明显缩松缺陷。 拉伸断口扫描照片 挤压铸造的拉伸断口 重力铸造的拉伸断口 不同铸造工艺下蜗轮材料的针孔 挤压铸造 重力铸造 金属型铸造锌合金蜗轮针孔度较多，且集中在蜗轮厚度过渡的部位，局部针孔度为4-5级，其余部分为2级。挤压铸造技术制备的锌合金蜗轮，整个表面几乎没有发现针孔的存在，可判定针孔度为1级。 针孔或缩松减小了构件的实际受力面积，而且有可能成为裂纹源，并破坏了材料的连续性，降低了铸件的强度和塑性，同时针孔还影响材料的耐点蚀性能。故针孔度等级越低，材料的机械性能和耐腐蚀性能越好。 ZA27力学性能对比 位置1 位置2 位置3 拉伸试棒取样部位 力学性能拉伸试棒 ZA27挤压铸造蜗轮力学性能 重力铸造抗拉强度250-400 MPa ，伸长率 2-6 % 挤压铸造抗拉强度 350-450 MPa ，伸长率 8-18% 挤压铸造+合金化+热处理抗拉强度450-520 MPa ， 伸长率3-10 % 挤压铸造ZA27合金高温力学性能 挤压铸造ZA27耐磨性能 磨损体积随加载力的变化曲线 磨损体积随加载力的变化曲线 挤压铸造ZA27耐点蚀性能 锌合金蜗轮的耐点蚀性能如下面图片所示的电梯曳引机中进行，载重2000kg（试验加大曳引轮直径），提升高度71m，电梯速度0.5m/s，曳引比为2:1，平衡系数为0.45，运行时间为300h，曳引机表面平衡温度为90~100℃。测试结果分别如后面图片所示。 测试用曳引机 挤压铸造重力铸造点蚀对比 金属型重力铸造100小时 挤压铸造 300小时 分析讨论 在蜗杆传动中，由于材料和结构上的原因，蜗杆的强度总是高于蜗轮轮齿的强度，所以失效常发生在蜗轮轮齿上。由于蜗杆传动中，齿面间相对滑动速度较大，故蜗轮常以疲劳磨损失效。疲劳磨损也叫接触疲劳，其表现形式主要有点蚀、剥落和剥层等，它是指当两个接触体相对滚动或滑动时，在接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度的情况下，表面层将引发裂纹，并逐步扩展，最后使裂纹以上的材料断裂剥落下来的磨损过程。 发生疲劳点蚀的实物照片 蜗轮齿面在长期应力作用下，从合金表面薄弱部位（疏松、夹渣、气孔、针孔、偏析等）萌生点蚀裂纹，而后向内倾斜扩展，最后二次裂纹折向表面，裂纹以上的材料折断脱落下来即形成点蚀。 结论 相比重力铸造，采用挤压铸造制备ZA27合金蜗轮，可减少或消除蜗轮实体的缩孔、疏松、针孔缺陷，减轻偏析，细化和改善组织形态，提高组织和性能的均匀性。因此通过挤压铸造工艺，提高了ZA27蜗轮的综合力