Влияние титана на триботехнические характеристики сплавов системы Zn-Al

1. Владимирский государственный университет Кафедра «Технологии функциональных и конструкционных материалов»

Влияние титана на триботехнические
характеристики сплавов системы Zn-Al
Студент гр.МЛМц-114: Мохов И.Е.
Научный руководитель: Кечин В.А.
д.т.н., проф., заслуженный деятель науки и техники РФ
Владимир - 2016

2. Цинковые сплавы

Zn
Al
Cu
Mg
Fe
Pb
Cd
Sn
Si
Россия (ГОСТ 21438-95, 25140-93)
ЦАМ 10-5
осн.
9-12
4.5-5.5
0.030.06
0.15
0.03
0.02
0.01
0.1
ЦАМ 9-1,5
осн.
9-11
1-2
0.030.06
0.15
0.03
0.02
0.01
0.1
ЦАМ 30-5
осн.
28.532.1
3.8-5.6
0.030.06
0.01-0.5
0.02
0.016
0.01
0.075
США (ASTM B669)
ZA12
осн. 10.8-11.5 0.5-1.2
0.020.03
0.065
0.005
0.006
0.002
-
ZA27
осн.
0.0120.02
0.072
0.005
0.006
0.002
-
25.5-28
2.0-2.5
Китай (GB/T 1175)
ZZnAl11Cu1Mg
осн.
10.511.5
0.5-1.2
0.0150.03
0.075
0.006
0.006
0.003
-
ZZnAl11Cu5Mg
осн.
10-12
4.0-5.5
0.030.06
0.2
0.03
0.02
0.01
-
ZZnAl27Cu2Mg
осн.
25-28
2.0-2.5
0.010.02
0.075
0.006
0.006
0.003
-

3.

Механические свойства цинковых
сплавов
Механические свойства, не менее
Марка
Способ
сплавов
литья
Временное
сопротивление,
МПа (кгс/мм2)
Относительное
ZnA14A
K
196 (20)
1,2
70
ЦА4 о, ЦА4
Д
256 (26)
1,8
70
К
215 (22)
1,0
80
Д
270 (28)
1,7
80
ZnA14Cu3A
П
215 (22)
1,0
85
ЦА4М3 о
К
235 (24)
1,0
90
ЦА4М3
Д
290 (30)
1,5
90
К
235 (24)
1,5
70
Д
270 (28)
1,5
90
К
435 (44)
8,0
115
Д
370 (38)
1,0
115
ZnA14Cu1A,
ЦА4М1 о,
ЦА4М1
ЦА8М
ЦА30М5
Твердость, НВ
удлинение, %

4. Область применения цинковых сплавов

Марка сплава
Характерные свойства
Область применения
ZnA14A
Хорошая жидкотекучесть, повышенная
В автомобильной, тракторной, электротехнической и
коррозионная стойкость, стабильность размеров
других отраслях промышленности для отливки деталей
приборов, требующих стабильности размеров.
ZnA14Cu1A
Хорошая жидкотекучесть, повышенная
В автомобильной, тракторной, электротехнической
коррозионная стойкость
и других отраслях промышленности для отливки
корпусных, арматурных, декоративных деталей.
ЦА4М1
Как для марки ЦА4М1 о, но с меньшей
В автомобильной, тракторной, электротехнической
устойчивостью размеров
и других отраслях промышленности для отливки
корпусных, арматурных, декоративных деталей, не
требующих повышенной точности
Хорошая жидкотекучесть, высокая прочность,
ZnAl4Cu3A
хорошая коррозионная стойкость, изменяемость промышленности для изготовления деталей,
размеров до 0,5 %
ЦА4М3
требующих повышенной точности
Как для марки ЦА4М3 о, но с пониженной
коррозионной стойкостью
Предназначены для замены стандартного
ЦА30М5
В автомобильной и других отраслях
антифрикционного сплава ЦАМ10-5,
значительно превосходят его по механическим
Вкладыши подшипников, втулки балансированной
подвески, червячные шестерни, сепараторы
подшипников качения
свойствам и износостойкости
ЦА8М1
Как для марки ЦА4М1, но с более высокими
В автомобильной, тракторной, электротехнической
прочностными свойствами
и других отраслях промышленности

5.

Антифрикционные цинковые сплавы
(по ГОСТ 21437-95)
Условия работы изделий
Марка сплава
Примерное назначение сплава
Удельное
Скорость
давление,
скольжения,
МПа
м/с
(кгс/мм2)
Температура, °С
Не более
ЦАМ 9-1,5Л
ЦАМ 9-1,5
ЦАМ 10-5Л
ЦАМ 10-5
Для
отливки
монометаллических
вкладышей, втулок, ползунов и т.д.
Для
получения
биметаллических
изделий с металлическим каркасом
для литья
Для
получения
биметаллической
ленты из стали и дюралюминия
методом прокатки с последующей
штамповкой вкладышей
Для отливки подшипников и втулок
различных агрегатов
Для получения прокатных полос для
направляющих
скольжения
металлорежущих станков и других
изделий
9,8
(100)
8
80
19,6
(200)
10
100
24,5
(250)
15
100
9,8
(100)
8
80
19,6
(200)
8
80

6. Основные направления повышения триботехнических свойств цинковых сплавов

Поиск новых систем
легирования
Zn - Al - Sb
Zn - Al - Si
Zn - Al - Mn
Zn - Al - Ni
Zn - Cu - P
Zn - Al - Cu - Sn
Термическая
обработка
Измельчение
структуры
Интенсификация теплоотвода
при кристаллизации
Ввод модифицирующих
добавок (титан, таллий до 0,1%)
Реализация принципа
армированной гетерофазной
структуры (использование
в качестве основы
композиционных сплавов)
Zn - SiC
Zn - Al2O3
Zn - Ti - SiC
6
Zn - C
Zn - TiB2
Zn - TiC
* Prusov E.S., Korobkov M.B., Kechin V.A. // Machines, Technologies, Materials. 2014. No.2. pp. 9-11

7. Прочностные характеристики различных групп цветных сплавов

8. Технологическая схема получения цинковых композиционных сплавов

Приготовление
композиционной
лигатуры
• Подготовка расплава
• Механическая
активация порошковых
компонентов шихты
• Брикетирование
порошковой смеси
• Ввод брикетов в
алюминиевый расплав
• Выдержка для
завершения реакций
взаимодействия
• Перемешивание и
разливка
Расплавление и
рафинирование матрицы
Расплавление и
рафинирование матрицы
Выдержка до полного
растворения лигатуры,
перемешивание и
разливка

9. ZA27 (а) ); ×50 ZA27 + 3,5% Ti (б); ×50

Структура цинковых композиционных
сплавов в сравнении с матричным
сплавом
а
ZA27 (а) ); ×50
ZA27 + 3,5% Ti (б); ×50
б

10. Структура композиционного сплава Zn + 10% Al + 5% Cu + 1,5% Ti

×50
×100

11.

Фазовый состав цинковых
композиционных сплавов

12. Пространственное распределение армирующей фазы в цинковых композиционных сплавах

13. Влияние титана на твердость литых заготовок из сплава ZA27

14. Методика проведения триботехнических испытаний

Tribometer (CSM Instruments):
- схема «шарик (ШХ15) – диск
(образец)»;
- линейная скорость = 40 см/с;
- длина пути трения 500 м;
- нагрузка P = 5 Н; радиус R = 7 мм;
- испытания в условиях сухого трения.
ASTM G99-959 / DIN 50324

15. Триботехнические характеристики цинковых композиционных сплавов на основе ZA27

Материал
Коэффициент
сухого трения
Потеря массы образца
при испытании, г
ЦАМ 10-5
0,429 0,037
1,2·10-3
ZA27
0,417 0,021
5,5·10-3
ZA27 + 3,5% Ti
0,375 0,028
0,7·10-3

16. Общие выводы

Показаны основные свойства стандартных цинковых
сплавов, предназначенных для отливок широкого
машиностроительного профиля. Представлена область
применения.
Показаны
свойства и характеристики сплавов
антифрикицонного назначения в зависимости от
хим.состава известных стандартных сплавов.
Представлена методика приготовления композиционных
сплавов системы цинк-алюминий-титан.
Приведена структура и основные свойства сплавов
Цинк-Алюминий-Титан в зависимости от содержания
титана. Экспериментально установлено, что добавление
в состав сплава ZA27 титана в количестве 3,5 масс.%
позволяет уменьшить коэффициент трения на 10-12% и
снизить потерю массы образца на 85-90%.

17.

Спасибо за внимание!