品牌/型號：玉環(huán)合金/ZA27

是否提供加工定制：是

樣品或現(xiàn)貨：現(xiàn)貨

是否標(biāo)準(zhǔn)件：非標(biāo)準(zhǔn)件

是否進(jìn)口：否

標(biāo)準(zhǔn)編號：GB//T1175--1998

品牌：玉環(huán)合金

型號：ZA27

材質(zhì)：高強(qiáng)度耐磨合金

適用范圍：機(jī)械用傳動件

齒數(shù)：任意

模數(shù)：1--14（mm）

壓力角：20°

鑄造鋅基耐磨合金ZA27在機(jī)械中的應(yīng)用

0、前言

延長與經(jīng)過重新改裝的機(jī)器與機(jī)械使用壽命，是提高產(chǎn)品質(zhì)量總?cè)蝿?wù)的一個重要環(huán)節(jié)，首要的問題是降低磨擦構(gòu)件的磨損與提高它的耐用性。

對應(yīng)用較廣，又節(jié)省能源，工藝簡單，成本低廉的鋅合金進(jìn)行了研究和生產(chǎn).成功地研制了鋅基耐磨合金：ZA27.ZA303。經(jīng)長期與生產(chǎn)實踐結(jié)合.優(yōu)于ZQSn10-1.ZQSn6-6-3等銅基合金在重力鑄造中的應(yīng)用。到目前為止，已得到國內(nèi)九個省近400家用戶的歡迎，現(xiàn)還在繼續(xù)擴(kuò)大推廣。該合金不僅由于它機(jī)械性能（如耐磨、硬度、熔煉配制等）優(yōu)于銅基合金，而且多種工藝性能（如鑄造、加工、粘結(jié)等）也優(yōu)于銅基合金。該合金鑄造的鑄件成品率高達(dá)98%以上，生產(chǎn)成本大幅度下降。因此可以預(yù)計，這種合金必將以二十一世紀(jì)時髦的機(jī)械工程材料服務(wù)于人類。

一、鋅基耐磨合金特點及磨損的基本形式

磨擦與磨損是材料力學(xué)中不能忽視的一個重要方面。五十年代以來，國外對磨擦磨損和潤滑的研究及實踐是非常重視的，因為這方面已經(jīng)給他們帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。如1974年日本從減少磨擦磨損中節(jié)約開支27.3億美元，美國達(dá)120～160億美元，西德達(dá)100億馬克?？梢娧芯孔鳛閼?yīng)用的耐磨材料來延長磨擦磨損的壽命具有何等重要意義。

自1980年以來，我們將鋅基耐磨合金廣泛的應(yīng)用于CW6136、CW6140、CW6163，車床和B665牛頭刨床及鉆床中的軸套、軸瓦、蝸輪、齒輪花鍵套.螺母等零件上，替代原錫青銅ZQSn6-6-3、ZQSn10-1和ZQAl9-4等銅合金牌號使用。由于以上機(jī)床工作載荷輕，磨擦磨損時受力均勻（一般很難發(fā)生異?，F(xiàn)象），使用效果良好，受到用戶歡迎。

有人認(rèn)為磨擦過程不是一些等效接觸行為堆砌，而是由一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)有規(guī)則過度的總和。因此我們必須從磨擦副的載荷談起。輕載軸瓦磨擦磨損時由于受力效輕，能形成均勻磨擦，磨損效小。而重載荷軸瓦承受的負(fù)荷繁重，所承受的壓強(qiáng)度一般都在50公斤·力/平方厘米以上，并還常受沖擊、高溫、粉塵、潤滑條件較差的惡劣條件下工作，軸瓦表面常出現(xiàn)擦傷、變形犁溝，嚴(yán)重時到硬相碎裂而引起燒壞。我們常碰到過這種情況?，F(xiàn)以某鋼廠的一臺?150兩輥式冷軋機(jī)為例。

該廠?150n/n兩輥式冷軋鋼機(jī)，按圖紙要求采用ZQSn10-1磷青銅制作軸瓦，潤滑條件為邊界潤滑。原該機(jī)正常工作時，開機(jī)不到兩小時軸與瓦配合部份明顯升溫，工作不到三小時發(fā)燒嚴(yán)重，必須停機(jī)換瓦或刮瓦，再重新工作。即使這樣開開停停，一付軸瓦最長時間只能用五個班左右，嚴(yán)重影響正常工作和生產(chǎn)效率。這顯然與工作條件和軸瓦的材質(zhì)有關(guān)。一般來講，軸瓦在磨擦磨損工作時，軟相基件被軸的表面凸峰擦傷和刮傷，而硬相暴露起作支撐的作用，如圖一所示：由于砂模散熱效慢（凝固速度低于金屬模鑄造的30倍），銅合金凝固后形成粗晶狀結(jié)構(gòu)，使其生成大塊硬相的聚集，再加上鑄造缺陷如：氣孔、夾渣縮孔、縮松等，都會直接影響瓦的磨損。在重載的情況下，大塊硬相受重壓磨擦后能導(dǎo)致影響與基體裂紋，壓碎及脫落。由于磨擦面增加了磨粒（硬相脫落），就似雪崩一樣不可阻擋，磨擦熱急劇上升，直到將軸瓦燒傷。經(jīng)市冶金局建議，采用我廠鋅基耐磨合金試試看，我們與該廠配合下，用鋅基耐磨合金加工的軸瓦裝機(jī)試車，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)五個班，無異?，F(xiàn)象發(fā)生，工作平穩(wěn)正常，后來該機(jī)軸瓦全部改用鋅基耐磨合金。

人們在分析磨擦偶件的工作時，注意力只集中在機(jī)械接觸的作用力和材料對它的抗力上。而磨損力又取決于磨擦副材料成分，可是卻忽視了亞組織的作用，更很少考慮到組織在磨擦過程的變化。直到近年來才注意到用金相方法分析鋅基合金在磨擦過程中發(fā)生的組織變化。因此ZA27中加入微量的高熔點金屬，使其在合金開始結(jié)晶時起核心作用，即在最短的時間內(nèi)析出初生晶格，使合金形成組織，由于晶粒的細(xì)化，能生成新的細(xì)小的硬化相，均勻分布在基體中，（磨擦面既無硬相壓碎且無脫落現(xiàn)象，呈似均勻磨損），使合金性能得到提高，其硬度和耐磨性的提高更為明顯。微量高熔點金屬增添在鋅合金中還可以多方面的改善其它性能，一般來講效果明顯。

二、銅、鋅合金鑄造缺陷的比較

1．銅合金：作為機(jī)械零件中的磨擦副材料，ZQSn10-1、ZQSn6-6-3、ZQAl9-4等銅合金。不論是輕載荷或重載荷的軸瓦等零件，幾乎全由鑄造成形后加工的，而銅合金鑄造缺陷常見的氣孔、針孔、渣孔、縮孔、縮松等之類的問題，這些缺陷能直接影響到所制零件的磨損，眾所周知，凡有鑄造缺陷的軸瓦，磨損現(xiàn)象都較嚴(yán)重，重載條件使用的軸瓦磨損現(xiàn)象更為劇烈。

2．鋅基合金：該合金具有低氧化性的特點，同時融化溫度低（380℃～410℃）采用金屬模澆鑄，冷卻速度快，合金致密度高，基本上無鑄造缺陷，保證了軸瓦表面的硬度和光潔度，減少了在磨擦和磨損運(yùn)動中的切向應(yīng)力，受均勻磨損，提高了它的耐用性，從而延長了使用壽命。多年的使用經(jīng)驗來看，該合金特別適合用于各類機(jī)械設(shè)備中的大小蝸輪，它與銅合金制作的蝸輪比較，一般使用壽命延長2至3倍以上。

三、鋅基耐磨合金的鑒定情況

我們用了十多年時間對鋅基耐磨合金研制做了大量的工作，其中包括（研究鋅中加入其它元素的作用）：研究各種元素在合金中形成的金相及組織結(jié)構(gòu)特征，研究各種成分合金及不同相對機(jī)械性能的影響。選出符合要求的合金成分，制成機(jī)械零件裝機(jī)試用，并測試其使用情況和各種測試工作，包括對鋅基耐磨合金材料試樣進(jìn)行抗拉、抗壓、硬度、磨擦系數(shù)、磨損量、金相結(jié)構(gòu)組織、電鏡、X射線分析、熱分析等，經(jīng)過各種機(jī)械方面上的裝機(jī)實驗和機(jī)械物理性能檢查等，效果優(yōu)良。并于一九八三年十月十五日至十七日，由安徽省機(jī)械工業(yè)廳組織鑒定后，將該合金列入省推廣的新材料。

鑒定意見如下：

(1)技術(shù)文件齊全，數(shù)據(jù)可靠。

(2)該合金成分選擇正確，試制的零件經(jīng)過五年多使用證實，該合金具有良好的機(jī)械性能。鋅基耐磨合金的抗拉強(qiáng)度為σb29～34公斤/毫米2，抗壓屈服強(qiáng)度大于42公斤/毫米2。而ZQSn6-6-3國家標(biāo)準(zhǔn)為20公斤/毫米2。較好摩擦性能（該合金與ZQSn6-6-3在相同的工作條件下實驗，ZQSn6-6-3的最大磨損量為0.0122，而鋅基耐磨合金的最大磨損量僅為0.0012），和自潤滑性能，被切削性能好和使用壽命長，是一種優(yōu)良的耐磨材料。

(3)鋅基耐磨合金熔煉溫度低，鑄造工藝簡單，能源消耗少（降低焦碳消耗60%左右）合金元素?zé)龘p少（燒損量僅8%左右），成品率高達(dá)98%以上，環(huán)境污染輕和勞動強(qiáng)度小。

(4)該合金僅用2～4%銅、25～28%鋁，其余為鋅和其它微量元素等，因此鑄件成本低廉，費用只相當(dāng)于ZQSn6-6-3錫青銅的40%左右，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

(5)希望對該合金作進(jìn)一步研究并擴(kuò)大試驗品以及制訂生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

(6)從該合金研究成份的選擇，零件的試用及取得效果來看，鋅基耐磨合金的研究成果具有國內(nèi)先進(jìn)水平，建議有關(guān)部門將該合金作為新牌號納入國家標(biāo)準(zhǔn)并迅速推廣使用。(現(xiàn)已有國標(biāo)GB/T1175一1997)

四、鑄造鋅基耐磨合金的工藝性能及其對其它合金的優(yōu)勢

1. 流動性

鋅基耐磨合金具有極好的流動性，這是其它有色合金鑄造所遠(yuǎn)不能及的，諸如起重吊車傳感機(jī)構(gòu)一類精密零件，即便使用鋼和鑄鐵的永久型鑄造（指金屬模），也能澆鑄出完美的鑄件來。采用鋅基耐磨合金可以鑄出最小壁厚為2毫米、最小孔徑為2毫米的鑄件。而鋁合金則僅能鑄出最小壁厚為4毫米、最小孔徑6.35毫米的鑄件。

2. 低氧化性

該合金具有低氧化率的特性，因此和其它合金相比，熔煉過程中不需要加入熔劑和脫氧劑。而且在重熔時無需加入熔劑。只有在重熔被大量污染的原料（回爐料，如含油切削時油污嚴(yán)重等），才酌情添加適量熔劑。這不僅避免了環(huán)境污染，同時還改善了工人的勞動條件。

3. 低熔點

該合金亦屬于低熔點合金（也可稱為節(jié)能合金），其熔點僅380～420℃，澆鑄溫度控制在470℃以下。低熔點的特性給生產(chǎn)過程中帶來很多益處。首先表現(xiàn)在能源選擇和低消耗方面，由于合金熔點低，使得有可能選擇多種燃料作為能源，如焦碳、煙煤、重油、煤氣，其次，由于合金熔點低，合金成份在熔煉過程中燒損極少，坩堝及熔具等不易燒損，鑄造設(shè)備和型砂消耗非常低。所有這些都能節(jié)約原材料，因而鑄件成本隨之降低。再由于熔點低，澆鑄溫度低，砂型中產(chǎn)生的氣體少，對型砂的水份、強(qiáng)度、透氣性要求亦無需過嚴(yán)。

4. 易切削加工

該合金具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能，及成屑性能。可使零件加工過程迅速，縮短了加工時間。這個特性鋁、銅合金都無法比擬。該合金加工后表面光潔明亮，并可進(jìn)行研磨、拋光、鍍鉻、鍍銅.油漆等超精加工和覆蓋處理。表面經(jīng)陽極鈍化處理后，有優(yōu)良的耐腐蝕能力而用于需要耐腐蝕的零件。該合金初次使用車床切削時會碰到有粘刀的現(xiàn)象，建議車速為500轉(zhuǎn)/分鐘左右、切角度數(shù)為5至7度，這一現(xiàn)象即可消除。精車時涂上一點煤油，光潔度可高達(dá)六級以上，成光亮的銀白色，非常美觀。

由于該合金具有上述良好的工藝性，所以這種合金可采用多種鑄造方式。如砂型鑄造、金屬型鑄造（鋼質(zhì)、銅質(zhì)、鑄鐵及薄鋼板成型）和石墨型鑄造、石膏模鑄造等等，并能成功地獲得理想的加工成無氣孔的優(yōu)質(zhì)鑄件，這是其它有色合金迄今所少有的現(xiàn)象。正是該合金的獨特之處，同時也是它成功的代替鑄造錫青銅等合金的主要原因之一。

五、鑄造鋅基耐磨合金的機(jī)械性能、物理性能和耐磨性能

1. 機(jī)械、物理性能如下：

(1) 熔點 ℃ 380～420℃

(2) 比重 6.13～6.21

(3) 抗拉強(qiáng)度σb3號合金29～34公斤/毫米2

6號合金33～46公斤/毫米2

(4) 延伸率 0.7～1.5%

(5) 殘壓強(qiáng)度（壓縮率26%） 大于66公斤力/毫米2

(6) 抗壓屈服強(qiáng)度 大于43公斤力/毫米2

(7) 布氏硬度（HB） 95～130

(8) 沖擊韌性 有切口大于0.4公斤米/厘米2

(9) 無潤滑磨擦系數(shù)（與45號鋼材對磨） 0.323～0.330

(10)線膨脹系數(shù) 32～150℃ 27×10¤

(11)合金在無潤滑時試驗?zāi)p0.0004

2.耐磨性能

耐磨性能可用耐磨試驗對比表說明

ZA27與ZQSn6-6-3耐磨試驗對比表

ZA27合金替代銅、鋁合金制造耐磨件使用效果極為良好。首先由于它的強(qiáng)度比鑄造青銅高，因而承載能力大大超過青銅，加之該合金與潤滑的副作力非常強(qiáng)（是青銅的4倍）。在長時間的載荷工作條件中，實際上進(jìn)行油磨，因此合金與對偶材料的磨損量非常小。如某儀表機(jī)床廠使用該合金替代銅合金制作圓磨床中軸套，轉(zhuǎn)速為2900轉(zhuǎn)/分鐘，日平均工作時間10小時。經(jīng)長達(dá)五年的工作運(yùn)轉(zhuǎn)，磨損量僅在0.01m/m左右，為該長解決了一大技術(shù)難關(guān)。又如江蘇南通某機(jī)床廠用該合金替代銅合金制作平面導(dǎo)軌磨床上的變速蝸輪，裝機(jī)兩年左右。由于變速箱體內(nèi)未加油干磨擦?xí)r間過長，引起發(fā)熱冒煙，箱件溫度近達(dá)100℃，停車檢修，蝸輪、蝸桿部位尚未發(fā)現(xiàn)變形和磨損現(xiàn)象，加油后仍能照常使用。而過去使用銅合金蝸輪時，曾因同樣情況將蝸輪燒壞。到現(xiàn)在為止，該蝸輪已經(jīng)使用了近七年時間，而過去采用ZQSn6-6-3制作的蝸輪最長使用周期僅一年左右。

六、合金的運(yùn)用領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)效益

鋅基耐磨合金與銅基、鋁基合金相比，具有三大優(yōu)點。即：優(yōu)異的工藝性能；優(yōu)良的機(jī)械性能（尤其是耐磨性能）；低廉的成本。這就決定了鑄造鋅基耐磨合金的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。從鑒定后至目前為止，全國已有九省近400余家廠礦企業(yè)單位采用了我們提供的成品合金.半成品.鑄錠。

青銅、黃銅的大部分應(yīng)用領(lǐng)域是可以探索用鋅基合金去替代，這不僅是因為性能上鋅合金可以與它比美，更主要的是產(chǎn)品成本上鋅合金占有絕對的優(yōu)勢。例如江蘇某建筑機(jī)械集團(tuán)公司采用該合金制作回轉(zhuǎn)窯承托裝置機(jī)瓦代替ZQSn10-1銅合金使用，從成本和使用壽命周期來看，價格降低近七倍。又如浙江某大型電工企業(yè)的統(tǒng)計，采用該合金代替ZQSn6-6-3銅合金制作零件投產(chǎn)六年來，節(jié)約資金二百一十四萬多元，并提高零件生產(chǎn)率6～8倍。

形狀復(fù)雜、極薄、極細(xì)小的零件，用銅、鋁合金及其它合金都難以鑄造成功，此時采用鋅基耐磨合金能獲得滿意的鑄件。雖然其它低熔點合金亦能鑄造出完整的形狀，但不具備所要求的機(jī)械性能，無法作為零件來使用。

該合金作為模具合金使用，在某些方面具有鉍錫合金所沒有的優(yōu)點。眾所周知，鉍基合金的充填能力非常之好，鑄造出的模具完整無缺，但其熔點和硬度太低，則是難以彌補(bǔ)的缺陷，價格昂貴也是一大不足。而鋅基合金卻正好克服了它的這些不足。因為鋅合金也具有很好的流動性，充填能力也十分理想，這就是現(xiàn)在不少模具工廠轉(zhuǎn)向大量采用鋅基合金的原因之所在。

七、合金的線膨脹系數(shù)和自動補(bǔ)償

1.該合金在性能測試中，它的熱膨脹系數(shù)為：27×10¤，大于ZQSn6-6-3錫青銅（16×10¤），是錫青銅的1.5倍。因此零件在加工過程中，應(yīng)該注意圖紙上所要求的加工精度，取上項正偏差尺寸的1.5倍為佳。例如?80±0.02時，應(yīng)考慮為?80+0.03，預(yù)留一定的間隙作為膨脹間隙。由于間隙的增大對精度有一定影響時，開始利用該合金的護(hù)油作用，形成了含油間隙，同樣保持了精度，從而形成油磨，使耐磨度更加提高。該合金在壓力磨擦?xí)r隨著負(fù)荷加重，磨擦發(fā)熱時，卻產(chǎn)生線膨脹系數(shù)增大，間隙逐步減少時又保持正常的精度。同時應(yīng)該注意的是，在制作高、低轉(zhuǎn)速軸套和軸瓦時，除上限差應(yīng)增大1.5倍外，還需要在軸瓦軸套的內(nèi)徑端面倒圓角；更要留一定的膨脹系數(shù)空間位置（以免在磨擦?xí)r體積膨脹而導(dǎo)致與軸瓦卡死和將端蓋磨壞等），使連續(xù)工作時耐磨度及機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)一直處在正常狀態(tài)。

2.該合金具有獨特自動補(bǔ)償性能，它一但與軸和其它對偶產(chǎn)生強(qiáng)力磨擦，磨損嚴(yán)重時，在受磨損的部位處能自動補(bǔ)上來。我們在安徽省內(nèi)某機(jī)床廠的產(chǎn)品，液壓刨床零件配油盤裝機(jī)試驗時，發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。由于自動補(bǔ)償?shù)奶匦?，使配油盤的使用壽命提高了二至四倍。自動補(bǔ)償?shù)膩碓粗饕€是由于線膨脹系數(shù)的增大而構(gòu)成，因此膨脹系數(shù)與自動補(bǔ)償息息相關(guān)。只要我們能充分利用合金的特點，就使它能發(fā)揮更多的優(yōu)勢，為我們服務(wù)。

八、鋅基耐磨合金使用時應(yīng)注意的事項

1.使用低熔點鋅基耐磨合金，工作溫度不應(yīng)高于120℃（低于120℃時效穩(wěn)定）。長期工作溫度在70～120℃時應(yīng)注意考慮冷卻措施，否則機(jī)械性能會有所下降、出現(xiàn)變形。

2.如采用該合金制作軸瓦、軸套、螺母等零件，配合件的主軸、軸、螺桿等表面光潔度應(yīng)高于該合金。特別是螺桿絲口邊沿不能有銳利的刀口漬，否則會很快地將合金表面硬相一塊塊切下來或刮下來，成為硬相渣，增加磨擦阻力而燒壞螺母。

3.鋅基合金制作的磨擦副，必須有良好的潤滑條件（潤滑油應(yīng)無渣物，要清潔）。

4.鋅基耐磨合金熱膨脹系數(shù)（27×10¤）大于銅合金，成批加工時，先粗車后卸下來，待零件冷卻后再精車。否則精車后的工件尺寸不穩(wěn)定，從而引起成批報廢。

九、結(jié)論

1.鑄造鋅基耐磨合金，具有高強(qiáng)度，高耐磨的性能。鑄造工藝簡單，適用于各種鑄造工藝方法，滿足生產(chǎn)和使用的要求，是一種優(yōu)良的、有前途的機(jī)械工程材料。在制作結(jié)構(gòu)件、受力件、耐磨件和低熔點合金模具等方面有巨大的潛力。

2.該合金由于鑄造性能優(yōu)良，可消除銅合金在鑄造時造成的各類缺陷，能順利鑄制出銅合金無法解決各類復(fù)雜零件。

3.該合金澆鑄溫度低，金屬模鑄造壽命可達(dá)幾萬次以上，免去了型砂消耗，生產(chǎn)周期短，同時設(shè)備簡單，操作方便、安全，改善了勞動條件，上馬容易，見效快。

4.該合金機(jī)械性能優(yōu)良，能擴(kuò)大使用范圍。我們除去用于代替ZQSn10-1、ZQSn6-6-3、 ZQAl9-4合金外，還用于替代鋼件、高強(qiáng)度鋁合金等已取得效好成績。

5.由生產(chǎn)實踐表明，用該合金替代銅合金后，獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益，提高生產(chǎn)4～8倍，質(zhì)量穩(wěn)定，降低成本50～70%。

6.環(huán)境污染輕，不需要增加防污染的專業(yè)設(shè)備。

蕪湖市玉環(huán)合金材料有限公司

電工機(jī)械用鐵芯蝸輪,該產(chǎn)品是用QT500輪芯,外部用高強(qiáng)度鋅基耐磨合金澆鑄而成.具有很高的耐磨性,替代了原銅蝸輪,且使用壽命提高二倍,為廠家節(jié)約了成本,提高了產(chǎn)品的市場競爭力.