專利名稱：一種模具用鋅合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于模具制造領域，尤其涉及一種模具用鋅合金。
背景技術：
隨著科學技術的發(fā)展，模具應用的范圍越來越廣泛，對于制造多品種、小批量或頻繁更新改型的產品模具如注塑模、吹塑模、壓塑模等模具而言，要求具有制造周期短、制作難度小且成本低的特點，而現有技術中通常采用的鋼模模具制造成本高、周期長，鋅基合金材料的成本相對較低，因此在制造此類模具領域得到廣泛應用。但單純的金屬鋅不能滿足如塑性、硬度、強度等方面的要求，因此通常加入合金元素以改善其物理機械性能。例如，鄒勇志、曾建民等在《高鋁鋅基合金模具材料性能研究》中指出Zn-Al-Cu-Mg(Al 30. 0-50. 0%， Cu I. 0-2. 5%,Mg O. 05%,余量為Zn)合金中添加微量Mn (O. 15% O. 3%)，塑性和強度得到部分提高，并具有一定的高溫性能。張翔、李子全在《RE、Mg及Ti對Zn-4. 5%A1合金耐蝕性的影響》中只研究了稀土和鈦的含量變化對低鋁(4. 5%)合金耐腐蝕性能的影響。但上述研究主要針對添加合金元素以改善某一方面的性能，且只是研究了在高鋁或低鋁范圍內添加微量元素對合金性能的影響，均沒有從根本上解決模具鋅合金材料的本質缺陷問題，作為模具用鋅合金仍存在如下問題
1、力學性能仍未達到模具制造要求，強度比鋼模低得多，且合金的硬度和耐磨性較差， 布氏硬度一般小于110，在較大的沖裁力或型腔注射壓力和鎖模力作用下容易損壞，模具的使用壽命短，只能達到上千件的生產數量；
2、凝固收縮率大，鋅合金模具材料的凝固收縮率高達O.8% -I. 4%，而且收縮率變化不穩(wěn)定，模具精度難以保證；
3、鋅合金軟化溫度低，尺寸不穩(wěn)定。鋅合金熔點低，在200°C以上工作時，強度、硬度降低，在大的沖裁力或高的注射壓力作用下，模具型腔容易產生熱變形，影響制件的精度，而且磨損量加大。由于模具用的鋅合金仍然存在許多的局限性，限制了它的推廣應用，還需進一步改進。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決了現有技術中存在的模具用鋅合金存在硬度和耐磨性較差、布氏硬度小于110、合金的尺寸不穩(wěn)定導致制模精度低的技術問題。本發(fā)明提供了一種模具用鋅合金，所述模具用鋅合金的組分及其質量百分比為 鋁 5% 22%、鎂 O. 01% O. 03%、銅 1% 10%、稀土 O. 05% O. 5%、硼 O. 01% O. 05%、鋯 O. 05% O. 1%、鉍O. 03% O. 1%，余量為鋅。作為對本發(fā)明的進一步改進,所述稀土的質量百分比為0. 1% O. 4%。作為對本發(fā)明的進一步改進，所述的硼質量百分比為0. 02% O. 03%。作為對本發(fā)明的進一步改進，所述的鋯質量百分比為0. 075% O. 1%。
作為對本發(fā)明的進一步改進，所述的鉍質量百分比為0. 05% O. 1%。作為對本發(fā)明的進一步改進，所述稀土選自鑭、鈰和釤中的一種或兩種。本發(fā)明提供的模具用鋅合金中，通過添加微量元素稀土、硼、鋯和鉍，可以顯著提高鋅合金的塑性以及綜合機械性能，減少成分偏析和“底縮”現象。其中，稀土(Re)可以細化晶粒，提高機械性能；稀土元素主要以化合物形式存在， 它們分別與Al、Cu、Mg形成穩(wěn)定性極高的化合物，例如AlRe4、Al4CuRe、Mg9Re。這類由稀土元素形成的化合物熔點較高，在液態(tài)合金中首先析出，作為活性質點，成為合金的非自發(fā)晶核，增加了晶粒數，抑制晶粒的長大、細化晶粒，這就使合金在結晶過程中，過飽和程度顯著降低；在時效過程中，它們同樣阻礙原子擴散，阻止新相析出，防止老化。外來晶核的增多同時也抑制著結晶過程中低密度富鋁相的上浮所造成的成分偏析和“底縮”的發(fā)生。因此，本發(fā)明提供的模具中鋅合金中，通過采用O. 05wt% O. 5wt%的稀土，可以提高合金的強度和硬度，降低合金的伸縮率，有效地解決成分偏析和“底縮”現象。所述模具用鋅合金中，鋯和鋁形成ZrAl3化合物，可阻礙再結晶過程，細化再結晶晶粒，并且鋯能細化鑄造組織，使合金具有更高的輕度、硬度和抗蠕變能力。鉍在合金凝固過程中起到膨脹作用，對補縮有利，可以有效解決合金“底縮”問題，提高制模精度。硼作為所述模具用鋅合金的晶粒細化劑，在合金中形成高熔點AlB2金屬化合物，成為有效的形核基底，促進晶粒細化，同時可以提高再結晶溫度，增加耐腐蝕性。因此，本發(fā)明提供的模具中鋅合金，不但能使硬度和耐磨性得到進一步提高，并明顯地降低了成分偏析和“底縮”現象，在保證抗拉強度基本不變的前提下，鋅合金的尺寸穩(wěn)定性和制模精度得到明顯的提高。
具體實施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實施例I
一種模具用鋅合金SI，所述鋅合金SI的組份及其質量百分比為鋁(Al)5%，鎂 (Mg) O. 01%、銅(Cu)l%、稀土鑭(La) O. 05% Jf (B) O. 01%、錯(Zr) O. 05%、秘(Bi) O. 03%，余量為鋅(Zn)。實施例2
一種模具用鋅合金S2，所述鋅合金S2的組份及其質量百分比為鋁(Al)5%，鎂 (Mg) O. 01%、銅(Cu) 1%、稀土鈰(Ce) O. 05%、硼(B)O. 015%、鋯(Zr) O. 05%、鉍(Bi)O. 03%，余量為鋅(Zn)。實施例3
一種模具用鋅合金S3，所述鋅合金S3的組份及其質量百分比為鋁(Al)5%，鎂 (Mg) O. 01%、銅(Cu) 1%、稀土鑭和鈰(La+Ce) O. 075%、硼(B)O. 015%、鋯(Zr) O. 05%、鉍 (Bi)O. 03%，余量為鋅(Zn)。實施例4
一種模具用鋅合金S4，所述鋅合金S4的組份及其質量百分比為鋁(Al)5%，鎂(Mg) O. 01%、銅(Cu) 2%,稀土鑭和釤(La+Sm) O. 075%、硼(B)O. 015%、鋯(Zr) O. 05%、鉍 (Bi)O. 03%，余量為鋅(Zn)。實施例5
一種模具用鋅合金S5，所述鋅合金S5的組份及其質量百分比為鋁(Al)5%，鎂 (Mg) O. 02%、銅(Cu)l%、稀土釤(Sm) O. 05%、硼(B) O. 05%、錯(Zr) O. 075%、鉍(Bi) O. 03%，余量為鋅(Zn)。實施例6
一種模具用鋅合金S6，所述鋅合金S6的組份及其質量百分比為鋁(Al) 10%， 鎂(Mg) O. 015%、銅(Cu) 5%、稀土鑭和鈰(La+Ce) O. 3%、硼(B) O. 015%、鋯(Zr) O. 075%、鉍 (Bi)O. 03%，余量為鋅(Zn)。實施例7
一種模具用鋅合金S7，所述鋅合金S7的組份及其質量百分比為鋁(Al) 15%， 鎂(Mg) O. 02%、銅(Cu) 8%,稀土鑭和釤(La+Sm) O. 35%、硼(B)O. 04%、鋯(Zr) O. 08%、鉍 (Bi)O. 06%，余量為鋅(Zn)。實施例8
一種模具用鋅合金S8，所述鋅合金S8的組份及其質量百分比為鋁(Al) 18%， 鎂(Mg) O. 02%、銅(Cu) 5%、稀土鑭和鈰(La+Ce) O. 35%、硼(B) O. 03%、鋯(Zr) O. 06%、鉍 (Bi)O. 04%，余量為鋅(Zn)。實施例9
一種模具用鋅合金S9，所述鋅合金S9的組份及其質量百分比為鋁(Al)20%，鎂 (Mg) O. 01%、銅(Cu) 8%、稀土鑭和鈰(La+Ce) O. 4%、硼(B)O. 04%、鋯(Zr) O. 08%、鉍(Bi)O. 04%, 余量為鋅(Zn)。實施例10
一種模具用鋅合金S10，所述鋅合金SlO的組份及其質量百分比為鋁(Al) 20%， 鎂(Mg) O. 03%、銅(Cu) 10%、稀土鈰和釤(Ce+Sm) O. 4%、硼(B)O. 05%、鋯(Zr) O. 1%、鉍 (Bi)O. 04%，余量為鋅(Zn)。實施例11
一種模具用鋅合金S11，所述鋅合金Sll的組份及其質量百分比為鋁(Al)9%， 鎂(Mg) O. 015%、銅(Cu) 4%,稀土鑭和釤(La+Sm) O. 1%、硼(B)O. 02%、鋯(Zr) O. 1%、鉍 (Bi)O. 08%，余量為鋅(Zn)。對比例I
一種模具用鋅合金DS1，所述鋅合金DSl的組份及其質量百分比為鋁(Al)9%，鎂 (Mg) O. 015%、銅(Cu)4%、稀土鑭(La) O. 1%、硼(B)O. 02%、鈦(Ti)O. 1%、錳(Mn) O. 1%，余量為鋅 (Zn) ο對比例2
一種模具用鋅合金DS2，所述鋅合金DS2的組份及其質量百分比為鋁(Al) 12%，鎂 (Mg) O. 02%、銅(Cu)3%、稀土鑭(La) O. 2%、硼(B) O. 03%、鈦(Ti)O. 2%、錳(Mn) O. 2%，余量為鋅 (Zn) ο性能測試對鋅合金樣品Sl-Sll和DS1-DS2進行如下性能測試，測試結果如表I所示。
表 I
權利要求
1.一種模具用鋅合金，其特征在于，所述模具用鋅合金的組分及其質量百分比為鋁 5% 22%、鎂 O. 01% O. 03%、銅 1% 10%、稀土 O. 05% O. 5%、硼 O. 01% O. 05%、鋯 O. 05% O. 1%、鉍O. 03% O. 1%，余量為鋅。
2.根據權利要求I所述的模具用鋅合金，其特征在于，所述稀土的質量百分比為O.1% O. 4%。
3.根據權利要求I或2所述的模具用鋅合金，其特征在于，所述硼的質量百分比為O.02% O. 03%。
4.根據權利要求I或2所述的模具用鋅合金，其特征在于，所述鋯的質量百分比為O.075% O. 1%。
5.根據權利要求I或2所述的模具用鋅合金，其特征在于，所述鉍的質量百分比為O.05% O. 1%。
6.根據權利要求3所述的模具用鋅合金，其特征在于，所述鋯的質量百分比為O.075% O. 1%。
7.根據權利要求3所述的模具用鋅合金，其特征在于，所述鉍的質量百分比為O.05% O. 1%。
8.根據權利要求4所述的模具用鋅合金，其特征在于，所述鉍的質量百分比為O. 05% O. 1%。
9.根據權利要求I 的一種或兩種?；?所述的模具用鋅合金，其特征在于，所述稀土選自鑭、鈰和釤中
全文摘要
本發(fā)明提供了一種模具用鋅合金，所述模具用鋅合金的組分及其質量百分比為鋁5%～22%、鎂0.01%～0.03%、銅1%～10%、稀土0.05%～0.5%、硼0.01%～0.05%、鋯0.05%～0.1%、鉍0.03%～0.1%，余量為鋅。本發(fā)明提供的模具用鋅合金，不但能使硬度和耐磨性得到進一步提高，并明顯地降低了成分偏析和“底縮”現象，在保證抗拉強度基本不變的前提下，鋅合金的尺寸穩(wěn)定性和制模精度都得到明顯的提高。
文檔編號C22C18/04GK102586650SQ20121005243
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權日2012年3月2日
發(fā)明者匡立春, 張偉, 張德晶, 朱北平, 李正明, 林文軍, 竇傳龍, 陳順 申請人:株洲冶煉集團股份有限公司