[其他]非发火性铸造铝合金

说明书

本发明系一种新颖的非发火性铸造铝合金，其铸件制品，特别适用于制造煤矿井下、化工、船舶等领域含有高沼气及其它易燃易爆的混合气体环境中运转的机械。

目前国内煤矿井下采掘机械几乎都是用一般铸造铝合金或钢材制造的，这些机械有时在含有沼气环境中运转。如抽出式局部通风机，在抽排工作面含有高沼气的浊风时，势必带入煤、岩石、金属碎片等颗粒杂质，这些颗粒杂质与叶轮或机壳碰撞摩擦将产生火花，具有引起瓦斯爆炸的危险。

在本发明以前，国内常用的铸造铝合金有铝硅合金ZL101～ZL111、铝铜合金ZL201～ZL203、铝镁合金ZL301～ZL302、铝锌合金ZL401～ZL402（见《机械工程手册》第3卷），经对前述铸造铝合金，及对部分国外铸造铝合金，如美国的AlufontH、Alcoa145等锌铝合金，在撞击试验时均有火花发生，火花温度为700～800℃，火花持续时间为数秒钟，此现象足以引起可燃气体的着火爆炸（如瓦斯爆炸感应期火源温度的下限为650℃）。国内对铝合金的防爆要求只规定了其中镁元素的含量不得超过0.3%（重量），经试验发现，只是控制镁含量在0.3%以下，并不能完全在撞击下避免火花的发生。

本发明的目的是提供一种非发火性铸造铝合金，本合金的铸件制品具有同物体撞击或摩擦时不产生火花的特性，同时具有机械性能好、铸造性能好、耐腐蚀及成本低的特点，保证在含有易燃易爆的混合气体中使用时的安全。

本发明是以铝为基的，含有锌、铜、铬、钛、硼、铍、锶以及严格控制杂质元素硅、镁含量的非发火性铸造铝合金，其具体成分范围如下：3.0～4.5%（重量）锌、1.0～2.0%（重量）铜、0.1～0.3（重量）铬、0.1～0.2%（重量）钛、0.02～0.04%（重量）硼、0.01～0.05%（重量）铍、0.02～0.08%（重量）锶，余为铝，杂质元素硅、镁合量小于0.3%（重量）。合金元素的主要作用如下：

1、锌：本发明合金的基本元素。锌在α-固溶体中具有很高的溶解度，在铸态即可得到锌在铝中的过饱和固溶体，这就是该合金在撞击时不产生火花的重要因素。铝锌合金在铸态经自然时效可获得较高的机械性能，但是锌含量的增加，合金的热烈倾向增大，抗蚀性能降低，因此适宜的含锌量为3.0～4.5%（重量）。

2、铜：铜在铝中析出强化相（CuAl₂），使本合金强化，提高了合金的机械性能，同时还使合金的流动性、热烈倾向、气密性等铸造性能得到改善。但过高的铜含量会使合金的耐腐蚀性降低，适宜的铜含量为1.0～2.0%（重量）。

3、铬：铬的作用是提高合金的机械性能，同时改善合金的抗腐蚀性能。但过高的铬含量将导致合金的塑性降低。合适的铬含量为0.1～0.3（重量）。

4、钛：铝合金中加入微量的钛，与铝形成Al₃Ti，当凝固时作为外来晶核使组织细化，从而使合金机械性能得到改善。钛的加入量以0.1～0.2%（重量）为宜。

5、硼：钛对合金的细化效果，只有硼存在时才能充分显示出来。当钛含量为0.1～0.2%（重量）时，硼的最适宜量为0.02～0.04%（重量），该浓度比细化效果最佳。

6、铍：铍是制备高强度合金的重要微量元素，它不但可以细化铝基体，同时使合金的塑性和韧性增加，疲劳强度进一步改善，因而避免在撞击和振动时断裂，铍还具有抑制氧化作用，提高合金的耐腐蚀性能。铍的适宜加入量为0.01～0.05%（重量）。

7、锶：锶的作用与铍相似，可以抑制合金的晶间腐蚀，提高合金的抗腐蚀能力。适宜的锶含量为0.02～0.08%（重量）。

8、本合金中杂质元素硅、镁的合量不超过0.3%（重量），否则将恶化本合金的非发火性能。

按照本发明制造的非发火性铸造铝合金，由于有多种微量强化元素存在，保证了该合金具有优良的机械性能和抗腐蚀性能，可以在恶劣的环境中使用。

实施例

本发明的合金配制熔炼是在电阻炉石墨坩埚中进行，熔炼温度700～760℃，除气精炼剂为氮气，精炼除气时间为10～15分钟，精炼温度730～740℃，浇注温度720℃，铸件自然时效即可获得优良的机械性能。表1给出本发明9个实施例的化学元素配料比，又给出每个实施例试样的铸造性能、机械性能及发火性试验结果。