CN102935447B - 铝锡40铜-钢金属轴承材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开铝锡40铜-钢金属轴承材料及其制造方法。该制造方法包括如下步骤：(1)将铝锡40铜合金铸锭双面打毛后与纯铝层进行双面复合轧制，然后逐道次冷轧至目标厚度；其中，所述的铝锡40铜合金铸锭经水平连铸获得，所述的双面复合轧制加工率≥50％，所述的逐道次冷轧每道次加工率为20％-35％；(2)将双面打毛后的钢板再与刷光后的步骤(1)的铝锡40铜合金再进行一次性复合轧制，再经280℃±10℃/8h-10h退火即可。该材料的抗咬合性、顺应性和高温特性良好，适用于中、低速船用柴油机轴瓦。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝锡40铜-钢金属轴承材料及其制造方法。
背景技术
铝锡40铜-钢金属轴承材料特别适用于船用中、低速柴油机的主轴瓦和连杆轴瓦，可改善柴油机的性能，提高其使用寿命。国内无一家生产，所需材料均需进口。并且，现有技术中铝锡40铜合金在常规铁模铸造时，锡的偏析与20高锡合金相比较大，且易产生气孔，后续的轧制及退火工艺很难消除，会影响材料的机械性能，并且铝锡40铜合金与纯铝层之间由于粘结不牢常出现气泡，导致合金成材率降低，生产成本提高。另外，铝锡40铜与钢复合后退火温度较高，也难以获得理想的金相组织。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术中铝锡40铜合金在常规铁模铸造时，锡的偏析与20高锡合金相比较大，且易产生气孔，后续的轧制及退火工艺很难消除，会影响材料的机械性能，并且铝锡40铜合金与纯铝层之间由于粘结不牢常出现气泡，导致合金成材率降低，铝锡40铜与钢复合后退火温度高难以获得理想的金相组织的缺陷，提供了一种铝锡40铜-钢金属轴承材料及其制造方法，该材料的抗咬合性、顺应性和高温特性良好，适用于中、低速船用柴油机轴瓦。
本发明的铝锡40铜-钢金属轴承材料制造方法包括如下步骤：
(1)将铝锡40铜合金铸锭双面打毛后与纯铝皮进行双面复合轧制，然后逐道次冷轧至目标厚度；其中，所述的铝锡40铜合金铸锭经水平连铸获得，所述的双面复合轧制加工率≥50％，所述的逐道次冷轧每道次加工率为20％-35％；
(2)将双面打毛后的钢板再与刷光后的步骤(1)的铝锡40铜合金再进行一次性复合轧制，再经280℃±10℃恒温8h-10h退火即可。
本发明中，所述的铝锡40铜合金铸锭为本领域常规所用，具体成分为35％-45％Sn，0.4％-1.2％Cu，Fe＜0.7％，Si＜0.3％，Mn＜0.7％，Al为余量，百分比为各成分占合金总量的质量百分比。
本发明中，所述的纯铝皮为本领域常规所用，一般为纯铝皮中铝含量≥99.6wt％，一般经400℃±10℃恒温5h-6h退火，硬度20HB±2HB，市售可得。
本发明中，所述的钢板为本领域常规所用，一般为热连轧低碳钢，较佳的为SPHC低碳钢、SPHD低碳钢或StWW22低碳钢，市售可得，如宝钢等。所述的钢板使用前一般按本领域常规除油除锈。
下面进一步对本发明铝锡40铜-钢金属轴承材料制造方法各步骤详述：
(1)将铝锡40铜合金铸锭双面打毛后与纯铝皮进行双面复合轧制，然后逐道次冷轧至目标厚度；其中，所述的铝锡40铜合金铸锭经水平连铸获得，所述的双面复合轧制加工率≥50％，所述的逐道次冷轧每道次加工率为20％-35％。
本发明中，所述的水平连铸为本领域常规操作，较佳的，具体操作步骤为：将铝锡40铜合金铸锭原料熔炼，之后转倒保温炉，之后将熔炼得到的熔体由保温炉导入石墨结晶器进行连铸，石墨结晶器规格较佳的为16×330×350mm3，结晶器冷却水流量较佳的为400ml/min-600ml/min，连铸温度较佳的为690℃-720℃，较佳的采用拉4秒-停1秒-拉4秒的方式，拉速3.0mm/S-4.0mm/S。
本发明中，所述的铝锡40铜合金铸锭一般按本领域常规校平后使用。
本发明中，所述的铝锡40铜合金铸锭双面打毛为本领域常规操作，一般用36#砂带双面打毛，以去除表面氧化夹杂、冷隔、裂纹等铸造缺陷，每面去除1.0mm，公差为0～0.5mm。较佳的，铝锡40铜合金铸锭厚度从16mm变为14mm，公差为0～0.5mm。
本发明中，所述的加工率是指(复合前原始厚度－复合后成品厚度)/复合前原始厚度。
本发明中，所述的双面复合轧制为本领域常规操作，按双面复合轧制加工率≥50％进行操作，一般可为从16.4mm轧至8.1mm，公差为0～0.2mm。
本发明中，所述的纯铝皮一般刷光后使用。所述的刷光为本领域常规操作，一般采用钢丝直径为0.2mm的钢丝刷进行刷光，使合金板表面均匀呈银白色，洁净，无明显打滑亮迹。所述的纯铝皮的厚度较佳的为1.1mm±0.1mm。
本发明中，所述的逐道次冷轧为本领域常规操作，一般轧制时以不开裂为标准，逐道次递减。所述的目标厚度一般指合金与钢板复合时合金的厚度，该合金层厚度大小与材料成品所需的合金层厚度、钢板的加工率有关。
(2)将双面打毛后的钢板再与刷光后的步骤(1)的铝锡40铜合金再进行一次性复合轧制，再经280℃±10℃恒温8h-10h退火即可。
本发明中，所述的钢板双面打毛为本领域常规操作，一般要求钢板非复合面表面光洁，无锈迹、无变色及明显钢板缺陷，钢板复合面表面粗糙、均匀、洁净，无任何污染、变色和明显缺陷。所述的钢板的非复合面较佳的为120#砂带打毛，所述的钢板复合面较佳的为36#砂带打毛。
本发明中，所述的刷光为本领域常规操作，如前所述。其中，所述的刷光之前一般按本领域常规将步骤(1)的复合轧制后铝锡40铜合金清洗，去除合金轧制时粘上的油污。
本发明中，一次性复合轧制为本领域常规操作，所述的一次性复合轧制的加工率较佳的为≥47％。
本发明中，所述的退火为本领域常规操作，有效增加结合牢度，消除合金加工硬化，金相组织理想。
本发明中，所述的退火步骤之后，一般按本领域常规进行性能检测之后剪切包装。
本发明还提供前述铝锡40铜-钢金属轴承材料制造方法所得的铝锡40铜-钢金属轴承材料。
本发明中，所述的铝锡40铜-钢金属轴承材料共四层结构：第一层表层为纯铝层，第二层为铝锡40铜合金层，第三层过渡层为纯铝层，第四层基层为低碳钢层。其中，第一至三层统称铝锡40铜合金层，俗称减磨层。
本发明获得的铝锡40铜-钢金属轴承材料各检测方法为：
由布氏硬度计检测合金和钢背硬度：合金硬度：22-35HB，钢背硬度：160-220HB；用原子吸收仪对合金进行化学成分分析，合金化学成分须在给定的标准范围以内；粘结牢度采用剥离法(GB8896-88)必要时弯曲法(GB8896-88)抽检；钢背表面粗糙度，材料总厚度，钢层厚度等性能检测按(GB8896-88)；材料的抗剪强度参照GB/T6396-1995《复合钢板力学及工艺性能试验方法》；金相组织参照GB/T13298-1991《金属显微组织检验方法》。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
在符合本领域常识的基础上，本发明中上述的各技术特征的优选条件可以任意组合得到本发明较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明的铝锡40铜-钢金属轴承材料的抗咬合性、顺应性和高温特性良好，成功地解决锡的偏析问题，降低了产品气泡的产生，金相组织理想，适用于中、低速船用柴油机轴瓦。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
生产材料规格7.3mm×6.3mm×112mm×425mm的铝锡40铜-钢金属轴承材料；总厚度7.3mm(公差0～0.15mm)、钢层6.3mm±0.05mm、宽112mm(公差0～0.50mm)、长425mm(公差0～3.0mm)
1、合金的准备
合金按化学成分要求35％-45％Sn，0.4％-1.2％Cu，Fe＜0.7％，Si＜0.3％，Mn＜0.7％，Al为余量，进行配料熔炼，炉前实际检测合金化学成分为39.5％Sn，0.95％Cu，0.27％Fe，0.20％Si，0.02％Mn，Al为余量，百分比为各成分占合金总量的质量百分比。水平连铸成铸锭，将铝锡40铜合金铸锭原料熔炼，之后转倒保温炉，之后将熔炼得到的熔体由保温炉导入石墨结晶器进行连铸，石墨结晶器规格为16×330×350mm3，结晶器冷却水流量为400ml/min-600ml/min，连铸温度为690℃-720℃，采用拉4秒-停1秒-拉4秒的方式，拉速3.0mm/S-4.0mm/S；铸锭规格16×330×L，然后锯切成规格16mm×150mm×700mm的合金锭。
将铸锭校平后，经36#砂带两面打毛至14mm(0～0.5mm)，与1.2mm双面钢丝刷光(采用钢丝直径为0.2mm的钢丝刷进行刷光)的纯铝皮(纯铝皮中铝含量≥99.6wt％，经400℃±10℃恒温5h-6h退火，硬度20HB±2HB)进行双面复合轧制，复合轧制加工率大于50％，即从16.4mm轧至8.1mm(0～0.2mm)，然后逐道次冷轧至目标厚度2.25mm(0～0.05mm)，以不开裂为标准；较理想的轧制道次为8.1mm-5.5mm-4.0mm-3.0mm-2.25mm，之后裁成规格2.25mm×130mm×1400mm清洗备用(10片)。
2、钢板的准备
选用市售的宝钢产SPHC低碳钢，成分为0.041％C，0.22％Mn，0.010％Si，0.015％P，0.008％S进行除油除锈处理。裁成规格12mm×132mm×1500mm(10片)
3、将前述所得的2.25mm铝锡40铜合金板用钢丝刷进行单面刷光；钢板用120#和36#砂带分别对上下表面进行打毛处理；
4、轧制复合：将刷光后的合金板放置在36#砂带打毛后的钢板上喂入轧机，一次性轧至7.31mm(公差0-0.15mm)，加工率47.5％；
5、退火：设定温度280℃、恒温8.5小时后出炉空冷；
6、进行化学成分、硬度、总厚度及钢层等各项性能检测；剪切、上防锈油，包装。
由布氏硬度计检测合金和钢背硬度：合金硬度：22-35HB，钢背硬度：160-220HB；用原子吸收仪对合金进行化学成分分析，合金化学成分须在给定的标准范围以内；粘结牢度采用剥离法(GB8896-88)必要时弯曲法(GB8896-88)抽检；钢背表面粗糙度，材料总厚度，钢层厚度等性能检测按(GB8896-88)；材料的抗剪强度参照GB/T6396-1995《复合钢板力学及工艺性能试验方法》；金相组织参照GB/T13298-1991《金属显微组织检验方法》。
经检测，实际检测成品铝锡40铜合金化学成分为：38.9％Sn，0.95％Cu，0.27％Fe，0.20％Si，0.02％Mn，Al为余量；合金硬度30.2-30.7HB，钢背硬度181-185HB，总厚7.31-7.43mm，钢层厚6.26-6.35mm，宽度112.2-112.5mm，长度427-428mm，钢背表面粗糙度0.335um，粘结牢度弯曲时不分层，材料的抗剪强度75N/mm2，钢背的抗拉强度528.0N/mm2，金相组织为显微网状组织。
实施例2
除下述条件外，其余均同实施例1的条件和参数。
合金化学成分要求35％Sn，1.2％Cu，Fe0.69％，Si0.29％，Mn0.69％，Al为余量。双面复合轧制加工率为50％。钢板选用市售的宝钢产SPHD低碳钢。所述的一次性复合轧制的加工率为47％。退火设定温度270℃、恒温10小时后出炉空冷。
经检测，实际检测成品铝锡40铜合金：合金硬度30.2-30.7HB，钢背硬度181-185HB，总厚7.31-7.43mm，钢层厚6.26-6.35mm，宽度112.2-112.5mm，长度427-428mm，钢背表面粗糙度0.335um，粘结牢度弯曲时不分层，材料的抗剪强度75N/mm2，钢背的抗拉强度528.0N/mm2，金相组织为显微网状组织。
实施例3
除下述条件外，其余均同实施例1的条件和参数。
合金化学成分要求45％Sn，0.4％Cu，Fe0.5％，Si0.2％，Mn0.5％，Al为余量。钢板选用市售的宝钢产SPHDStWW22低碳钢。退火设定温度290℃、恒温8小时后出炉空冷。
经检测，实际检测成品铝锡40铜合金：合金硬度30.2-30.7HB，钢背硬度181-185HB，总厚7.31-7.43mm，钢层厚6.26-6.35mm，宽度112.2-112.5mm，长度427-428mm，钢背表面粗糙度0.335um，粘结牢度弯曲时不分层，材料的抗剪强度75N/mm2，钢背的抗拉强度528.0N/mm2，金相组织为显微网状组织。
Claims (10)
1.一种铝锡40铜-钢金属轴承材料制造方法，其特征在于：其包括如下步骤：
(1)将铝锡40铜合金铸锭双面打毛后与纯铝皮进行双面复合轧制，然后逐道次冷轧至目标厚度；其中，所述的铝锡40铜合金铸锭经水平连铸获得，所述的双面复合轧制加工率≥50％，所述的逐道次冷轧每道次加工率为20％-35％；
(2)将双面打毛后的钢板再与刷光后的步骤(1)的铝锡40铜合金进行一次性复合轧制，再经280℃±10℃恒温8h-10h退火即可。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的铝锡40铜合金铸锭具体成分为35％-45％Sn，0.4％-1.2％Cu，Fe＜0.7％，Si＜0.3％，Mn＜0.7％，Al为余量，百分比为各成分占合金总量的质量百分比；所述的纯铝皮中铝含量≥99.6wt％，经400℃±10℃恒温5h-6h退火，硬度20HB±2HB；所述的钢板为SPHC低碳钢、SPHD低碳钢或StWW22低碳钢。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的钢板使用前除油除锈；所述的铝锡40铜合金铸锭经校平后使用；所述的水平连铸具体操作步骤为：将铝锡40铜合金铸锭原料熔炼，之后转倒保温炉，之后将熔炼得到的熔体由保温炉导入石墨结晶器进行连铸，石墨结晶器规格为16×330×350mm3，结晶器冷却水流量为400ml/min-600ml/min，连铸温度为690℃-720℃，采用拉4秒-停1秒-拉4秒的方式，拉速3.0mm/S-4.0mm/S。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的铝锡40铜合金铸锭双面打毛为用36#砂带双面打毛，每面去除1.0mm，公差为0～0.5mm。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的铝锡40铜合金铸锭双面打毛为铝锡40铜合金铸锭厚度从16mm变为14mm，公差为0～0.5mm；所述的双面复合轧制为从16.4mm轧至8.1mm，公差为0～0.2mm；所述的纯铝皮的厚度为1.1mm±0.1mm。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的纯铝皮经刷光后使用；所述的刷光为采用钢丝直径为0.2mm的钢丝刷进行刷光；所述的刷光之前去除油污。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的逐道次冷轧为以不开裂为标准，逐道次递减。
8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的钢板的非复合面为120#砂带打毛，所述的钢板复合面为36#砂带打毛。
9.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的一次性复合轧制的加工率为≥47％。
10.如权利要求1～9任一项所述的铝锡40铜-钢金属轴承材料制造方法所得的铝锡40铜-钢金属轴承材料。
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