CN103014423A - 铝基轴承合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝基轴承合金及其制备方法，铝基轴承合金中的各组分按质量百分比的构成为：铜：2.8－3.2%、镁：0.7－1.3%、锰：0.2－0.4%、锡：3.5－4.5%、 钛：0.15－0.35%、B：0.1－0.2%、余量为铝。制备方法包括：1）配料；2）在坩埚底部先放入配料中纯Al锭的2/3，然后依次加入几种合金和纯硼粉，加热熔化后再加入剩余的纯Al锭，最后加入纯镁锭和纯锡锭；3）加热温度稳定升至700-730℃时，加入综合处理剂进行精炼变质处理，扒渣后静置10分钟；4）先将钢锭模预热至150-200℃，再用合金铝液浇注至钢锭模内，冷却至室温即可得到铝基轴承合金。本发明的铝基轴承合金及其制备方法，铝基轴承合金的抗拉强度≥180Mpa，延伸率≥10，HBS为65-90适用于液压齿轮泵轴套材料。

Description

铝基轴承合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝基轴承合金及其制备方法。 

背景技术

传统的铝基轴承合金ZAlSn6Cu1NI1，这种合金的优点是导热性、耐热性、疲劳强度和高温强度均高。但这种传统的铝基轴承合金ZAlSn6Cu1Ni1中铝-锡二元合金，Sn含量在5.5-7.0%，在液态时铝和锡在很大的成分范围内可以相互溶解，但锡在铝中的固溶度极小（≤0.01%），锡与铝可形成低熔点（228.5℃）的共晶体，共晶呈片状或球状游离在铝晶粒边界，锡含量高时，共晶体呈连续锡膜（片状结晶）包围铝晶粒，形成网状锡铝共晶体组织，这种组织的机械强度较低，存在有膨胀系数较大、抗咬合性差且铸造性能一般等缺点，不适于液压齿轮油泵。 

传统的铝基轴承合金ZAlSn6Cu1NI1应用于液压齿轮油泵时特别是高压齿轮油泵（25MPa以上）时，长期工作时易造成磨损加大，容积效率下降等现象。因此实际应用中，需要一种线膨胀系数较小，抗疲劳强度和抗咬合性均较强且流动性较好、易于铸造的铝基轴承材料。 

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种耐磨性、抗疲劳强度和抗咬合性高、线膨胀系数小的铝基轴承合金，同时还提供了一种所述铝基轴承合金的制备方法，该方法工艺简单，生产成本低，适合于工业化生产。 

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。 

铝基轴承合金，其特点是，该铝基轴承合金中的各组分按质量百分比的构成为：铜：2.8－3.2%、镁：0.7－1.3%、锰：0.2－0.4%、锡：3.5－4.5%、 钛：0.15－0.35%、B：0.1－0.2%、余量为铝。 

本发明的铝基轴承合金的制备方法，其特点是，包括以下步骤： 

1）、将纯铝锭、纯镁锭、纯锡锭、纯硼粉、50%铝-铜合金、10%铝-锰合金、5%铝-钛合金按铝基轴承合金中各成分的质量百分比含量进行配料：锡：3.5－5.0%、铜：2.8－3.2%、镁：0.7－1.3%、锰：0.2－0.4%、钛：0.15－0.35%、B：0.1－0.2%，其余为Al；（所述其余为Al中的Al包括纯铝锭、50%铝-铜合金、10%铝-锰合金、5%铝-钛合金中所有的Al。本发明中，所述50%铝-铜合金中铜含量为50%，其余为铝；所述10%铝-锰合金中锰含量为10%，其余为铝；所述5%铝-钛合金中钛含量为5%，其余为铝。） 

2）、在坩埚底部先放入上述配料中纯铝锭的2/3，然后依次加入所述50%铝-铜合金、所述10%铝-锰合金、所述5%铝-钛合金、纯硼粉，加热熔化后再加入剩余的纯铝锭以调节温度，最后加入纯镁锭和纯锡锭； 

3）、加热温度稳定升至700-730℃时，加入占上述步骤1）中的原材料总重量1%的综合处理剂进行精炼变质处理，扒渣后静置10分钟；综合处理剂为济南华赛金属工艺材料有限公司生产，其主要成份按照质量百分比为35%硝酸钾、6%石墨粉、24%氯化钠、30%二氧化硅、5%钛化铝。 

4）、先将钢锭模预热至150-200℃，再用上述步骤3）所得到的合金铝液浇注至钢锭模内，冷却至室温即可得到铝基轴承合金。 

与已有技术相比，本发明有益效果体现在： 

1、本发明的铝基轴承合金，把含锡量降低到3.5—4.5%，降低网状物，从而提高共晶体组织强度。 

2、本发明的铝基轴承合金，在合金中提高铜合金的含量到2.8-3.2%，铜合金元素溶解到固溶体而有效强化基体，部分铜可与铝形成θ(CuAl2)，提高合金的机械强度和表面性能。 

3、本发明的铝基轴承合金，在加入铜元素的同时，按照一定比例加入镁元素（ω_cu/ω_mg=1.5～4），形成主要合金强化相S（Al₂ CuMg）相，提高了合金的机械强度和表面耐磨性能 

4、本发明的铝基轴承合金，加入Ti、B等微量元素，可在基体上形成弥散状TiAl、AlB2、TiB2等化合物，形成强化效果。 

5、本发明的铝基轴承合金，在人工时效处理后，形成的组织为α（Al）固溶体+Sn相+化合物（主要有S（Al₂ CuMg）、θ(CuAl₂)相、TiAl、AlB2、TiB2相等），其中最主要强化相为S（Al₂ CuMg）。 

6、本发明的铝基轴承合金，经过人工时效处理后，本发明铝合金与传统的铝基轴承合金ZAlSn6Cu1NI1相比，抗拉强度可提高至180 Mpa，硬度提高至65-90HBS，延伸率虽有一定下降但仍保持10以上，而其摩擦系数基本保持不变，从而提高抗疲劳强度和抗咬合性。 

本发明的铝基轴承合金，线膨胀系数较小，抗疲劳强度和抗咬合性均较强，抗拉强度σb≥180Mpa，延伸率δ≥10%，硬度提高至65-90HBS，铸造性能优良，价格便宜，适用于中、高压齿轮泵轴套的生产需要。 

本发明的铝基轴承合金的制备方法，该工艺简单，生产成本低，适合于工业化生产。 

以下通过具体实施方式，并结合实施例对本发明作进一步说明。 

具体实施方式

实施例一： 

铝基轴承合金的制备： 

1)、取纯铝锭、纯镁锭、纯锡锭、纯硼粉、50%铝-铜合金、10%铝-锰合金、5%铝-钛合金，按Cu:2.8份、Mg:0.7份、Mn:0.2份、Sn:3.5份、Ti0.15份、B:0.1份、Al：92.55份，进行配制。所述92.55份的Al包括纯铝锭、50%铝-铜合金、10%铝-锰合金和5%铝-钛合金中所有的Al。 

2）、在坩埚底部先放入上述配料中Al锭的2/3，然后依次加入所述50%铝-铜合金、10%铝-锰合金、5%铝-钛合金、纯硼粉，加热熔化后再加入剩余的纯Al锭以调节温度，最后加入纯镁锭和纯锡锭。 

3)、加热温度稳定升至700-730℃时，加入上述步骤1）中的原材料总重量的1%综合处理剂进行精炼变质处理，扒渣后静置10分钟。 

4)、先将钢锭模预热至150-170℃，再用步骤3）所得到的合金铝液浇注至钢锭模内，冷却至室温即可得到铝基轴承合金。 

实施例二： 

铝基轴承合金的制备： 

1)、取纯铝锭、纯镁锭、纯锡锭、纯硼粉、50%铝-铜合金、10%铝-锰合金、5%铝-钛合金，按Cu:3.2份、Mg:1.3份、Mn:0.4份、Sn: 4.5份、Ti0.35份、B:0.2份、Al：90.05份，进行配制。（所述90.05份的Al包括纯铝锭、50%铝-铜合金、10%铝-锰合金和5%铝-钛合金中所有的Al。） 

2）、在坩埚底部先放入上述配料中Al锭的2/3，然后依次加入50%铝-铜合金、10%铝-锰合金、5%铝-钛合金、纯硼粉，加热熔化后再加入剩余的纯Al锭以调节温度，最后加入纯镁锭和纯锡锭。 

3)、加热温度稳定升至700-730℃时，加入上述步骤1）中的原材料总重量的1%综合处理剂进行精炼变质处理，扒渣后静置10分钟。 

4)、先将钢锭模预热至170-180℃，再用步骤3）所得到的合金铝液浇注至钢锭模内，冷却至室温即可得到铝基轴承合金。 

实施例三： 

铝基轴承合金的制备： 

1). 取纯铝锭、纯镁锭、纯锡锭、纯硼粉、50%铝-铜合金、10%铝-锰合金、5%铝-钛合 金，按Cu:3.0份、Mg:1.0份、Mn:0.3份、Sn: 4.0份、Ti0.25份、B:0.15份、Al：91.3份，进行配制。（所述91.3份的Al包括纯铝锭、50%铝-铜合金、10%铝-锰合金和5%铝-钛合金中所有的Al。） 

2）.在坩埚底部先放入上述配料中Al锭的2/3，然后依次加入50%铝-铜合金、10%铝-锰合金、5%铝-钛合金、纯硼粉，加热熔化后再加入剩余的纯Al锭以调节温度，最后加入纯镁锭和纯锡锭。 

3). 加热温度稳定升至700-730℃时，加入上述步骤1）中的原材料总重量的1%综合处理剂进行精炼变质处理，扒渣后静置10分钟。 

4). 先将钢锭模预热至180-200℃，再用步骤3）所得到的合金铝液浇注至钢锭模内，冷却至室温即可得到铝基轴承合金。 

本发明中所指的综合处理剂为济南华赛金属工艺材料有限公司生产的产品，其各成份按照质量百分比的含量为：硝酸钾：35%，石墨粉：6%、氯化钠：24%，二氧化硅：30%，钛化铝：5%。 

实验数据 

下表为不同成份的铝基轴承合金的指标参数，其中对比材料为ZAlSn6Cu1Ni1，产品1-3为采取本发明技术所得到的产品。 

从上表可见，对比材料ZAlSn6Cu1Ni1硬度较低，其抗拉强度及延伸率等性能指标较差。 

由产品1-3性能可见，本产品在增加了Cu含量的同时，降低了Sn含量，同时加入Mg、Mn、Ti、B等元素后，合金的硬度大幅提高，抗拉强度增加，延伸率虽有下降但仍达到10%以上，抗疲劳强度和抗咬合性均有较大增强。 

Claims (2)

1.铝基轴承合金，其特征是，该铝基轴承合金中的各组分按质量百分比的构成为：铜：2.8－3.2%、镁：0.7－1.3%、锰：0.2－0.4%、锡：3.5－4.5%、 钛：0.15－0.35%、B：0.1－0.2%、余量为铝。

2.权利要求1所述的铝基轴承合金的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

1）、将纯铝锭、纯镁锭、纯锡锭、纯硼粉、50%铝-铜合金、10%铝-锰合金、5%铝-钛合金按铝基轴承合金中各成分的质量百分比含量进行配料：锡：3.5－5.0%、铜：2.8－3.2%、镁：0.7－1.3%、锰：0.2－0.4%、钛：0.15－0.35%、B：0.1－0.2%，其余为Al；

2）、在坩埚底部先放入上述配料中纯铝锭的2/3，然后依次加入所述50%铝-铜合金、所述10%铝-锰合金、所述5%铝-钛合金、纯硼粉，加热熔化后再加入剩余的纯铝锭以调节温度，最后加入纯镁锭和纯锡锭；

3）、加热温度稳定升至700-730℃时，即可立即加入占上述步骤1）中的原材料总重量1%的综合处理剂进行精炼变质处理，扒渣后静置10分钟；

4）、先将钢锭模预热至150-200℃，再用上述步骤3）所得到的合金铝液浇注至钢锭模内，冷却至室温即可得到铝基轴承合金。