CN103978186B - 一种SiCp/ZL104复合轴瓦的半固态制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种SiCp/ZL104复合轴瓦的半固态制备工艺，将经过预处理的SiC颗粒和预制备的ZL104熔液在充分搅拌制备出半固态浆料，再将该浆料浇注到模具中挤压成形为理想的SiCp/ZL104复合轴瓦，该工艺设计合理，性能安全可靠，能够制备出具综合性能优良的SiCp/ZL104复合轴瓦，且该轴瓦具有低成本、环保及高性能的特点，从而可取代或部分取代采用Al20SnCu材料或铜铅轴承合金制备的钢背双金属复合轴瓦。

Description

一种SiCp/ZL104复合轴瓦的半固态制备工艺

技术领域

本发明属于铸造和压力加工技术领域，特别涉及一种SiCp/ZL104复合轴瓦的半固态制备工艺。

背景技术

半固态加工是20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemings教授提出的一种金属成形方法。所谓半固态加工，就是将金属加热到固相线和液相线之间的温度，保温一定时间，以获得球形或者近球形的晶粒，然后再对其进行压铸、挤压或模锻成形，是一种介于铸造(纯液态)和锻压(纯固态)之间的成形方法。球形或者近球形的半固态浆料，具有流动性好、成形力低及成形后的零件性能好等优点，因此该工艺受到越来越多的重视。

随着我国社会经济的全面快速发展,交通运输业也在飞速发展,汽车发动机日益向高速、大功率、低能耗、小型化、轻量化和高增压强化方向发展，同时,人们对环境保护意识以及自身健康要求日益提高,人们也希望发动机是环保型的、无污染的。轴瓦是汽车发动机的重要零件之一,其性能的优劣直接影响着发动机的速度、承载能力、工作可靠性和使用寿命。因此,人们对轴瓦的性能提出了更高的要求，要求具有良好的减磨性、耐磨性、和抗咬粘性；良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性；足够的强度和抗腐蚀能力；良好的导热性、公益性、经济性和环保性。对生产轴瓦的材料也提出了更高的要求,即抗疲劳强度、(轴瓦)磨擦副的表面性能和环保成为人们研究轴瓦的主导方向。

早期的轴瓦以巴士合金为主，轴瓦采用铸造工艺生产，其主要包括锡基轴承合金和铅基轴承合金，其微观组织特点是在软相基体上均匀分布着硬相质点，因此具有非常好的相容性、顺应性以及嵌入型等表面特性，但是由于承载能力太差、疲劳强度较低，且随着工作温度升高机械强度急剧下降，巴氏合金已不能满足汽车发动机的要求。

现阶段汽车发动机轴瓦主要采用两类轴瓦生产制造，一类为铜基轴瓦，代表材料为铜铅合金，通常采用粉末冶金制造工艺生产，这种轴瓦具有较高的耐磨性能和抗疲劳性能，且可通过电镀第三层金属(通常为铅锡合金)来改善材料的表面性能，主要用于大马力的柴油发动机，其缺点是材料成本高、制造工艺复杂、且铅还是一种不利于环保的元素；另一类为铝基轴瓦，其代表材料为Al20SnCu，采用复合轧制工艺生产，这种轴瓦具有较高的表面性能，但其耐磨性能和疲劳性能较差，通常主要用于功率较小，转速高的汽油发动机，对于功率较大的汽油发动机和功率较小的柴油发动机，国外通常采用铝基轴瓦，国内有采用铝基轴瓦的，也有采用铜铅合金的，但总的趋势是采用疲劳性更好的合金，因此，国内现阶段对铜铅合金的需求呈上升趋势，而对Al20SnCu合金的需求则正好相反，另外从国际的发展趋势来看，汽车发动机的柴油化已成为了一种必然，这样就会导致Al20SnCu材料用量的进一步萎缩，此外，由于锡的世界年产量不过24～25万吨，且用途广泛，仅镀锡板用锡量就占锡总产量的40％以上，为了缓解锡的世界性资源短缺的矛盾，降低轴瓦制造的成本，研制Al-Sn轴承合金的替代产品已成为现代汽车工业轴瓦行业研究的热点。

铝基合金轴瓦材料具有良好的导热性、耐磨性、抗咬合性、耐磨性和疲劳强度，且比重较轻，但其强度偏低，针对该不足，目前采用较多的办法是：用一定的方法把铝基合金复合在钢质底板上形成钢背铝基双金属复合板，以弥补铝基合金强度和硬度不足的缺点，然后，将该钢背铝基双金属复合板卷焊成圆筒，进行轴瓦的机加工成形。该方法可以很好的弥补铝基合金强度和硬度不足的缺点，但仍然存在铝基合金耐磨性差、复合板的界面结合强度不易控制、钢板卷焊成筒后的焊接强度不高、后续机加工困难以及整个轴瓦制造工艺复杂、成本高等缺点。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种SiCp/ZL104复合轴瓦的半固态制备工艺，通过该工艺将SiC颗粒加入到ZL104中制备出半固态浆料，并在模具中挤压成形，从而制备出综合性能优良的复合轴瓦。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种SiCp/ZL104复合轴瓦的半固态制备工艺，包括以下步骤：

1)对SiC颗粒进行高温预氧化处理，过程为在900～1100℃的高温下将大小为50～100um的SiC颗粒煅烧3小时，随后在250～300℃的范围内进行保温处理；

2)将ZL104铸锭进行打磨去除氧化层后，放入中频感应炉中并开通保护气体，加热ZL104铸锭至液相线595℃以上使其完全融化，待热电偶检测到温度稳定后，逐步调整中频感应炉功率使炉内温度稳定在615～625℃并保温10～15min以完成对铝熔体的精炼除气；

3)调整中频感应炉功率使炉内温度稳定在570～580℃之间，对应ZL104的固相率为37.5～62.5％，随后加入体积分数为5～25％的经过步骤1)预处理的SiC颗粒，同时，开启搅拌装置进行半固态浆料的充分搅拌，搅拌速度为：350～450r/min，搅拌时间为5～10min；

4)搅拌结束后，将经步骤3)制备的半固态浆料浇注到预热到250～300℃的模具中进行挤压成形，待浆料凝固后对成形件进行淬火处理，即完成了SiCp/ZL104复合轴瓦的半固态制备。

相对于现有技术，本发明将半固态技术用于制备SiCp/ZL104复合轴瓦具有以下优点：

1.传统对于轴瓦材料的研究主要集中在通过改变巴氏合金、铜基或铝基合金中不同元素配比，从而得到一种性能更优的轴瓦材料，但是普遍存在轴瓦材料强度和硬度偏低的缺点，以铝基合金为例，就需要将轴瓦材料复合在钢质底板上形成钢背铝基双金属复合板，以弥补铝基合金强度和硬度不足的缺点，然后，再将该钢背铝基双金属复合板卷焊成圆筒，进行轴瓦的机加工成形。整个轴瓦成形过程工艺复杂、成本高，而本发明是从现有材料出发，通过向ZL104中加入SiC以提高其强度和硬度，并通过半固态技术制备出具有良好成形性能的SiCp/ZL104半固态浆料，进一步挤压成形为综合性能优良的复合轴瓦，工艺过程简单。

2.巴氏合金、铜基合金以及铝基合金等传统轴瓦材料通常都含有有毒材料铅，不利于环保或含有世界短缺资源，成本高，而本发明所采用的ZL104属于铝硅合金，有效的解决了上述问题，制备出的复合轴瓦具有成本低、环保及高性能的特点，从而可取代或部分取代采用Al20SnCu材料或铜铅轴承合金制备的钢背双金属复合轴瓦。

附图说明

附图是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参照附图，一种SiCp/ZL104复合轴瓦的半固态制备工艺，包括以下步骤：

1)对SiC颗粒进行高温预氧化处理，过程为在900～1100℃的高温下将大小为50～100um的SiC颗粒煅烧3小时，随后在250～300℃的范围内进行保温处理；

2)将ZL104铸锭进行打磨去除氧化层后，放入中频感应炉中并开通保护气体，加热ZL104铸锭至液相线595℃以上使其完全融化，待热电偶检测到温度稳定后，逐步调整中频感应炉功率使炉内温度稳定在615～625℃并保温10～15min以完成对铝熔体的精炼除气；

3)调整中频感应炉功率使炉内温度稳定在570～580℃之间，对应ZL104的固相率为37.5～62.5％，随后加入体积分数为5～25％的经过步骤1)预处理的SiC颗粒，同时，开启搅拌装置进行半固态浆料的充分搅拌，搅拌速度为：350～450r/min，搅拌时间为5～10min；

4)搅拌结束后，将经步骤3)制备的半固态浆料浇注到预热到250～300℃的模具中进行挤压成形，待浆料凝固后对成形件进行淬火处理，即完成了SiCp/ZL104复合轴瓦的半固态制备。

通过以上步骤，能够制备出SiCp/ZL104复合轴瓦的毛坯，其中SiC颗粒大小为50～100um、体积分数为5～25％，且SiC颗粒能够均匀的分布在ZL104基体中，形成软基体、硬颗粒的耐磨组织。

Claims (1)

1.一种SiC_p/ZL104复合轴瓦的半固态制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)对SiC颗粒进行高温预氧化处理，过程为在900～1100℃的高温下将大小为50～100μm的SiC颗粒煅烧3小时，随后在250～300℃的范围内进行保温处理；

2)将ZL104铸锭进行打磨去除氧化层后，放入中频感应炉中并开通保护气体，加热ZL104铸锭至液相线595℃以上使其完全融化，待热电偶检测到温度稳定后，逐步调整中频感应炉功率使炉内温度稳定在615～625℃并保温10～15min以完成对铝熔体的精炼除气；

3)调整中频感应炉功率使炉内温度稳定在570～580℃之间，对应ZL104的固相率为37.5～62.5％，随后加入体积分数为5～25％的经过步骤1)预处理的SiC颗粒，同时，开启搅拌装置进行半固态浆料的充分搅拌，搅拌速度为：350～450r/min，搅拌时间为5～10min；

4)搅拌结束后，将经步骤3)制备的半固态浆料浇注到预热到250～300℃的模具中进行挤压成形，待浆料凝固后对成形件进行淬火处理，即完成了SiC_p/ZL104复合轴瓦的半固态制备。