CN104032186A - 一种铅基轴承合金及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高硬度、高塑性和高韧性的铅基轴承合金及其生产方法。本发明的铅基轴承合金由如下重量百分比的组分组成：锡：10-13wt％，铜：8-10wt％，锑：10-13wt％，磷：0.05-0.2wt％，铝0.5-1.5wt％，碳化硅颗粒：0.5-1.5wt％，余量为铅。本发明的铅基轴承合金通过提高合金中金属铜的含量，降低锡的含量，提高了合金的熔点，满足了合金材料在较高工作温度条件中的要求，使本发明的铅基轴承合金制造成本大幅降低。本发明的铅基轴承合金可广泛用于机械制造、运输机械、动力机械的轴承材料。

Description

一种铅基轴承合金及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种铅基轴承合金及其生产方法，特别是涉及一种高硬度、高塑性和高韧性的铅基轴承合金及其生产方法。

背景技术

以ZChPbSb16-16-2为代表的铅基轴承合金又称铅基巴氏合金，是一种以铅和锑为基的轴承合金；其室温组织为软基体α固溶体(锑溶入铅中的固深体)上分布着硬质点β相(铅溶入锑中的固溶体)；为了提高合金的强度、硬度和耐磨性，通常加入6％～16％锡，为了防止比重偏析，常加入1％～2％铜。由于此合金的强度、硬度、耐磨性、冲击韧性均较低，通常被制成双层或三层金属结构，用作低速、低负荷或静载下工作的中等负荷的轴承及高速低载荷，温度低于150℃的轴承；浇注受震较小，载荷较轻或速度较慢的轴瓦等。此合金主要应用于汽车拖拉机的曲柄轴承，以及800KW以内的蒸汽涡轮机、750KW以内的电动机、500kW以内的发电机、375kW以内的压缩机和轧钢机等的轴承。

此种现有技术虽然硬度适中、还具有较良好的自润性，但是其塑性和冲击韧性较差，在室温下比较脆，经受冲击载荷时容易形成裂纹和剥落，使用寿命较短，所以在用途方面受到巨大制约，同时较高的锡含量需求使合金的成本提高。

综上，目前需要一种不仅成本较低，而且适应较高温度的工作环境同时材料的硬度、塑性及韧性都有所提高的铅基轴承合金。

发明内容

本发明的目的在于，通过改进合金成分设计并根据合金的特点优化生产工艺，提供一种提高了现有技术合金的硬度、塑性及韧性，增强耐高温能力并且大幅降低材料成本的铅基轴承合金及其生产方法。

为实现上述发明目的，本发明所提供的技术方案是：

一种铅基轴承合金，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：锡：10-13wt％，铜：8-10wt％，锑：10-13wt％，，磷：0.05-0.2wt％，铝0.5-1.5wt％，碳化硅颗粒：0.5-1.5wt％，余量为铅。

进一步地，由如下重量百分比的组分组成：锡：11-12wt％，铜：8.5-9.5wt％，锑：11-12wt％，，磷：0.75-0.15wt％，铝0.75-1.25wt％，碳化硅颗粒：0.75-1.25wt％，余量为铅。

进一步地，由如下重量百分比的组分组成：锡：11.5wt％，铜：9wt％，锑：11.5wt％，，磷：0.1wt％，铝1wt％，碳化硅颗粒：1wt％，余量为铅。

进一步地，其中所述碳化硅颗粒的粒径为100μm-300μm。

制备上述铅基轴承合金的方法，具有以下步骤：

1)按重量比为将铅、锡置于坩埚内熔炼，熔炼温度为330-350℃，熔炼时间为20-30分钟，制成母合金；

2)按重量比将铜、磷、铝以及碳化硅颗粒置于坩埚进行熔炼，熔炼温度为1100-1200℃，熔炼时间为30-40分钟，制成多元素合金；

3)将步骤1)和步骤2)中熔炼完成的母合金溶液以及多元素合金溶液转移至工频保温炉内，温度为500-700℃，用石墨棒进行搅拌，充分混合；

4)对混合后的合金液体取样进行成分检测；

5)开启所述工频保温炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中；

6)待完全冷却后将所述金属模具去除，进一步加工毛坯铸件。

本发明还提供了铅基轴承合金在制备轴承材料中的用途。

采用上述技术方案，本发明的有益效果有：

1、本发明提供了一种铅基轴承合金及其生产方法，同时满足了对改进材料的高硬度、高塑性、高韧性以及低成本的多种需要。

2、本发明提高铜的含量，并添加锑、磷、铝元素，提高了合金的熔点，满足了合金材料在较高工作温度条件中的要求。

3、在本发明中的合金生产工艺中，通过分别单独初熔炼铅、锑金属和其余金属得到母合金溶液和多元素合金溶液，再与其他多元素合金溶液共同熔炼，从而细化了合金中组织结果，进一步提高了合金的塑性和韧性。

具体实施方式

实施例1本发明的铅基轴承合金的制备

按照重量比为锡：10wt％，铜：8.5wt％，锑：12wt％，，磷：0.15wt％，铝1.5wt％，碳化硅颗粒：0.5wt％，余量为铅准备合金原料，其中碳化硅颗粒的粒径为100μm。

熔炼母合金溶液：按上述重量比将铅、锡置于坩埚内熔炼，熔炼温度为330℃，熔炼时间为30分钟，制成母合金溶液。

熔炼多元素合金溶液：按重量比将铜、磷、铝以及碳化硅颗粒置于坩埚进行熔炼，熔炼温度为1200℃，熔炼时间为30分钟，制成多元素合金。

混合熔炼：将熔炼完成的母合金溶液以及多元素合金溶液转移至工频保温炉内，温度为500℃，用石墨棒进行搅拌，充分混合。

检测：采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体，确定其成分在范围之内。

铸造冷开坯：开启所述工频保温炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中，待完全冷却后将所述金属模具去除。

洗刷矫直：通过酸洗洗刷工序，除去表面残留和氧化物，通过矫直工序，消除内应力拉制合金为成品。

将按照本发明实施例制备的铅基轴承合金与等体积的传统ZChPbSb16-16-2型号的铅基轴承合金对比，各性能参数如表1所示：

表1

实施例2本发明的铅基轴承合金的制备

按照重量比为锡：11wt％，铜：8wt％，锑：13wt％，，磷：0.2wt％，铝0.75wt％，碳化硅颗粒：0.75wt％，余量为铅准备合金原料，其中碳化硅颗粒的粒径为200μm。

熔炼母合金溶液：按上述重量比将铅、锡置于坩埚内熔炼，熔炼温度为350℃，熔炼时间为20分钟，制成母合金溶液。

熔炼多元素合金溶液：按重量比将铜、磷、铝以及碳化硅颗粒置于坩埚进行熔炼，熔炼温度为1100℃，熔炼时间为40分钟，制成多元素合金。

混合熔炼：将熔炼完成的母合金溶液以及多元素合金溶液转移至工频保温炉内，温度为600℃，用石墨棒进行搅拌，充分混合。

检测：采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体，确定其成分在范围之内。

铸造冷开坯：开启所述工频保温炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中，待完全冷却后将所述金属模具去除。

洗刷矫直：通过酸洗洗刷工序，除去表面残留和氧化物，通过矫直工序，消除内应力拉制合金为成品。

将按照本发明实施例制备的铅基轴承合金与等体积的传统ZChPbSb16-16-2型号的铅基轴承合金对比，各性能参数如表2所示：

表2

实施例3本发明的铅基轴承合金的制备

按照重量比为锡：12wt％，铜：10wt％，锑：10wt％，，磷：0.05wt％，铝1.25wt％，碳化硅颗粒：1.5wt％，余量为铅准备合金原料，其中碳化硅颗粒的粒径为300μm。

熔炼母合金溶液：按上述重量比将铅、锡置于坩埚内熔炼，熔炼温度为330℃，熔炼时间为30分钟，制成母合金溶液。

熔炼多元素合金溶液：按重量比将铜、磷、铝以及碳化硅颗粒置于坩埚进行熔炼，熔炼温度为1200℃，熔炼时间为30分钟，制成多元素合金。

混合熔炼：将熔炼完成的母合金溶液以及多元素合金溶液转移至工频保温炉内，温度为700℃，用石墨棒进行搅拌，充分混合。

检测：采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体，确定其成分在范围之内。

铸造冷开坯：开启所述工频保温炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中，待完全冷却后将所述金属模具去除。

洗刷矫直：通过酸洗洗刷工序，除去表面残留和氧化物，通过矫直工序，消除内应力拉制合金为成品。

将按照本发明实施例制备的铅基轴承合金与等体积的传统ZChPbSb16-16-2型号的铅基轴承合金对比，各性能参数如表3所示：

表3

实施例4本发明的铅基轴承合金的制备

按照重量比为锡：13wt％，铜：9.5wt％，锑：11wt％，，磷：0.75wt％，铝1.25wt％，碳化硅颗粒：1.25wt％，余量为铅准备合金原料，其中碳化硅颗粒的粒径为300μm。

熔炼母合金溶液：按上述重量比将铅、锡置于坩埚内熔炼，熔炼温度为350℃，熔炼时间为30分钟，制成母合金溶液。

熔炼多元素合金溶液：按重量比将铜、磷、铝以及碳化硅颗粒置于坩埚进行熔炼，熔炼温度为1100℃，熔炼时间为40分钟，制成多元素合金。

混合熔炼：将熔炼完成的母合金溶液以及多元素合金溶液转移至工频保温炉内，温度为700℃，用石墨棒进行搅拌，充分混合。

检测：采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体，确定其成分在范围之内。

铸造冷开坯：开启所述工频保温炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中，待完全冷却后将所述金属模具去除。

洗刷矫直：通过酸洗洗刷工序，除去表面残留和氧化物，通过矫直工序，消除内应力拉制合金为成品。

将按照本发明实施例制备的铅基轴承合金与等体积的传统ZChPbSb16-16-2型号的铅基轴承合金对比，各性能参数如表4所示：

表4

实施例5本发明的铅基轴承合金的制备

按照重量比为锡：11.5wt％，铜：9wt％，锑：11.5wt％，，磷：0.1wt％，铝1wt％，碳化硅颗粒：1wt％，余量为铅准备合金原料，其中碳化硅颗粒的粒径为100μm。

熔炼母合金溶液：按上述重量比将铅、锡置于坩埚内熔炼，熔炼温度为330℃，熔炼时间为30分钟，制成母合金溶液。

熔炼多元素合金溶液：按重量比将铜、磷、铝以及碳化硅颗粒置于坩埚进行熔炼，熔炼温度为1200℃，熔炼时间为30分钟，制成多元素合金。

混合熔炼：将熔炼完成的母合金溶液以及多元素合金溶液转移至工频保温炉内，温度为700℃，用石墨棒进行搅拌，充分混合。

检测：采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体，确定其成分在范围之内。

铸造冷开坯：开启所述工频保温炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中，待完全冷却后将所述金属模具去除。

洗刷矫直：通过酸洗洗刷工序，除去表面残留和氧化物，通过矫直工序，消除内应力拉制合金为成品。

将按照本发明实施例制备的铅基轴承合金与等体积的传统ZChPbSb16-16-2型号的铅基轴承合金对比，各性能参数如表5所示：

表5

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种铅基轴承合金，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：锡：10-13wt％，铜：8-10wt％，锑：10-13wt％，，磷：0.05-0.2wt％，铝0.5-1.5wt％，碳化硅颗粒：0.5-1.5wt％，余量为铅。

2.根据权利要求1所述的铅基轴承合金，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：锡：11-12wt％，铜：8.5-9.5wt％，锑：11-12wt％，，磷：0.75-0.15wt％，铝0.75-1.25wt％，碳化硅颗粒：0.75-1.25wt％，余量为铅。

3.根据权利要求1所述的铅基轴承合金，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：锡：11.5wt％，铜：9wt％，锑：11.5wt％，，磷：0.1wt％，铝1wt％，碳化硅颗粒：1wt％，余量为铅。

4.根据权利要求1-3任一项所述的铅基轴承合金，其特征在于，其中所述碳化硅颗粒的粒径为100μm-300μm。

5.一种上述权利要求所述的铅基轴承合金的生产方法，其特征在于，具有以下步骤：

1)按重量比将铅、锡置于坩埚内熔炼，熔炼温度为330-350℃，熔炼时间为20-30分钟，制成母合金；

2)按重量比将铜、磷、铝以及碳化硅颗粒置于坩埚进行熔炼，熔炼温度为1100-1200℃，熔炼时间为30-40分钟，制成多元素合金；

3)将步骤1)和步骤2)中熔炼完成的母合金溶液以及多元素合金转移至工频保温炉内，温度为500-700℃，用石墨棒进行搅拌，充分混合；

4)对混合后的合金液体取样进行成分检测；

5)开启所述工频保温炉的倾泻孔，将合金液体浇筑在金属模具中；

6)待完全冷却后将所述金属模具去除，进一步加工毛坯铸件。

6.一种权利要求1-4所述的铅基轴承合金在制备轴承材料中的用途。