CN104561679A - 一种轴瓦合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴瓦合金的制备方法，其各组分重量百分比为：Sn占1～20％，Pb占0～10％，Cu占0～5％，Si占0～5％，余量为Al和不可避免的杂质；其制备过程如下：轴瓦合金熔炼，经精炼、除渣后，对其进行热处理，热处理工序为：将轴瓦合金升温过热至液相线之上200～300℃温度范围内保温20～40min；保温结束后，冷却至液相线之上50～100℃的浇注温度区间，保温5～20min；热处理之后浇注凝固，加强轴瓦合金与钢材的结合强度，且可提高轴瓦合金工作层的耐磨减磨性。

Description

一种轴瓦合金的制备方法
技术领域
本发明属于轴瓦合金技术领域，尤其涉及一种轴瓦合金的制备方法。
背景技术
现代内燃机曲轴轴承广泛采用的减摩材料有三类：锡基或铅基巴氏合金、铜铅合金、铝基合金。巴氏合金具有极佳的表面性能，可以配用不经硬化的曲轴，然而，由于其疲劳强度太低，高温下硬度和强度急剧下降，致使其应用受到很大限制。铜铅合金具有疲劳强度高、承载能力大和高温下性能变化小等优点，迄今仍然是内燃机中应用最广的一种轴承减摩材料。铝基合金由于其较高的力学性能、热传导性和良好的耐腐蚀性，且资源丰富、价格低廉，而成为国外中、轻载发动机(包括轿车发动机)滑动轴承的主要材料之一。
随着现代机组向高速、大型化方向发展，对滑动轴承的承载能力及可靠性提出了更高的要求。开发改善铝基轴承合金的制备工艺，进一步提高其工作性能，是当今该领域研究和应用的重点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种加强轴瓦合金与钢材的结合强度，且可提高轴瓦合金工作层的耐磨减磨性的轴瓦合金的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种轴瓦合金的制备方法，其各组分重量百分比为：Sn占1～20％，Pb占0～10％，Cu占0～5％，Si占0～5％，余量为Al和不可避免的杂质；其制备过程如下：
轴瓦合金熔炼，经精炼、除渣后，对其进行热处理，热处理工序为：将轴瓦合金升温过热至液相线之上200～300℃温度范围内保温20～40min；保温结束后，冷却至液相线之上50～100℃的浇注温度区间，保温5～20min；
热处理之后浇注凝固。
轴瓦合金各组分重量百分比为：Sn 16.5～17.5％，Cu 0.8～1.3％，余量为Al和不可避免的杂质。轴瓦合金液相线为650℃，升温过热保温温度在850～950℃。
轴瓦合金各组分重量百分比为：Sn 14.5～15.5％，Si 2.8～3.2％，Cu0.8～1.3％，余量为Al和不可避免的杂质。
轴瓦合金各组分重量百分比为：Pb 8.4～8.5％，Sn 1.4～1.6％，Si 3.9～4.1％，Cu 0.8～1.3％，余量为Al和不可避免的杂质。
轴瓦合金在热处理结束后，需经以下工序：
(1)将钢背进行除锈、除油、助焊剂浸镀、预热工序；
(2)将合金液浇至钢背表面，后续利用轧制系统进行铸轧，得到钢背铝基复合板材。
轴瓦合金的热处理在气氛保护或覆盖剂保护措施的条件下进行。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，①轴瓦合金熔体经过热处理后，合金熔体纯化、内部化合物熔解、扩散系数的增大，使其在浇注过程中与钢材的界面结合更为紧密。②轴瓦合金熔体经过热处理后，其凝固组织中晶粒得到细化，第二相的组织形态细小且均匀弥散分布于基体中，因而铝基钢背复合板轴瓦工作面的冶金质量和耐摩擦磨损性能得到较大程度的提高。
附图说明
图1为传统轴瓦合金的微观金相组织形态；
图2为本发明实施例一中提供的轴瓦合金的微观金相组织形态；
图3为传统轴瓦合金与钢背结合界面图；
图4为本发明实施例一中提供的轴瓦合金与钢背结合界面图；
图5传统轴瓦合金与实施例一轴瓦合金的摩擦磨损曲线对比；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
合金熔体的纯化、化合物的熔解、扩散系数的增大、溶质过饱和程度和凝固过冷度的增大，导致了合金凝固组织致密，晶粒细化等优化。这些凝固行为和固相结构的变化对材料各项性能的影响不言而喻，成为改善和提高合金性能的新途径。
实施例一
轴瓦合金各组分重量百分比(wt.％)为：Sn 17％，Cu 1％，余量为Al和不可避免的杂质。
(1)将称量好的原料放入熔炼炉中，关紧炉门。
(2)将炉温升至750℃，保温，观察熔化后通氩气精炼。
(3)采用气氛保护(也可用熔盐覆盖保护)方式，打开真空泵抽炉内的空气，当炉内压强低于0.05Map时关掉真空泵，向炉内充入氩气。在氩气的保护下，将合金在熔炼炉中升温至850℃，并保温20min，确保合金熔化混合均匀。
(3)炉冷至700℃浇注温度，保温10min后直接浇注至钢背表面。经过轧辊直径为320mm、轧制速度为10mm/s的轧制系统铸轧后形成厚度为2.5mm的铝锡钢背复合板。
由图1、2的显微组织照片分析得出：铸态组织为白色较亮的α(Al)相(微量锡固溶于铝形成以铝为基的固溶体)，暗的相是游离态的β(Sn)锡相。未经熔体过热处理和经熔体过热处理试样的凝固组织对比如图1与图2所示，比较发现：经熔体过热处理后的轴瓦合金铝晶粒明显细化，而且锡相形成的网状组织也更加的密集。合金的力学性能及摩擦磨损性能有所提高。
图3与图4为轴瓦合金与钢背结合界面对比图，对比两图的界面结合层可以看出，熔体热处理使结合层厚度增加，结合界面更为平整清晰，加强轴瓦合金与钢材的结合强度。
由图5可以看出，在载荷为50N，转速370转/分，摩擦时间30min的条件下，未经过热处理的轴瓦合金试样的摩擦系数在0.71～0.89之间波动，经过熔体过热处理的摩擦系数在0.51～0.62之间波动。对比发现经过熔体过热处理的轴瓦合金的摩擦系数明显减小，提高轴瓦合金工作层的耐磨减磨性。
实施例二
轴瓦合金各组分重量百分比(wt.％)为：Sn 17％，Cu 1％，余量为Al和不可避免的杂质。
(1)将称量好的原料放入熔炼炉中，关紧炉门。
(2)将炉温升至750℃，保温，观察熔化后通氩气精炼。
(3)采用气氛保护(也可用熔盐覆盖保护)方式，打开真空泵抽炉内的空气，当炉内压强低于0.05Map时关掉真空泵，向炉内充入氩气。在氩气的保护下，将合金在熔炼炉中升温至950℃，并保温40min，确保合金熔化混合均匀。
(3)炉冷至750℃浇注温度，保温20min后直接浇注至钢背表面。经过轧辊直径为320mm、轧制速度为10mm/s的轧制系统铸轧后形成厚度为2.5mm的铝锡钢背复合板。
实施例三
轴瓦合金各组分重量百分比为：Sn 15％，Si 3％，Cu 1％，余量为Al和不可避免的杂质。
(1)将称量好的原料放入熔炼炉中，关紧炉门。
(2)将炉温升至750℃，保温，观察熔化后通氩气精炼。
(3)采用气氛保护(也可用熔盐覆盖保护)方式，打开真空泵抽炉内的空气，当炉内压强低于0.05Map时关掉真空泵，向炉内充入氩气。在氩气的保护下，将合金在熔炼炉中升温至900℃，并保温30min，确保合金熔化混合均匀。
(3)炉冷至750℃浇注温度，保温10min后直接浇注至钢背表面。经过轧辊直径为320mm、轧制速度为10mm/s的轧制系统铸轧后形成厚度为2.5mm的铝锡钢背复合板。
实施例四
轴瓦合金各组分重量百分比为：Pb 8.4％，Sn 1.5％，Si 4％，Cu1％，余量为Al和不可避免的杂质。
(1)将称量好的原料放入熔炼炉中，关紧炉门。
(2)将炉温升至750℃，保温，观察熔化后通氩气精炼。
(3)采用气氛保护(也可用熔盐覆盖保护)方式，打开真空泵抽炉内的空气，当炉内压强低于0.05Map时关掉真空泵，向炉内充入氩气。在氩气的保护下，将合金在熔炼炉中升温至950℃，并保温30min，确保合金熔化混合均匀。
(3)炉冷至750℃浇注温度，保温10min后直接浇注至钢背表面。经过轧辊直径为320mm、轧制速度为10mm/s的轧制系统铸轧后形成厚度为2.5mm的铝锡钢背复合板。
采用上述的方案后，①轴瓦合金熔体经过热处理后，合金熔体纯化、内部化合物熔解、扩散系数的增大，使其在浇注过程中与钢材的界面结合更为紧密。②轴瓦合金熔体经过热处理后，其凝固组织中晶粒得到细化，第二相的组织形态细小且均匀弥散分布于基体中，因而铝基钢背复合板轴瓦工作面的冶金质量和耐摩擦磨损性能得到较大程度的提高。工艺简单易行，适用于大规模生产。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轴瓦合金的制备方法，其特征在于，其各组分重量百分比为：Sn占1～20％，Pb占0～10％，Cu占0～5％，Si占0～5％，余量为Al和不可避免的杂质；其制备过程如下：
轴瓦合金熔炼，经精炼、除渣后，对其进行热处理，热处理工序为：将轴瓦合金升温过热至液相线之上200～300℃温度范围内保温20～40min；保温结束后，冷却至液相线之上50～100℃的浇注温度区间，保温5～20min；
热处理之后浇注凝固。
2.如权利要求1所述的轴瓦合金的制备方法，其特征在于，轴瓦合金各组分重量百分比为：Sn 16.5～17.5％，Cu 0.8～1.3％，余量为Al和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的轴瓦合金的制备方法，其特征在于，轴瓦合金各组分重量百分比为：Sn 14.5～15.5％，Si 2.8～3.2％，Cu 0.8～1.3％，余量为Al和不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的轴瓦合金的制备方法，其特征在于，轴瓦合金各组分重量百分比为：Pb 8.4～8.5％，Sn 1.4～1.6％，Si 3.9～4.1％，Cu 0.8～1.3％，余量为Al和不可避免的杂质。
5.如权利要求2所述的轴瓦合金的制备方法，其特征在于，轴瓦合金液相线为650℃，升温过热保温温度在850～950℃。
6.如权利要求1所述的轴瓦合金的制备方法，其特征在于，轴瓦合金在热处理结束后，需经以下工序：
(1)将钢背进行除锈、除油、助焊剂浸镀、预热工序；
(2)将合金液浇至钢背表面，后续利用轧制系统进行铸轧，得到钢背铝基复合板材。
7.如权利要求1所述的轴瓦合金的制备方法，其特征在于，轴瓦合金的热处理在气氛保护或覆盖剂保护措施的条件下进行。2 -->
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