CN106119607A - 一种油膜轴承合金材料及其制造方法 - Google Patents

一种油膜轴承合金材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油膜轴承合金材料，包括按重量百分含量计的：35～40％的Al、1～2％的Cu、0.01～0.05％的Mg、1～2％的Si、0.2～0.75％的Mn、0.05～0.1％的Ce、0.1～0.3％的Fe、0.3～0.5％的Ni、0.04～0.08％的Li，0.04％的Ti，余量为Zn。本发明还公开了一种油膜轴承合金材料的制造方法。本发明具有造价低廉、摩擦系数低、耐磨性理想、塑韧性好及耐高温等优点。

Description

一种油膜轴承合金材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及合金技术，特别涉及到一种油膜轴承合金材料及其制造方法。
背景技术
油膜轴承作为轧机设备的重要零部件，工作时靠辊轴在轴承中旋转把润滑油吸入负荷区的楔形间隙，利用液体的动压效应将油膜轴承与辊颈分离开，形成纯液体摩擦，其运行性能和使用寿命直接关系到轧机的生产效率和钢材质量。
油膜轴承在工作中为了保证油膜的形成，其工作表面具有较低地粗糙度，以避免两表面不平度高峰直接接触，破坏油膜的形成，从而使得油膜轴承在工作时摩擦加剧，影响油膜轴承的承载能力和寿命。因此油膜轴承具有比一般滑动轴承和滚动轴承摩擦系数小、损耗低、刚性高等优点，是一种高精度轴承，其关键件精度要求达到微米级。油膜轴承的承载能力直接决定着轴承的使用性能和使用寿命，轴承材料作为影响油膜轴承承载性能的主要因素之一，ZA27等锌基合金材料正在逐渐取代传统的成本昂贵的铜铅合金材料，但随着轧钢生产向着高速度、高精度、高效益的发展，轧机油膜轴承所受工况恶劣，速度和负载变化大，冲击振动大，国内传统的锌基合金存在摩擦系数偏高、耐磨性不够理想、塑韧性不足、不耐高温等缺点，大大限制了锌基合金替代铜合金的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺点与不足，提供一种造价低廉、摩擦系数低、耐磨性理想、塑韧性好及耐高温的合金油膜轴承。
本发明另一目的在于提供一种合金油膜轴承的制造方法。
本发明所述的目的提供下述技术方案实现：一种合金油膜轴承，包括按重量百分含量计的：35～40％的Al、1～2％的Cu、0.01～0.05％的Mg、1～2％的Si、0.2～0.75％的Mn、0.05～0.1％的Ce、0.1～0.3％的Fe、0.3～0.5％的Ni、0.04～0.08％的Li，余量为Zn。
还包括按重量百分含量计的：0.04％的Ti。
所述合金油膜轴承包括按重量百分含量计的：38％的Al、1.5％的Cu、0.03％的Mg、1.5％的Si、0.5％的Mn、0.08％的Ce，0.2％的Fe、0.4％的Ni、0.06％的Li。
所述合金油膜轴承包括按重量百分含量计的：40％的Al、1％的Cu、0.05％的Mg、1％的Si、0.2％的Mn、0.05％的Ce，0.3％的Fe、0.35％的Ni、0.04％的Li、0.04％的Ti。
上述的合金油膜轴承的制造方法，包括如下步骤：
(1)、熔炼：取按重量百分含量计的：35～40％的Al、1～2％的Cu、1～2％的Si、0.2～0.75％的Mn、0.1～0.3％的Fe，0.3～0.5％的Ni，0.04～0.08％的Li，余量为Zn，在720～750℃条件下进行熔炼处理；
(2)、变质处理：在步骤(1)中的合金材料中加入0.01～0.05％的Mg、0.05～0.1％的Ce，加热温度为740～780℃，进行变质处理，翻滚12-16分钟，然后静置30-45分钟待用，有效防止晶间腐蚀，提高合金强度和伸长率延伸率的同时，提高了合金的高温力学性能，并有效减少了合金的底缩现象；
(3)、喷雾沉积：将熔炼的液相合金通过喷嘴进入充满惰性气体的封闭式喷雾沉积室，在喷口处液相合金被氮气雾化成细小的雾滴，喷向模板的表面而集聚沉积，雾化压力0.6～0.8MPa，喷射温度720～750℃，减少了氧化物、氢气等杂质引起脆性，进一步提高了合金的韧性和延展性。
(4)、挤压：在350～500℃温度范围内，使用金属塑性加工方法，对合金进行均匀化处理及热挤压，使初生的树枝状富铝相细化，消除疏松，提高综合性能；
(5)、固溶处理：合金在375℃下进行固溶化处理10小时后水淬，增加了高温时组织的稳定性，有效提高了合金的高温强度和抗蠕变压力；
(6)、人工时效：再经200℃人工时效8小时，合金组织均匀化，冲击韧性及耐磨性大幅度提升。
所述步骤(2)中还包括按重量百分含量计的：0.04％的Ti。
所述步骤(6)处理过的合金的抗拉强度σb390～550MPa，室温硬度130～155HB，抗压强度σbc＞720MPa，冲击韧性ak＞120J/cm2，摩擦系数是铜铅合金的1/3。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明中的配比经过长期实验得出，锌基合金中35～40％的铝较传统锌基合金α枝晶数量增加，塑韧性能增强，降低了摩擦因素，具有造价低廉、摩擦系数低、耐磨性理想、塑韧性好及耐高温等优点。
2、本发明中镁可以提高合金的强度和拉伸性能，铜除了增加合金硬度及强度外，还弥补了镁降低塑性的缺陷。
3、本发明中加入了0.04％的Ti经热处理后，增强合金的抗衰退能力，可以增强使用寿命，更能和产品配套使用。
4、本发明中的硅能增强合金的减摩耐磨性，合金承载能力高于常规锌基合金的40～50％。
5、本发明中加入锰在锌基合金中生成硬质点相，提高合金的耐磨性能，降低摩擦系数，适量的锰和镍可以强化高温强度低的非平衡三相共晶，显著提高了合金的高温性能，同时大量的富镍相粒子显著提高了超塑性拉伸的稳态流应变力。
6、本发明中铁在锌基合金中原为富铁相化合物存在，经稀土元素铈变质处理后，进一步改善合金摩擦磨损特性并增强承载能力。
7、本发明中锂元素能消除铝、锌的宏观偏析所致的合金底面缩孔，细化合金组织，使得晶界相变得细碎且分布不连续，提高合金的高温强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本发明提供了一种合金油膜轴承，包括按重量百分含量计的：38％的Al、1.5％的Cu、0.03％的Mg、1.5％的Si、0.5％的Mn、0.08％的Ce，0.2％的Fe、0.4％的Ni、0.06％的Li，余量为Zn。
上述的合金油膜轴承的制造方法，包括如下步骤：
(1)、熔炼：取按重量百分含量计的：38％的Al、1.5％的Cu、1.5％的Si、0.5％的Mn、0.2％的Fe，0.4％的Ni，0.06％的Li，余量为Zn，在720～750℃条件下进行熔炼处理；
(2)、变质处理：在步骤(1)中的合金材料中加入0.05％的Mg、0.08％的Ce，加热温度为740℃，进行变质处理，然后静置待用；
(3)、喷雾沉积：将熔炼的液相合金通过喷嘴进入充满惰性气体的封闭式喷雾沉积室，在喷口处液相合金被氮气雾化成细小的雾滴，喷向模板的表面而集聚沉积，雾化压力0.6～0.8MPa，喷射温度720～750℃，减少了氧化物、氢气等杂质引起脆性，进一步提高了合金的韧性和延展性。
(4)、挤压：在350℃温度范围内，使用金属塑性加工方法，对合金进行均匀化处理及热挤压，使初生的树枝状富铝相细化，消除疏松，提高综合性能；
(5)、固溶处理：合金在375℃下进行固溶化处理10小时后水淬，提高合金硬度；
(6)、人工时效：再经200℃人工时效8小时，合金组织均匀化，冲击韧性及耐磨性大幅度提升。
所述步骤(6)处理过的合金的抗拉强度σb390～550MPa，室温硬度130～155HB，抗压强度σbc＞720MPa，冲击韧性ak＞120J/cm2，摩擦系数是铜铅合金的1/3。
采用上述配比和方法，使产品具有造价低廉、摩擦系数低、耐磨性理想、塑韧性好及耐高温等优点。
实施例2
一种合金油膜轴承，包括按重量百分含量计的：40％的Al、1％的Cu、0.05％的Mg、1％的Si、0.2％的Mn、0.05％的Ce，0.3％的Fe、0.35％的Ni、0.04％的Li，0.04％的Ti，余量为Zn。
上述的合金油膜轴承的制造方法，包括如下步骤：
(1)、熔炼：取按重量百分含量计的：40％的Al、1％的Cu、1％的Si、0.2％的Mn、0.3％的Fe，0.35％的Ni，0.04％的Li，在750℃条件下进行熔炼处理；
(2)、变质处理：在步骤(1)中的合金材料中加入0.05％的Mg、0.05％的Ce，0.04％的Ti，加热温度为780℃，进行变质处理，然后静置待用；
(3)、喷雾沉积：将熔炼的液相合金通过喷嘴进入充满惰性气体的封闭式喷雾沉积室，在喷口处液相合金被氮气雾化成细小的雾滴，喷向模板的表面而集聚沉积，雾化压力0.6～0.8MPa，喷射温度720～750℃，减少了氧化物、氢气等杂质引起脆性，进一步提高了合金的韧性和延展性。
(4)、挤压：在500℃温度范围内，使用金属塑性加工方法，对合金进行均匀化处理及热挤压，使初生的树枝状富铝相细化，消除疏松，提高综合性能；
(5)、固溶处理：合金在375℃下进行固溶化处理10小时后水淬，提高合金硬度；
(6)、人工时效：再经200℃人工时效8小时，合金组织均匀化，冲击韧性及耐磨性大幅度提升。
所述步骤(6)处理过的合金的抗拉强度σb390～550MPa，室温硬度130～155HB，抗压强度σbc＞720MPa，冲击韧性ak＞120J/cm2，摩擦系数是铜铅合金的1/3。
对比实施例
拉伸试验试样尺寸为Φ8mm的标准短拉伸试样，U型缺口试样。实施例3中的合金油膜轴承及方法和类似材料ZA27的试样其力学性能试验在用CMT电子万能材料实验机上进行，测试其拉抗拉强度、抗压强度、冲击韧性。
材料 σb(MPa) σbc(MPa) ak(J/cm2)
实施例2 530 735 124
ZA27 440 350 47.9
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种合金油膜轴承，其特征在于：包括按重量百分含量计的：35～40％的Al、1～2％的Cu、0.01～0.05％的Mg、1～2％的Si、0.2～0.75％的Mn、0.05～0.1％的Ce、0.1～0.3％的Fe、0.3～0.5％的Ni、0.04～0.08％的Li，余量为Zn。
2.根据权利要求1所述的合金油膜轴承，其特征在于：还包括按重量百分含量计的：0.04％的Ti。
3.根据权利要求1所述的合金油膜轴承，其特征在于：所述合金油膜轴承包括按重量百分含量计的：38％的Al、1.5％的Cu、0.03％的Mg、1.5％的Si、0.5％的Mn、0.08％的Ce，0.2％的Fe、0.4％的Ni、0.06％的Li。
4.根据权利要求2所述的合金油膜轴承，其特征在于：所述合金油膜轴承包括按重量百分含量计的：40％的Al、1％的Cu、0.05％的Mg、1％的Si、0.2％的Mn、0.05％的Ce，0.3％的Fe、0.35％的Ni、0.04％的Li。
5.根据权利要求1～4任一项所述的合金油膜轴承的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、熔炼：取按重量百分含量计的：35～40％的Al、1～2％的Cu、1～2％的Si、0.2～0.75％的Mn、0.1～0.3％的Fe，0.3～0.5％的Ni，0.04～0.08％的Li，余量为Zn，在720～750℃条件下进行熔炼处理；
(2)、变质处理：在步骤(1)中的合金材料中加入0.01～0.05％的Mg、0.05～0.1％的Ce，加热温度为740～780℃，进行变质处理，翻滚12-16分钟，然后静置30-45分钟待用，有效防止晶间腐蚀，提高合金强度和伸长率延伸率的同时，提高了合金的高温力学性能，并有效减少了合金的底缩现象；
(3)、喷雾沉积：将熔炼的液相合金通过喷嘴进入充满惰性气体的封闭式喷雾沉积室，在喷口处液相合金被氮气雾化成细小的雾滴，喷向模板的表面而集聚沉积，雾化压力0.6～0.8MPa，喷射温度720～750℃，减少了氧化物、氢气等杂质引起脆性，进一步提高了合金的韧性和延展性。
(4)、挤压：在350～500℃温度范围内，使用金属塑性加工方法，对合金进行均匀化处理及热挤压，使初生的树枝状富铝相细化，消除疏松，提高综合性能；
(5)、固溶处理：合金在375℃下进行固溶化处理10小时后水淬，增加了高温时组织的稳定性，有效提高了合金的高温强度和抗蠕变压力；
(6)、人工时效：再经200℃人工时效8小时，合金组织均匀化，冲击韧性及耐磨性大幅度提升。
6.根据权利要求5所述的合金油膜轴承的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中还包括按重量百分含量计的：0.04％的Ti。
7.根据权利要求5所述的合金油膜轴承的制造方法，其特征在于：所述步骤(6)处理过的合金的抗拉强度σb390～550MPa，室温硬度130～155HB，抗压强度σbc＞720MPa，冲击韧性ak＞120J/cm2，摩擦系数是铜铅合金的1/3。
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