CN107354329A - ZChSnSb11‑6改善摩擦学性能和β相细化的方法 - Google Patents

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倪玉权
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C13/00—Alloys based on tin
    • C22C13/02—Alloys based on tin with antimony or bismuth as the next major constituent

Abstract

本发明公开一种ZChSnSb11‑6改善摩擦学性能和β相细化的方法，通过在熔炼中添加Cu‑La铜镧中间合金，使β相(SnSb)细化，进而提高巴氏合金的摩擦学性能和硬度，该方法通过以铜镧中间合金的形式添加稀土元素镧，来细化β相晶粒和提高其摩擦磨损的性能，成本低，生产效率高。

Description

ZChSnSb11-6改善摩擦学性能和β相细化的方法
技术领域
本发明涉及ZChSnSb11-6改善摩擦学性能和晶粒细化的方法，属于金属冶炼领域。
背景技术
锡基巴氏合金作为轴承衬广泛应用于滑动轴承中，它具有膨胀系数小，对轴颈顺应性、嵌藏性好、耐磨性减摩性好、应用在轧机、汽轮机、机床等领域。但由于抗疲劳性差、硬度低、耐温性差、极大的限制了巴氏合金的应用范围。
近年来，由于高技术装备的性能不断提高，其使用过程中出现了一些问题，诸如低速重载时润滑失效、高速变载时易发生严重形变及启动和润滑失效时噪音过高等问题，使得对于这种传统材料的研究又逐渐重视起来。
细化β相晶粒的大小是改善巴氏合金摩擦性能的有效有段，从而提高其承载能力和耐磨性，同时改善其粘着磨损。锡基巴氏合金,是使用广泛的轴承合金之一，对于锡基巴氏合金β相晶粒细化，添加镉、砷、镍、锌等来细化β相晶粒，添加镉、砷虽然可以改善巴氏合金性能，但对镉、砷等元素会产生剧毒，会污染金属溶液，也会对生产过程造成严重的危害；通过轧制的方式可以细化晶粒提高巴氏合金的摩擦性能，但工艺性不好同时存在晶粒细化值存在表层上；
液态模锻的方式细化晶粒和提高巴氏合金摩擦学性能，但需要专用设备，费用较高，工艺复杂。
我国是稀土资源丰富，稀土元素的化学活性很强，且金属熔点低，稀土元素能与金属元素反应，生存不同的金属间化合物。稀土在金属材料中有细化硬质相，强效微合金化等作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种ZChSnSb11-6改善摩擦学性能和β相细化的方法，是为解决锡基巴氏合金摩擦学性能，细化β相，提高其耐磨性和硬度。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种ZChSnSb11-6改善摩擦学性能和β相细化的方法，工艺步骤如下：
1)将从云锡锡业购买的锡基巴氏合金块锯成小块；
2)用井式电阻炉将称重好的80-120g锡基巴氏合金块熔化；
3)将从湖南稀土研究院购买的Cu-La铜镧中间合金块添加到步骤(2)；
4)保温20-30min，使Cu-La铜镧中间合金，镧含量为10％充分熔到锡基巴氏合金熔体中；
5)添加质量百分比为0.1％～0.2％的氯化铵在步骤(4)之后，并静置；
6)将熔炼好的熔体浇注到已预热好的金属模具中，并冷却，即可得到晶粒细小和摩擦性能好的锡基巴氏合金铸锭。
所述步骤(2)添加Cu-La铜镧中间合金，使La的质量含量在0.02～0.5％之间。
所述步骤(2)锡基巴氏合金熔化温度控制在370～420℃，时间为5～10分钟。
所述步骤(4)的温度控制在480～500℃，时间为20～30分钟。
所述步骤(5)氯化铵的质量百分比0.1％～0.2％，静置时间5～10分钟。
所述步骤(6)已预热好的金属模具温度在125～130℃，冷却方式为水冷，后空冷。
所述的锡基巴氏合金按质量百分比由0.02％～0.5％的镧以铜镧中间合金含镧10％，10％～12％的Sb，5.5～10％Cu和余量的Sn组成。
本发明的锡基巴氏合金加入铜镧中间合金可以提高合金的强度和硬度。镧是一种储量丰富的稀土元素，有细化组织和净化作用等等，因此将镧以铜镧中间合金的形式加入巴氏合金中细化晶粒和提高其耐磨性和硬度。由于镧的燃点低和密度小，因此采用铜镧中间合金的形式添加到锡基巴氏合金中。
本发明的锡基巴氏合金可以作为轴瓦材料，也可以将其拉拔成丝用于熔敷材料。
附图说明
图1未改性的巴氏合金在100x下金相组织；
图2含0.02％镧的巴氏合金在100x下金相组织；
图3含0.044％镧的巴氏合金在100x下金相组织；
图4含0.096％镧的巴氏合金在100x下金相组织；
图5未改性的巴氏合金XRD谱图；
图6含0.096％镧的巴氏合金XRD谱图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
实施例1
(1)将锡基巴氏合金铸锭用钢丝锯锯成小块；
(2)用井式电阻炉将100g的锡基巴氏合金块熔化，在370～420℃温度下，时间5～10分钟；
(3)将含量为0.02％镧的铜镧中间合金添加到步骤(2)，温度调到480～500℃；
(4)使Cu-La铜镧中间合金(镧含量为10％)充分熔到锡基巴氏合金熔体中，温度控制在480～500℃，时间20～30分钟；
(5)添加含量为0.02％的氯化铵在步骤(4)之后,并静置5～10分钟；
(6)将熔炼好的熔体浇注到自制好的已预热温度为130℃的金属模具中，先水冷后空冷,即可得到晶粒细小和摩擦性能好的锡基巴氏合金铸锭。
(7)腐蚀后看金相β相平均晶粒尺寸为58μm，显微硬度为：75.38比为改性的锡基巴氏合金高了摩擦系数:0.073，磨损体积：0.032mm3。
相比未改性的锡基巴氏合金，晶粒小了30μm，硬度提高了38.48，摩擦系数高了0.021，磨损体积降低了0.028mm3。
实施例2
(1)将锡基巴氏合金铸锭用钢丝锯锯成小块；
(2)用井式电阻炉将100g的锡基巴氏合金块熔化，在370～420℃温度下，时间5～10分钟；
(3)将含量为0.044％镧的铜镧中间合金添加到步骤(2)，温度调到480～500℃；
(4)使Cu-La铜镧中间合金(镧含量为10％)充分熔到锡基巴氏合金熔体中，温度控制在480～500℃，时间20～30分钟；
(5)添加含量为0.02％的氯化铵在步骤(4)之后,并静置5～10分钟；
(6)将熔炼好的熔体浇注到自制好的已预热温度为130℃的金属模具中，先水冷后空冷,即可得到晶粒细小和摩擦性能好的锡基巴氏合金铸锭。
(7)腐蚀后看金相β相平均晶粒尺寸为55μm，显微硬度为：50.05摩擦系数:0.067，磨损体积：0.0349mm3。
相比未改性的锡基巴氏合金，晶粒小了33μm，硬度提高了13.6，摩擦系数高了0.015，磨损体积降低了0.025mm3。
实施例3
(1)将锡基巴氏合金铸锭用钢丝锯锯成小块；
(2)用井式电阻炉将100g的锡基巴氏合金块熔化，在370～420℃温度下，时间5～10分钟；
(3)将含量为0.096％镧的铜镧中间合金添加到步骤(2)，温度调到480～500℃；
(4)使Cu-La铜镧中间合金(镧含量为10％)充分熔到锡基巴氏合金熔体中，温度控制在480～500℃，时间20～30分钟；
(5)添加含量为0.02％的氯化铵在步骤(4)之后,并静置5～10分钟；
(6)将熔炼好的熔体浇注到自制好的已预热温度为130℃的金属模具中，先水冷后空冷,即可得到晶粒细小和摩擦性能好的锡基巴氏合金铸锭。
(7)腐蚀后看金相β相平均晶粒尺寸为57μm，显微硬度为：40.94摩擦系数:0.058，磨损体积：0.023mm3。
相比未改性的锡基巴氏合金，晶粒小了31μm，硬度提高了4.04，摩擦系数高了0.006，磨损体积降低了0.037mm3。
实施例4
本实例为对比实施例
(1)将锡基巴氏合金铸锭用线切割加工成直径为30mm，厚度为5mm的圆盘；
(2)用抛磨及抛光表面，并用4％的硝酸酒精溶液腐蚀表面；
(3)腐蚀后看金相β相平均晶粒尺寸为88μm，显微硬度为：36.9摩擦系数：0.052。磨损体积：0.060mm3。
根据霍尔佩奇理论，减小晶粒尺寸，有利于提高材料的硬度，通过以铜镧合金的方式添加镧，提高了巴氏合金的摩擦学性能。
具体实施中的磨损体积通过激光共聚焦获得，摩擦系数采用CETR摩擦磨损试验机进行磨损试验测试，硬度采用显微硬度计来测试，并进行对比性量化比较。

Claims (7)

1.ZChSnSb11-6改善摩擦学性能和β相细化的方法，其特征在于，工艺步骤如下：
(1)将从云锡锡业购买的锡基巴氏合金块锯成小块；
(2)用井式电阻炉将称重好的80-120g锡基巴氏合金块熔化；
(3)将从湖南稀土研究院购买的Cu-La铜镧中间合金块添加到步骤(2)；
(4)保温20-30min，使Cu-La铜镧中间合金，镧含量为10％充分熔到锡基巴氏合金熔体中；
(5)添加质量百分比为0.1％～0.2％的氯化铵在步骤(4)之后，并静置；
(6)将熔炼好的熔体浇注到已预热好的金属模具中，并冷却，即可得到晶粒细小和摩擦性能好的锡基巴氏合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的ZChSnSb11-6改善摩擦学性能和β相细化的方法，其特征在于：所述步骤(2)添加Cu-La铜镧中间合金，使La的质量含量在0.02～0.5％之间。
3.根据权利要求1所述的ZChSnSb11-6改善摩擦学性能和β相细化的方法，其特征在于：所述步骤(2)锡基巴氏合金熔化温度控制在370～420℃，时间为5～10分钟。
4.根据权利要求1所述的ZChSnSb11-6改善摩擦学性能和β相细化的方法，其特征在于：所述步骤(4)的温度控制在480～500℃，时间为20～30分钟。
5.根据权利要求1所述的ZChSnSb11-6改善摩擦学性能和β相细化的方法，其特征在于：所述步骤(5)氯化铵的质量百分比0.1％～0.2％，静置时间5～10分钟。
6.根据权利要求1所述的ZChSnSb11-6改善摩擦学性能和β相细化的方法，其特征在于：所述步骤(6)已预热好的金属模具温度在125～130℃，冷却方式为水冷，后空冷。
7.根据权利要求1所述的ZChSnSb11-6改善摩擦学性能和β相细化的方法，其特征在于：所述的锡基巴氏合金按质量百分比由0.02％～0.5％的镧以铜镧中间合金含镧10％，10％～12％的Sb，5.5～10％Cu和余量的Sn组成。
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