CN115094267B - 一种铅基轴承合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铅基轴承合金,所述铅基轴承合金为在电解铅中添加锌、钠、银、碳元素利用超声波搅拌配制配制而成,所述铅基轴承合金包括如下重量百分比的组分:锌5‑12%,钠0.1‑0.5%,银0.05‑0.1%,碳0.05‑0.3%,余量为铅。本发明采用Zn‑Na‑Ag‑C‑Pb这五种金属元素配制成铅基轴承合金,添加的金属元素较少且电解铅极易获取、价格适中,能够大大降低配制的成本,减轻企业的负担,无需添加锡元素就能使该铅基轴承合金具备了锡基轴承合金的相应性能,不仅有效地提升了铅基轴承合金的经济效应,而且也有效地扩大了铅基轴承合金的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于轴承合金的技术领域,具体涉及一种铅基轴承合金。
背景技术
轴承合金又称轴瓦合金,用于制造滑动轴承的材料,通常附着于轴承座壳内,起减摩作用。轴承合金大多具有如下性能:良好的耐磨性能和减磨性能;有一定的抗压强度和硬度,有足够的疲劳强度和承载能力;塑性和冲击韧性良好;具有良好的抗咬合性;良好的顺应性;好的嵌镶性;要有良好的导热性、耐蚀性和小的热膨胀系数。常用的轴瓦合金有锡基轴承合金和铅基轴承合金,又称为巴氏合金。而锡基轴承合金具有较小的线膨胀系数,较小的摩擦系数,较好的顺应性,抗咬合性,嵌藏性,具有良好的韧性耐腐蚀性和导热性,是轴承合金的优良品种,主要用于高速重载荷条件的设备,但其缺点是疲劳强度较低、热强性较差,一般使用温度不得超过100℃,否则其强度和硬度都有所下降,使用寿命会大大减小,基至发生局部熔化的现象,且由于锡金属近年来的价格较为昂贵,故生产成本也相应增加。又由于铅的储备量大,且价格较为便宜,具有较好的成本优势,但目前铅基轴承合金在强度、硬度和耐磨性以及冲击韧性方面与锡基轴承合金有较大差距,因此限制了铅基轴承合金的使用范围。
现阶段已有在铅中添加其他多种金属元素作为铅基轴承合金,虽能改善铅基轴承合金的强度、硬度和耐磨性以及冲击韧性,但依旧在铅基轴承合金中依旧存在微量的锡元素,使得铅基轴承合金的性能与锡基轴承合金存在不小的差距,且添加的金属元素较多,成本也就较高,使得铅基轴承合金远达不到锡基轴承合金的经济效应。如中国专利授权公告号CN104032187A,公开日2014年09月10日,公开了一种汽车发动机曲轴轴承用铅基轴承合金及其制造方法,文中提出“铅基轴承合金由如下重量百分比的组分组成:锡:3-5wt%,锑:6-8wt%,镍:0.05-0.25wt%,砷:0.1-0.3wt%,镉:0.3-0.8wt%,镧和铈:0.5-0.9wt%,余量为铅。”此现有技术是将铅、锑和锡为母合金,创造性地添加镍、镉、砷、及稀土镧和铈,改善了合金材料的性能,虽能提升合金的塑性、韧性、强度和减摩性,但此现有技术的铅基轴承合金依旧存在锡元素,并不能完全摒弃锡元素,使得铅基轴承合金的性能远达不到锡基轴承合金的性能,且为了能达到锡基轴承合金的性能,需在母合金中添加多种金属元素,成本较高,使得铅基轴承合金的经济效应也就较差,从而约束了铅基轴承合金的应用范围。为此,需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铅基轴承合金,以解决上述背景技术中提出的现阶段铅基轴承合金依旧存在微量的锡元素,远达不到锡基轴承合金的性能,为了能达到锡基轴承合金的性能,需在合金中添加其它多种金属元素,成本高,经济效应差,应用范围小的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种铅基轴承合金,其特征在于,所述铅基轴承合金为在电解铅中添加锌、钠、银、碳元素利用超声波搅拌配制而成,所述铅基轴承合金包括如下重量百分比的组分:锌5-12%,钠0.1-0.5%,银0.05-0.1%,碳0.05-0.3%,余量为铅。
进一步的,所述铅基轴承合金包括如下重量百分比的组分:锌8%,钠0.3%,银0.08%,碳0.15%,余量为铅。
制备以上铅基轴承合金的方法,所述铅基轴承合金的配制采用电解铅作为铅源,其特征在于,所述铅基轴承合金的具体配制方法如下:
S1、将配方量的电解铅添加至高温均质炉中加热升温至400-450℃,使电解铅完全熔化;
S2、在高温均质炉中鼓入氩气5-15min并继续加热升温至500-550℃,在氩气的保护下添加配方量的锌,而后通过超声波搅拌器使搅拌频率控制在5-15Hz下进行搅拌直至锌完全熔化;
S3、在氩气的保护下将配方量的钠和配方量的银同时添加至高温均质炉中继续利用超声波搅拌器进行8-10min搅拌直至钠和银完全熔化,而后对高温均质炉继续升温至900-950℃;
S4、在900-950℃下的高温均质炉中添加配方量的直径2-20纳米的碳纳米管,再利用超声波搅拌器进行30-50min搅拌后停止搅拌,得到液态铅基轴承合金;
S5、将液态铅基轴承合金使用光谱仪进行合金成分取样检测,取样的合金成分与标准的合金成分有偏差时需添加对应的金属元素进行调整,配制后再重新取样检测,检测结束后继续通过超声波搅拌器使搅拌频率控制在3-7Hz下进行搅拌,同时开启降温程序,在温度降到550-600℃时将合金浇铸成合金锭,得到最终产品铅基轴承合金。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1. 本发明采用Zn-Na-Ag-C-Pb(锌-钠-银-碳-铅)这五种金属元素配制成铅基轴承合金,添加的金属元素较少且电解铅极易获取、价格适中,能够大大降低配制的成本,减轻企业的负担,无需添加锡元素就能使该铅基轴承合金具备了锡基轴承合金的相应物质性能,不仅有效地提升了铅基轴承合金的经济效应,而且也有效地扩大了铅基轴承合金的应用范围。
2. 本发明采用高温均质炉与超声波搅拌器相结合的热处理搅拌方式,能够使Zn-Na-Ag-C-Pb(锌-钠-银-碳-铅)这五种金属元素之间相互作用、相互影响,从而使铅基轴承合金具有了强度高、承载能力强、熔点高、易铸造、一致性好、减磨性好的特点,无需为了达到锡基轴承合金的性能而添加锡元素或其它多种金属元素,能够大大降低配制的成本,减轻了企业的负担,同时也能有效地提升铅基轴承合金的经济效应,扩大铅基轴承合金的应用范围。
3. 本发明配制出的铅基轴承合金对应的物质性能指标与现有的锡基合金基本一致,要远高于现用的铅基合金,且该铅基轴承合金的价格低于常用锡基合金价格的10%,大大降低配制的成本,减轻了企业的负担,同时也能有效地提升铅基轴承合金的经济效应,扩大铅基轴承合金的应用范围。
实施方式
以下实施例用来进一步说明本发明的内容,并不限制本发明的应用。
实施例1:
按照重量百分比选取铅基轴承合金的组分:锌8%,钠0.3%,银0.08%,碳0.15%,其余为铅;其中,锌的成分应符合YS/T920-2013标准中的Zn-05牌号要求,钠的成分应符合GB22379-2008标准中的一等品要求,银的成分应符合GB/T4135-2002标准中的IC-Ag99.95要求,碳为直径2-20纳米的碳纳米管(较小粒径的碳材料具有较大的比表面积,有利于碳材料与铅形成合金),铅的成分应符合GB/T469-2013标准中的Pb99.994牌号标准。
首先将91.47份的电解铅添加到高温均质炉(高温均质炉中可鼓入氩气与空气中的氧气进行隔绝)中加热升温至400-450℃,使电解铅完全熔化后,用专用工装将漂浮在铅液表面的铅渣打捞干净,再将高温均质炉的上盖盖上,而后在高温均质炉中鼓入氩气5-15min,将高温均质炉中的空气全部置换出,继续加热升温至500-550℃,在氩气的保护下添加8份的锌(添加锌可有效的提高铅合金的硬度,提高合金的抗疲劳强度),开启超声波搅拌器并控制搅拌频率在5-15Hz下进行搅拌直至锌完全熔化,再在氩气的保护下将0.3份的钠(添加钠可以改善合金应加入锌而导致的脆性,使合金具有更好的塑性和冲击韧性)和0.08份的银(添加银可有效改善合金的耐腐蚀性和耐磨性)同时添加至高温均质炉中继续利用超声波搅拌器搅拌8-10min直至钠和银完全熔化,而后对高温均质炉继续升温至900-950℃,在高温均质炉中继续添加0.15份的直径为2-20纳米的碳纳米管(添加的碳在合金中均匀分,部分碳原子与铅等金属进行金属碳化物,使铅合金具有更好的强度和减磨性),再继续利用超声波搅拌器搅拌30-50min后停止搅拌,使铅基轴承合金各组分混合均匀,得到液态铅基轴承合金,然后将液态铅基轴承合金使用光谱仪进行合金成分取样检测,取样的合金成分与标准的合金成分有偏差时需添加对应的金属元素进行调整,配制后再重新取样检测,检测结束后再继续利用超声波搅拌器使搅拌频率控制在3-7Hz的条件下进行搅拌,同时开启降温程序,在温度降到550-600℃时将合金浇铸成合金锭,得到最终具有高强度、强承载能力、高熔点、易铸造、一致性好、减磨性好的产品铅基轴承合金。配制好的铅基轴承合金按照GB/T231《金属材料布氏硬度试验》检测方法测试的布氏硬度为28.5,按照GB/T7314《金属材料室温压缩试验方法》测试的抗压强度为141.2MPa,按照GB/T228.1《金属材料室温拉伸试验方法》测试的屈服强度为52.6MPa,抗拉强度为89.5MPa,由此可知,采用Zn-Na-Ag-C-Pb(锌-钠-银-碳-铅)这五种金属元素配制成铅基轴承合金对应的物质性能指标与现有的锡基合金基本一致,要远高于现用的铅基合金,且该铅基轴承合金的价格低于常用锡基合金价格的10%,优势明显。
实施例2:
本实施例中配制铅基轴承合金的组分及制备工艺均与实施例1一致,仅配方量不一致,即:按照重量百分比选取铅基轴承合金的组分:锌5%,钠0.1%,银0.08%,碳0.3%,其余为铅,(即:94.52份的电解铅、5份的锌、0.1份的钠、0.08份的银和0.3份的直径为2-20纳米的碳纳米管)。
实施例3:
本实施例中配制铅基轴承合金的组分及制备工艺均与实施例1一致,仅配方量不一致,即:按照重量百分比选取铅基轴承合金的组分:锌12%,钠0.5%,银0.05%,碳0.05%,其余为铅,(即:87.4份的电解铅、12份的锌、0.5份的钠、0.05份的银和0.05份的直径为2-20纳米的碳纳米管)。
实施例4:
本实施例中配制铅基轴承合金的组分及制备工艺均与实施例1一致,仅配方量不一致,即:按照重量百分比选取铅基轴承合金的组分:锌10%,钠0.4%,银0.1%,碳0.2%,其余为铅,(即:89.3份的电解铅、10份的锌、0.4份的钠、0.1份的银和0.2份的直径为2-20纳米的碳纳米管)。
实施例5:
本实施例中配制铅基轴承合金的组分及制备工艺均与实施例1一致,仅配方量不一致,即:按照重量百分比选取铅基轴承合金的组分:锌7%,钠0.2%,银0.7%,碳0.25%,其余为铅,(即:91.85份的电解铅、7份的锌、0.3份的钠、0.7份的银和0.25份的直径为2-20纳米的碳纳米管)。
Claims (9)
1.一种铅基轴承合金,其特征在于,所述铅基轴承合金为在电解铅中添加锌、钠、银、碳元素利用超声波搅拌配制而成,所述铅基轴承合金包括如下重量百分比的组分:锌5-12%,钠0.1-0.5%,银0.05-0.1%,碳0.05-0.3%,余量为铅,所述铅基轴承合金具体的配制方法如下:
S1、将配方量的电解铅添加至高温均质炉中进行加热熔化;
S2、在高温均质炉中鼓入氩气并继续加热,在氩气的保护下添加配方量的锌,而后通过超声波搅拌器进行搅拌直至熔化;
S3、在氩气的保护下将配方量的钠和配方量的银同时添加至高温均质炉中继续利用超声波搅拌器进行搅拌直至熔化,而后对高温均质炉继续升温;
S4、在升温后的高温均质炉中添加配方量的碳纳米管,再利用超声波搅拌器搅拌30-50min后停止搅拌,得到液态铅基轴承合金;
S5、将液态铅基轴承合金使用光谱仪进行合金成分取样检测,检测结束后继续利用超声波搅拌器进行搅拌,同时开启降温程序,在温度降到550-600℃时将合金浇铸成合金锭,得到最终产品铅基轴承合金。
2.根据权利要求1所述的一种铅基轴承合金,其特征在于,所述铅基轴承合金包括如下重量百分比的组分:锌8%,钠0.3%,银0.08%,碳0.15%,余量为铅。
3.根据权利要求1所述的一种铅基轴承合金,其特征在于,S1中,加热温度为400-450℃。
4.根据权利要求1所述的一种铅基轴承合金,其特征在于,S2中,鼓入氩气的时间为5-15min,加热的温度为500-550℃。
5.根据权利要求1所述的一种铅基轴承合金,其特征在于,S2中,超声波搅拌器的搅拌频率为5-15Hz。
6.根据权利要求1所述的一种铅基轴承合金,其特征在于,S3中,升温的温度为900-950℃。
7.根据权利要求1所述的一种铅基轴承合金,其特征在于,S4中,碳纳米管的直径为2-20纳米。
8.根据权利要求1所述的一种铅基轴承合金,其特征在于,S5中,取样的合金成分与标准的合金成分有偏差时需添加对应的金属元素进行调整,配制后再重新取样检测。
9.根据权利要求1所述的一种铅基轴承合金,其特征在于,S5中,超声波搅拌器的搅拌频率为3-7Hz。
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