CN118237797A - 一种铝基轴承合金焊丝及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝基轴承合金焊丝及其制备方法和应用，涉及增材技术领域。具体而言，所述铝基轴承合金焊丝包括Sn 17.5%~22.5%、Cu 0.7%~1.3%、Ce 2%~3.4%、Nd 1.8%~3.0%，以及余量的Al；焊丝的制备方法包括：配料、熔炼后经水平连铸得到合金棒材；将所述合金棒材依次经过旋锻、多道次轧制、多道次拉拔和刮削加工后制得，且旋锻、轧制和拉拔都存在特定温度限制。本发明结合微合金元素改性、带温旋锻、带温轧制和带温拉拔，消除了铝锡合金的铸造缺陷，细化了合金凝固组织晶粒；将制得的铝基焊丝用于轴瓦制备时，具有工作面机械强度高、工作面与钢基体结合性强等优势。
Description
技术领域
本发明涉及增材技术领域，具体而言，涉及一种铝基轴承合金焊丝及其制备方法和应用。
背景技术
轴瓦是滑动轴承中重要的零部件，它可以支撑轴和轴上零件，保证轴的旋转精度，并减少轴与支撑零件之间的摩擦。现代大型高速电机对轴瓦材料提出了承载和减摩等多方面的要求。铝基轴承合金AlSn20Cu（国标合金元素质量分数：Sn : 17.5~22.5，Cu：0.7~1.3，Al：余量，Ti＜0.2，Si＜0.5，Mn＜0.5，Ti+Si+Mn＜1，Ni≤0.1，P＜0.1，其他＜0.5）作为铸造铝基轴承合金的原料具有硬度高、耐磨性好、不易产生咬死现象等优势，有较好的铸造性能和切削加工性能，常用于较高负载、较高滑动速度下的轴瓦工件。但是，由于铝基轴承合金AlSn20Cu中Sn元素以单质形式存在与铝基体晶界处（常温下，Sn在Al基体中的固溶度＜0.15wt.%，基本无法固溶），导致该合金塑性加工非常困难。
目前轴瓦生产企业通常通过复合轧制生产铝基轴承合金复合轴瓦；磁控溅射制备铝基轴承合金符合轴瓦作为前沿技术，部分研究机构也进行先行研究。其中，复合轧制是将两种或两种以上不同物理及化学性能的金属（基体与复层材料）通过轧制使其在整个接触面上相互牢靠地结合在一起的加工方法。进一步地，复合轧制包括冷轧复合轧制和热轧复合轧制，冷轧复合轧制合金板带之间是机械咬合，热轧复合轧制合金板带之间是元素扩散，冶金结合。而通过复合轧制获得的铝基轴承合金和钢背之间通常是物理机械咬合，结合强度低于冶金结合，这导致轴瓦使用寿命较短。此外，复合轧制对生产工艺要求高，成品率也相对低下。复合冷轧轧制制备铝基轴瓦通常包括以下工序：①AlSn20Cu合金的熔炼、连铸，AlSn20Cu合金上下表面与纯Al板的预复合轧制，合金预复合板的轧制减薄；②将轧薄后的合金预复合板与钢背的复合轧制，以及后工序复合板的热处理和纵剪分条；上述工艺操作比较繁琐，设备等固定资产投入较大。
磁控溅射是通过阴极将氩离子加速并轰击阴极靶表面，将靶材表面原子溅射出来沉积在基底表面上形成AlSn20Cu合金薄膜。该技术主要存在以下缺点：（1）设备成本高；（2）工艺复杂、操作难度大；（3）对基底材料要求高，不适合处理带有铁磁性的材料；（4）熔覆层结合力较低；（5）沉积速率低，不适合镀10μm以上的膜厚；（6）靶材利用率低，生产成本高。
专利CN102935447A提供了一种铝锡40铜-钢金属轴承材料及其制造方法，所采用的铝铜40铜合金的化学成分为：38.9% Sn，0.95% Cu，0.27% Fe，0.20% Si，0.02% Mn，Al为余量；合金硬度为30.2-30.7HB，钢背硬度为181-185HB，材料的抗剪强度为75MPa，钢背的抗拉强度为528MPa。该技术方案得到的轴瓦合金层硬度较低，且合金层与钢背的结合强度也较低，未能解决轴瓦合金层与基体结合性不好且合金层硬度较为低下的问题。
专利CN105626695A提供了一种铝基-钢双金属轴瓦材料及其制备工艺，该材料由铝覆盖层、铝基合金层、铝过渡层和低碳钢层所组成；其中，铝基合金层为以内生TiB2颗粒作为增强体、以铝锡铜合金作为基体合金的内生TiB2颗粒增强型铝锡铜合金；铝基-钢双金属轴瓦材料的界面结合强度为92.8MPa、抗疲劳强度为45MPa、铝基合金层硬度为39.1HB。该技术方案得到的轴瓦合金层硬度以及与钢背基体的结合强度较低，同样未能解决轴瓦合金层与基体结合性不好且合金层硬度较为低下的问题，且制备工艺复杂，需引入第二相增强粒子。
专利CN 103362954 A提供了一种具有磁控溅射自润滑复合镀层的轴瓦及其生产方法，该材料由钢背、轴承合金层、镍栅层所组成。该方法主要存在以下问题：(1) 生产工序较为繁琐，生产成本较高，需要在钢背增材轴承合金层、镍栅层后，方可通过磁控溅射的方法在镍栅层表面增材AlSn合金层；（2）AlSn合金层的厚度仅有15μm，轴瓦的使用寿命较低。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种铝基轴承合金焊丝，主要用于解决：一方面是常规铝基轴承合金塑性、延展性差且难以变形加工的缺陷，另一方面是在轴瓦材料中常规轴承合金与钢基体的结合强度差、工作面机械强度低的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种所述的铝基轴承合金焊丝的制备方法，该方法基于第一目的中焊丝中特定的微合金元素组分的改性，兼以带温旋锻、带温轧制等带温拉拔手段，避免了锡偏析或锡铝难以固熔的技术问题。
本发明的第三目的在于提供一种轴瓦材料的制备方法，通过采用如第一目的中提供的所述铝基轴承合金焊丝，并以冷金属过渡焊接技术（CMT）进行与钢背的熔覆锻造，能够有效提高轴承合金与钢背之间的结合强度，且具有良好的工作面机械强度。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种铝基轴承合金焊丝，包括按质量分数计的如下元素组分：
Sn 17.5%~22.5%、Cu 0.7%~1.3%、Ce 2%~3.4%、Nd 1.8%~3.0%，以及余量的Al。
一种所述的铝基轴承合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：
配料、熔炼后经水平连铸得到合金棒材；将所述合金棒材依次经过旋锻、多道次轧制、多道次拉拔和刮削加工后，得到所述铝基轴承合金焊丝；
其中，所述旋锻的温度为180℃~190℃，所述轧制的温度为180℃~190℃，所述拉拔的温度为180℃~190℃。
一种轴瓦材料的制备方法，包括如下步骤：将所述的铝基轴承合金焊丝熔覆至钢背表面；且所述熔覆通过冷金属过渡焊接技术进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：针对铝基轴承合金中主要元素Al和Sn元素的熔点、密度差异大、固溶度小而导致铝基轴承合金会出现严重比重偏析的铸造缺陷，同时，由于铝基轴承合金铸态显微组织中Sn元素以单质形式在铝基体晶界处分布而导致的后续塑性加工十分困难的行业难题，本发明中结合微合金元素改性，以及带温旋锻、带温轧制和带温拉拔等变形手段，消除了铝基轴承合金的铸造缺陷，细化了合金凝固组织晶粒，将合金铸态组织转变为变形组织；同时通过带温塑性加工将沿铝基体晶界带状分布的Sn元素重新球化，实现了铝基轴承合金焊丝的最终成型。
并基于以上前提，本发明实现了CMT熔覆制备铝基轴承合金复合轴瓦，替代了目前轴瓦行业普遍使用的复合轧制路线，提高了铝基轴承合金和钢背之间的结合力，同时简化了生产工序，减少了行业投资，便于实现批量化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1提供了本发明对比例7的铸态凝固组织的电镜图；
图2提供了本发明实施例1的铸态凝固组织的电镜图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。此外，术语“一”、“二”、“1”、“2”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明提供了一种用于钢背轴瓦表面熔覆用的铝基轴承合金焊丝，在实现可塑性加工的前提下，实现铝基轴承合金焊丝的制备；并以此为基础得到了一种铝基轴承合金与钢背轴瓦的CMT熔覆（冷金属过渡技术）增材新技术。由此，本发明主要包括如下三个方面的技术特征。
本发明的第一方面在于提供一种铝基轴承合金焊丝。
所述铝基轴承合金焊丝轴承合金焊丝包括按质量分数计的如下元素组分：Sn17.5%~22.5%、Cu 0.7%~1.3%、Ce 2%~3.4%、Nd 1.8%~3.0%，以及余量的Al。
现行的国家标准中铝基轴承合金AlSn20Cu仅包括Sn 17.5%~22.5%、Cu 0.7%~1.3%以及余量的Al；在本发明中在此基础上引入两种稀土元素铈（Ce）和钕（Nd），具备良好的改性增强效果；依据本领域的命名，本发明提供的所述铝基轴承合金可被命名为AlSn20CuCe3Nd2；在本发明下文中出现的AlSn20CuCe3Nd2即可理解为本发明所提供的所述铝基轴承合金焊丝。
通过添加2%~3.4%的铈：利用稀土元素铈的“钉轧效应”，有效球化了沿铝基体晶界处带状分布的锡元素；不但细化了铝基轴承合金工作面的晶粒，同时促进了沿铝基体晶界带状分布的Sn元素的重新球化，提高了铝基轴承合金的可加工性。
通过添加1.8%~3.0%的钕：利用稀土元素钕的“扩散效应”，有效促进了铝基轴承合金的成分均匀化，避免了部分区域的元素富集或缺失造成的合金化不均匀缺陷，提高了熔覆铝基轴承合金的整体加工性能，同时提高了工作面的硬度、强度、韧性及耐腐蚀性。
即可以理解的是，针对AlSn20Cu凝固区间大、铸造流动性差、较难以水平连铸的行业难题，本发明通过添加高含量Ce和Nd元素可以通过形成细小的分散相、改变晶体结构、影响合金的热力学性质、提高合金的冷却速率和细化晶粒等方式，以缩窄AlSn20Cu的凝固区间，提高合金的铸造性能，钉轧、球化沿晶界分布的“锡带”；进一步地，在结合水平连铸温度的控制后，实现铝基轴承合金的稳定水平连铸生产。
作为一种可选的实施方式，所述铝基轴承合金焊丝的元素组分的质量分数计包括但不限于：Sn 17.5%、18%、18.5%、19%、19.5%、20%、20.5%、21%、21.5%、22%、22.5%；Cu 0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%、1.3%；Ce 2%、2.1%、2.2%、2.4%、2.5%、2.6%、2.8%、3.0%、3.1%、3.2%、3.3%、3.4%；Nd 1.8%、1.9%、2.0%、2.1%、2.2%、2.3%、2.4%、2.5%、2.6%、2.7%、2.8%、2.9%、3.0%；上述元素组分的质量分数的取值可以采用所列举的任意一种点值，也可以采用任意两种点值所构成的数值区间。
作为一种优选的实施方式，所述铝基轴承合金焊丝满足如下元素组分的质量分数特征：Ti＜0.3%、Si＜0.3%、Mn＜0.3%、Ni≤0.2%、P＜0.3%；且Ti、Si和Mi的质量分数之和＜0.8%。
作为一种优选的实施方式，所述铝基轴承合金焊丝的直径为1.3mm~1.8mm。
本发明的第二方面在于提供一种所述的铝基轴承合金焊丝（AlSn20CuCe3Nd2）的制备方法，需要补充的是第二方面所述的铝基轴承合金焊丝的制备方法是以第一方面所述的铝基轴承合金焊丝的成分为前提的，不可单独应用。
所述的制备方法包括如下步骤：配料、熔炼后经水平连铸得到合金棒材；将所述合金棒材依次经过旋锻、多道次轧制、多道次拉拔和刮削加工后，得到所述铝基轴承合金焊丝。
作为一种优选的实施方式，所述配料包括：Al50Sn、Al、Cu、Ce和Nd按照如第一方面中的质量配比进行分拣和混合。
作为一种优选的实施方式，所述熔炼包括：将配制后的金属原料进行高温熔炼，所述熔炼的温度为620℃~640 ℃，以保证合金元素在较低烧损、较少氧化的状态下完成熔炼。
作为一种更优选的实施方式，在所述配料和所述熔炼中，先依次将配置好的中间合金Al50Sn、Al进行熔炼，最后添加Cu、Ce和Nd，以避免Al、Sn元素的氧化和烧损；在进一步优选的实施方式中，Cu以铜管的形式加入，Ce和Nd灌装在铜管中，两段封口后，随铜管加入熔炼炉内部，以避免Ce和Nd烧损和分布不均匀；在进一步优选的实施方式中，为了避免Al元素的烧损，Al的添加需待AlSn20Cu熔化成熔体后方可加入，加入前需对Al进行前处理，保证Al50Sn中间合金熔体可以淹没Al的金属锭。
作为一种优选的实施方式，所述水平连铸的保温过程的温度为620℃~640 ℃，以保证水平连铸过程合金棒材不出现冷隔、断裂等问题。
作为一种优选的实施方式，在本发明中将熔炼得到的熔体以水平连铸的工艺方法获得特定直径范围内的合金材料；所述合金棒材的直径为9.8mm~10.6mm；可以理解的是，“合金棒材”仅仅是基于外观进行的命名，也可以理解为杆材、丝材、线材等任意一种类似的圆柱体构型；同时，本发明中不对制备方法中所涉及的合金材料的长度进行任何的限定，本领域技术人员可以根据生产规模或是设备规格对合金料的长度进行任何的适应性调整。
在本发明中的所述旋锻为“带温旋锻”，即在旋锻过程中维持合金料的温度为180℃~190℃。其效果在于：将水平连铸得到的铝基轴承合金的铸态组织转变为变形组织，减少甚至消除铸造缺陷，同时细化AlSn20CuCe3Nd2铝基轴承合金的凝固组织晶粒，消除竹节裂纹，为后续轧制、拉拔塑性加工提供良好的组织基础。
作为一种可选的实施方式，所述旋锻的温度包括但不限于180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190（℃）中的任意一种或是任意两种所构成的数值区间。
作为一种优选的实施方式，所述旋锻的加工率为8%~15%；其中，加工率是指旋锻工件的截面积减少量或变形量（以面积计）与原始工件截面积量的比值。需要注意的是，本发明中出现的全部“加工率”均符合该定义。
作为一种优选的实施方式，所述旋锻的双边变形量为0.4mm~0.8mm；其中，双边变形量是指旋锻工件在进行旋锻前后的尺寸差异，在本发明中可以理解为旋锻减径过程前后的直径所减少的值。
作为一种优选的实施方式，经过所述旋锻后的合金件的直径为9.2mm~9.6mm。
在本发明中的所述轧制为“带温轧制”，即在轧制过程中维持合金料的温度为180℃~190℃。同理地，在本发明中的所述拉拔为“带温拉拔”，即在拉拔过程中维持合金料的温度为180℃~190℃。轧制和拉拔都是本发明的塑性加工，即在外力作用下通过塑性形变获得对应直径尺寸的工件的加工技术；本发明通过在塑性加工过程中维持特定的温度区间，能够将沿铝基体晶界带状分布的锡元素重新球化，这种“球化”的好处在于：避免了沿晶界分布的带（片）Sn元素割裂合金显微组织，提高合金的塑性加工性能。带温轧制和带温拉拔的加工温度是由管式电阻炉提供，在轧辊和拉拔模具入口侧布置红外测温装置，根据温度反馈，动态调整电阻炉功率，确保棒（丝）材在进行轧制、拉拔塑性加工时，棒（丝）材温度在180℃以上；同时，由于轧制、拉拔塑性加工的加工速度和变形率都远大于旋锻，相对应加工过程产生的热量也远多余旋锻，为了避免棒（丝）材在轧制、拉拔塑性变形过程中的温度超过232℃，导致棒（丝）材内部的锡元素从表面析出，故对轧制、拉拔出口处的棒（丝）材进行红外测温，根据温度反馈实现拉拔模套和轧辊内部冷却水流量的自动控制，最终保证带温轧制和带温加工的加工温度控制在180℃~190℃。
进一步地，通过控制轧制和拉拔温度处于所限定的范围区间，能够在加工工件的同时有效避免Sn的偏析。
作为一种可选的实施方式，所述轧制的温度包括但不限于180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190（℃）中的任意一种或是任意两种所构成的数值区间。
作为一种可选的实施方式，所述拉拔的温度包括但不限于180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190（℃）中的任意一种或是任意两种所构成的数值区间。
作为一种优选的实施方式，每道次的所述轧制的加工率＜25%；作为一种更优选的实施方式，每道次的所述轧制的加工率≤20%，进一步优选时为16%~20%。在本发明中当控制轧制的加工率低于20%时，轧制后的合金材料表面光滑无裂纹；而当加工率提高至为25%时，轧制后的合金材料表面出现银白色微裂纹；而进一步提高加工率时，合金材料在轧制过程中会直接断裂为多段，因此有必要将每道次轧制的加工率控制在一个合适的区间内。
作为一种优选的实施方式，所述轧制的加工道次为 4~7（次）。
作为一种优选的实施方式，经过所述轧制后的合金件的直径为5.2mm~6.8mm。
作为一种优选的实施方式，每道次的所述拉拔的加工率＜25%；作为一种更优选的实施方式，每道次的所述拉拔的加工率≤20%，进一步优选时为14%~20%。在本发明中当控制拉拔的加工率低于20%时，拉拔后的合金材料表面光滑无异常；而当加工率提高至为25%时，轧制后的合金材料表面出现皲裂、起皮和毛刺等缺陷现象；而进一步提高加工率时，合金材料在轧制过程中会直接断裂为多段，因此有必要将每道次轧制的加工率控制在一个合适的区间内。
可见，在本发明的轧制与拉拔中都存在明确的加工率上限，以避免工件因加工幅度过大而导致断裂；而结合实际生产需求，加工率也需要保底下限，避免加工效率过低、加工成本高昂。
作为一种优选的实施方式，所述拉拔的加工道次为10~13（次）。
作为一种优选的实施方式，经过所述拉拔后的合金件的直径为1.6mm~2.1mm。
作为一种优选的实施方式，在本发明中所述刮削处理是通过车、铣、刨等加工方式去除具有缺陷的合金表面微小凸起、划痕、锈斑、油污等的过程；本发明中所述刮削处理包括定径与至少一次的扒皮，其中定径是将合金丝材达到预定的直径尺寸，以确保合金丝材具有精确的直径尺寸；作为一种更优选的实施方式，所述扒皮进行2次。
作为一种更优选的实施方式，所述定径的加工率为3%~5%；若低于3%，合金丝材在扒皮运行过程抖动剧烈，会出现漏扒现象，反之若高于5%，在扒皮过程中会出现频繁断丝现象，因此需要使定径的加工率在上述范围内以保证刮削处理的正常推进。
作为一种更优选的实施方式，以合金丝材的直径计，每道次所述扒皮的量为3丝（=0.03毫米）；当每道次扒皮量低于3丝时，成品AlSn20CuCe3Nd2的轴承合金丝材表面会连续出现未扒干净的黑点，反之当每道次扒皮量高于3丝时，一方面会导致过量扒皮，丝材成品率大幅降低，另一方面会导致成品过程中的阻力、断丝率明显增加，不利于稳定生产。
作为一种优选的实施方式，经过所述刮削处理后得到如第一方面所述的铝基轴承合金焊丝，直径即为1.3mm~1.8mm。
作为一种可选的实施方式，配料、熔炼后经水平连铸得到直径为10mm的合金棒材；将所述合金棒材进行旋锻，得到9.4mm的第二棒材，再经过多道次轧制后得到6mm的第三棒材，进一步经过多道次拉拔后得到1.9mm的合金丝材；将所述合金丝材进行刮削处理，先定径至1.85mm，而后进行第一道扒皮处理得到1.82mm的第二丝材，再进行第二道扒皮处理得到1.79mm的第三丝材，最后进行第二定径得到直径为1.6mm的所述铝基轴承合金焊丝。可以理解的是，在本实施方式中提供了一种完整且理想的制备工艺，但是本领域技术人员可以依据如上文提供的各类优选特征，并获得若干种不同的减径制备工艺，各步骤中的直径均非固定且不可变动的。
本发明的第三方面在于提供一种轴瓦材料的制备方法。
所述轴瓦材料的制备方法包括如下步骤：将如第一方面所述的铝基轴承合金焊丝通过冷金属过渡焊接技术（CMT）熔覆至钢背表面。
本发明所制得的复合轴瓦材料适用于不同工况下的发动机曲轴轴瓦、内燃机轴瓦以及中低船速的柴油机的主轴瓦或连杆轴瓦中使用。
本发明中采用冷金属过渡焊接技术的好处在于：降低了熔覆热输入，减小了对钢背轴瓦热变形的风险；同时，细化了工作面金属的凝固组织，提高了工作面的强度、硬度和耐磨性。
作为一种优选的实施方式，在进行熔覆前，将所述钢背进行去油污和打磨等预处理。
作为一种优选的实施方式，所述熔覆的电流为100A~150A，所述熔覆的电压为15V~25V，在熔覆过程中焊枪喷嘴与钢背的相对移动速度为18cm/min~22cm/min。
作为一种优选的实施方式，所述铝基轴承合金焊丝作为CMT熔化极，所述铝基轴承合金焊丝的送丝速度为8m/min~12m/min。
作为一种优选的实施方式，所述熔覆的焊道宽度为7mm~10mm。
实施例1
（1）焊丝成分（以重量百分比计）：Sn 18%、Cu 0.9%、Ce 2.2%、Nd 2.0%、Al余量。
（2）焊丝制备方法：
2.1：配料并熔炼后经水平连铸得到直径为10mm的合金棒材；
2.2：将合金棒材进行旋锻，旋锻温度为190℃，得到9.4mm的第二棒材；
2.3：将第二棒材经过5次轧制，轧制温度为190℃，每次轧制的加工率为16%，得到6mm的第三棒材；
2.4：将第三棒材经过11次拉拔，拉拔温度为190℃，每次拉拔的加工率为19%，得到1.9mm的合金丝材；
2.5：将所述合金丝材定径至1.85mm；而后进行第一道扒皮处理得到1.82mm的第二丝材，再进行第二道扒皮处理得到1.79mm的第三丝材，最后进行第二定径得到直径为1.6mm的本实施例的AlSn20CuCe3Nd2轴承合金焊丝。
实施例2
与实施例1基本相同，区别仅在于：焊丝成分为Sn 20%、Cu 1.0%、Ce 2.8%、Nd2.5%、Al余量。
实施例3
与实施例1基本相同，区别仅在于：焊丝成分为Sn 22%、Cu 1.2%、Ce 3.2%、Nd2.9%、Al余量。
实施例4
与实施例1基本相同，区别仅在于：旋锻温度为180℃，轧制温度为190℃，拉拔温度为180℃。
实施例5
与实施例1基本相同，区别仅在于：旋锻温度为180℃，轧制温度为190℃，拉拔温度为190℃。
实施例6
与实施例1基本相同，区别仅在于：旋锻温度为185℃，轧制温度为190℃，拉拔温度为185℃。
对比例1
与实施例1基本相同，区别仅在于：焊丝成分中没有Ce。
对比例2
与实施例1基本相同，区别仅在于：焊丝成分中Ce替换为1.9%。
对比例3
与实施例1基本相同，区别仅在于：焊丝成分中Ce替换为3.5%。
对比例4
与实施例1基本相同，区别仅在于：焊丝成分中没有Nd。
对比例5
与实施例1基本相同，区别仅在于：焊丝成分中Nd替换为1.7%。
对比例6
与实施例1基本相同，区别仅在于：焊丝成分中Nd替换为3.1%。
对比例7
与实施例1基本相同，区别仅在于：焊丝成分中没有Ce和Nd。
对比例8
与实施例1基本相同，区别仅在于：旋锻温度为220℃，轧制温度为240℃，拉拔温度为240℃。
对比例9
与实施例1基本相同，区别仅在于：旋锻温度为170℃，轧制温度为160℃，拉拔温度为160℃。
将实施例1与对比例7所得到的焊丝的铸态凝固组织以电子显微镜进行观测，分别得到如图2和图1所示的组织图。
试验例
将各实施例与对比例所制得的AlSn20CuCe3Nd2轴承合金焊丝作为CMT焊机的熔化极熔覆至钢背，钢背的合金型号：冷轧碳钢（08F钢）。 CMT焊机焊接参数与焊接过程参数设置如下：电流120A、电压20V，焊道宽度8mm，机械手臂焊枪喷嘴与钢背的相对移动速度为20cm/min，熔化极送丝速度10m/min。
使用台式布氏硬度计测得工作面的表层的平均硬度；另外按照GB/T 228.1《金属材料拉伸试验》取样测得工作面的抗拉强度和延伸率。各实施例和对比例每例进行5次实验后取5个结果的平均值，检测结果见表1。
表1
| 铝基轴承合金工作面硬度/HB | 铝基轴承合金工作面抗剪强度/MPa | 铝基轴承合金延伸率/% | 与基体结合性 | 铝基轴承合金加工性 | |
| 实施例1 | 41.8 | 107 | 32.6 | 好 | 好 |
| 实施例2 | 42.7 | 116 | 31.4 | 好 | 好 |
| 实施例3 | 44.5 | 128 | 28.6 | 好 | 好 |
| 实施例4 | 43.2 | 122 | 29.3 | 好 | 好 |
| 实施例5 | 44.8 | 135 | 28.2 | 好 | 好 |
| 实施例6 | 42.9 | 118 | 31.5 | 好 | 好 |
| 对比例1 | 32.5 | 78 | 4.2 | 一般 | 差 |
| 对比例2 | 38.2 | 86 | 22.3 | 一般 | 差 |
| 对比例3 | 42.5 | 114 | 20.6 | 好 | 差 |
| 对比例4 | 33.6 | 82 | 6.8 | 一般 | 差 |
| 对比例5 | 37.8 | 82 | 21.7 | 一般 | 差 |
| 对比例6 | 39.4 | 94 | 17.5 | 好 | 差 |
| 对比例7 | 28.4 | 67 | 3.3 | 差 | 差 |
| 对比例8 | 35.2 | 76 | 29.3 | 差 | 好 |
| 对比例9 | 38.4 | 88 | 8.7 | 好 | 差 |
经过对比例1~7的结果可知：在Ce/Nd的含量有所变动、不属于本发明所限定的含量范围时，对应得到的工作面中部分硬度下降大，部分合金焊丝的抗拉强度和延伸率小、塑性加工性不好，部分合金焊丝与基体结合性不好；尤其是，在未添加微合金改性元素Ce和Nd时，铝基轴承合金的延伸率不超过5%，在实际生产中不具备产业化的条件。
对比例8发现，若旋锻温度超出190℃，单质Sn会从铝基轴承合金棒材表面析出（Sn的熔点232℃，220℃虽然没有达到，但是在加工硬化产生热量的协同作用下，单质Sn仍会从铝基轴承合金表面析出）。进一步地，若轧制温度超过190℃，在热轧加工硬化产生热量和热轧温度的共同作用下，Sn也会从铝基轴承合金棒材表面析出，导致合金成分不达标。进一步地，若拉拔温度超过190℃，在拉拔加工硬化产生热量和拉拔温度的共同作用下，Sn也会从铝基轴承合金棒材表面析出，造成与轧制温度过高时相同的缺陷。
对比例9发现，若旋锻温度低于180℃，铝基轴承合金合金棒材组织退火效果不佳，在旋锻过程中表面会出现密集银白色微裂纹。进一步地，若轧制温度低于180℃，通过对铝基轴承合金显微组织观察发现沿铝基体晶界分布的单质Sn元素无法球化，仍以带状、片状分布于铝基体晶界处，热轧后，合金棒材表面出现贯穿性（或半穿性）裂纹，导致后道次加工时棒材断裂。进一步地，若拉拔低于180℃，同样会导致与轧制温度过低时相同的缺陷。
通过试验例结果表明，通过本发明AlSn20CuCe3Nd2铝基轴承合金焊丝在钢背轴瓦表面熔覆，焊接工艺性好，熔覆铝合金与基材结合力强，AlSn20CuCe3Nd2铝基轴承合金焊丝延伸率≥28.5%，工作面硬度≥41.8HB，与基体抗剪强度≥104MPa。
本发明针对AlSn20CuCe3Nd2铝基轴承合金在较难以加工的行业技术难题，结合微合金元素改性和带温旋锻和热轧等加工手段，改善水平连铸AlSn20CuCe3Nd2合金的铸态组织以及Sn元素在Al基体中的分布状态，提高了合金显著组织的连贯性，实现了AlSn20CuCe3Nd2合金焊丝的成品加工和批量化生产。通过CMT在钢背轴瓦表面熔覆AlSn20CuCe3Nd2铝基轴承合金，能使轴瓦具有较高的结合强度高，并且相较于复合轧制，CMT熔覆工艺对轴瓦的形状、壁厚不敏感，制造过程可停顿，可以实现全自动操作，具有良好的应用前景。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。
Claims (10)
1.一种铝基轴承合金焊丝，其特征在于，所述铝基轴承合金焊丝包括按质量分数计的如下元素组分：
Sn 17.5%~22.5%、Cu 0.7%~1.3%、Ce 2%~3.4%、Nd 1.8%~3.0%，以及余量的Al。
2.根据权利要求1所述的铝基轴承合金焊丝，其特征在于，所述铝基轴承合金焊丝满足如下元素组分的质量分数特征：
Ti＜0.2%、Si＜0.5%、Mn＜0.5%、Ni＜0.1%、P＜0.1%；
且Mn、Si和Ti的质量分数之和＜1.0 %。
3.根据权利要求1所述的铝基轴承合金焊丝，其特征在于，所述铝基轴承合金焊丝的直径为1.3mm~1.8mm。
4.如权利要求1~3任一项所述的铝基轴承合金焊丝的制备方法，其特征在于，所述铝基轴承合金焊丝的制备方法包括如下步骤：
配料、熔炼后经水平连铸得到合金棒材；将所述合金棒材依次经过旋锻、多道次轧制、多道次拉拔和刮削加工后，得到所述铝基轴承合金焊丝；
其中，所述旋锻的温度为180℃~190℃，所述轧制的温度为180℃~190℃，所述拉拔的温度为180℃~190℃。
5.根据权利要求4所述的铝基轴承合金焊丝的制备方法，其特征在于，所述旋锻包括如下特征（a）~（c）的至少一种：
（a）所述旋锻的加工率为8%~15%；
（b）所述旋锻的双边变形量为0.4mm~0.8mm；
（c）经过所述旋锻后的合金件的直径为9.2mm~9.6mm。
6.根据权利要求4所述的铝基轴承合金焊丝的制备方法，其特征在于，每道次的所述轧制的加工率＜25%；
经过所述轧制后的合金件的直径为5.2mm~6.8mm。
7.根据权利要求4所述的铝基轴承合金焊丝的制备方法，其特征在于，每道次的所述拉拔的加工率＜25%；
经过所述拉拔后的合金件的直径为1.6mm~2.1mm。
8.一种轴瓦材料的制备方法，其特征在于，将如权利要求1~3任一项所述的铝基轴承合金焊丝熔覆至钢背表面；
所述熔覆通过冷金属过渡焊接技术进行。
9.根据权利要求8所述的轴瓦材料的制备方法，其特征在于，所述熔覆的电流为100A~150A，所述熔覆的电压为15V~25V。
10.根据权利要求8所述的轴瓦材料的制备方法，其特征在于，在熔覆过程中焊枪喷嘴与钢背的相对移动速度为18cm/min~22cm/min；
所述铝基轴承合金焊丝的送丝速度为8m/min~12m/min。
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