專利名稱：用于連鑄鋁軸承合金的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種方法和設(shè)備，通過(guò)帶式連鑄裝置將熔融鋁連鑄成板狀軸承合金，更尤其涉及可防止晶體粗化的此類鑄造方法和設(shè)備。
作為在相對(duì)低溫熔融的金屬如鋁、鋁合金、鋅等的連鑄設(shè)備，公知帶式連鑄機(jī)，其中鑄造通過(guò)一對(duì)環(huán)形輸送帶實(shí)現(xiàn)。在已知的帶式連鑄機(jī)中，每一根輸送帶通過(guò)或環(huán)繞多個(gè)輥?zhàn)印Ｋ交蚵晕A斜的鑄造空間被限定在輸送帶基本上水平的部分之間。在通過(guò)冷卻系統(tǒng)冷卻的同時(shí)輸送帶通過(guò)驅(qū)動(dòng)輥驅(qū)動(dòng)以便傳送。熔融金屬輸送到鑄造空間，通過(guò)輸送帶冷卻，因此凝固成板狀。板狀材料連續(xù)輸送出鑄造空間。前述可移動(dòng)鑄模型帶式連鑄機(jī)比固定鑄模的連鑄機(jī)在鑄造速度和進(jìn)而的產(chǎn)量方面優(yōu)越。
襯有鋁軸承合金的軸承，稱為“鋁合金軸承”，通常用于汽車或工業(yè)機(jī)械的引擎。鋁合金軸承按順序通過(guò)鑄造、軋制、包覆、熱處理和機(jī)加工步驟制造。更特別地，熔融金屬鑄造成板狀。在軋制步驟中軋制該鑄板。隨后將鑄板(cast plate)包覆在薄鋼板上以形成雙金屬。退火雙金屬以提高鑄板和薄鋼板間的結(jié)合強(qiáng)度。隨后，機(jī)加工雙金屬以最后制成半滾柱或滾柱軸承。
引擎軸承的制造商使用前述帶式連鑄機(jī)用于連鑄鋁合金制成鑄板以提高產(chǎn)量。然而，在帶式連鑄機(jī)中由于鑄造速度快而使鑄板冷卻速率低。這樣，帶式連鑄機(jī)呈現(xiàn)獲得慢的冷卻狀態(tài)。結(jié)果，在含Sn和Si等的鋁合金中容易發(fā)生晶體如結(jié)晶的Sn和Si的粗化和偏析。此外，在含為提高軸承特性的多種元素的鋁合金中，金屬間化合物的晶體也易于粗化和偏析。在鋁合金中當(dāng)晶體粗化和偏析時(shí)合金的塑性降低。結(jié)果，在隨后的進(jìn)行塑性變形的軋制和包覆工序步驟中合金產(chǎn)生裂紋。此外，作為合金軸承特性的疲勞強(qiáng)度和耐磨性的降低減弱了為提高軸承特性而加入的多種元素的效果。
因此，本發(fā)明的目的之一是提供用于連鑄鋁軸承合金的方法和設(shè)備，其中，在鋁軸承合金連鑄成板狀時(shí)阻止了晶體的粗化和偏析。
根據(jù)本發(fā)明的第一特征，提供一種熔融鋁軸承合金的連鑄方法，其中，鑄造空間被限定在一對(duì)傳送環(huán)形輸送帶的基本上平行相對(duì)的部分之間，以及熔融的鋁軸承合金被供到鑄造空間以連鑄成板狀，其特征在于在鋁軸承合金凝固過(guò)程中控制冷卻速度ΔT，以使冷卻速度ΔT在3～6℃/sec。其中，ΔT＝(T-500)/t，T是鋁軸承合金鑄造開始時(shí)的溫度，t是以秒計(jì)量的從鑄造開始到鋁軸承合金的溫度降至500℃之間的冷卻時(shí)間。
按照上述方法，3～6℃/sec的冷卻速度高于任何一種傳統(tǒng)的帶式連鑄機(jī)的1～2℃/sec的冷卻速度。當(dāng)鋁合金以如此高的冷卻速度凝固時(shí)，晶體不粗化和不偏析。進(jìn)一步，在隨后的軋制和包覆過(guò)程中可阻止裂紋的發(fā)生。此外，也防止了軸承特性的降低。
在第二個(gè)特征中，鋁軸承合金包含，以質(zhì)量計(jì)，3～40％的Sn，0.5～7％的Si，0.05～2％的Fe，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，以及使Al-Si-Fe三元金屬間化合物結(jié)晶。在第三個(gè)特征中，鋁軸承合金包含，以質(zhì)量計(jì)，3～40％的Sn，0.5～7％的Si，0.05～2％的Fe和至少一種或多種0.01～3％的Mn、V、Mo、Cr、Co、Ni和W，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，以及使含所述至少一種或多種Mn、V、Mo、Cr、Co、Ni和W的Al-Si-Fe多元金屬間化合物結(jié)晶。
在第四個(gè)特征中，鋁軸承合金包含至少一種或多種0.01～2％的B、Ti和Zr。在第五個(gè)特征中，鋁軸承合金包含至少一種或多種為0.1～5％的Cu、Mg和Zn。
在此描述前述新穎鋁合金開發(fā)的技術(shù)背景。隨著最近高性能引擎的開發(fā)，引擎軸承需要進(jìn)一步提高疲勞強(qiáng)度和耐磨性。關(guān)于疲勞強(qiáng)度，元素如Cu、Mn和V加入鋁合金中以進(jìn)行強(qiáng)化。為提高耐磨性，JP-A-58-64332公開了在鋁合金中加入Si以及控制鋁合金中結(jié)晶的Si質(zhì)點(diǎn)的尺寸和分布。進(jìn)一步，JP-A-58-67841公開了在鋁合金中加入Mn、Fe、Mo、Ni等以便在鋁合金中結(jié)晶Mn等和Al之間的金屬間化合物。這兩個(gè)情形提出了對(duì)鋁合金磨合性和抗擦傷性的改進(jìn)，據(jù)此，提高耐磨性。
上述JP-A-58-64332和JP-A-58-67841公開了當(dāng)Si質(zhì)點(diǎn)和金屬間化合物的尺寸各自在5μm～40μm之間時(shí)可以獲得所需要的效果。通常，Al中包含的硬質(zhì)點(diǎn)均勻分布以強(qiáng)化鋁合金，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)尺寸變小時(shí)該效果更明顯。然而，在前述兩個(gè)例子中，當(dāng)控制Si和金屬間化合物的尺寸達(dá)到5μm～40μm的范圍時(shí)，隨著Si和金屬間化合物的尺寸相對(duì)大，Al基體的強(qiáng)度和相應(yīng)的Al合金疲勞強(qiáng)度降低。這樣，當(dāng)為了提高疲勞強(qiáng)度而使結(jié)晶顆粒變小時(shí)不能提高抗擦傷性。另一方面，當(dāng)為了提高抗擦傷性和相應(yīng)的耐磨性而使結(jié)晶顆粒變大時(shí)不能提高疲勞強(qiáng)度。
本發(fā)明人通過(guò)結(jié)晶Al-Si-Fe三元金屬間化合物或以Al-Si-Fe為基的多元金屬間化合物而開發(fā)了一種Al合金。該Al合金可以提高抗擦傷性和耐磨性而不降低疲勞強(qiáng)度。Al-Si-Fe三元金屬間化合物和以Al-Si-Fe為基的多元金屬間化合物非常穩(wěn)定，其基本形狀甚至在用里襯金屬包覆之后經(jīng)熱處理也不改變。更特別地，Si以類似于三維連續(xù)珊瑚的形式結(jié)晶成共晶體。在鑄造之后的軋制或用里襯金屬包覆軋制過(guò)程中結(jié)晶Si被壓碎成片狀。進(jìn)一步，Si通過(guò)隨后的熱處理還改變其形狀。這是Si的一個(gè)特性，特別地，在溫度超過(guò)300℃的熱處理中，Si改變成相對(duì)圓滑以便降低其表面張力。這種傾向在含大量Sn的材料如Al-Sn軸承合金中更強(qiáng)。
然而，前述三元金屬間化合物或多元金屬間化合物不改變其結(jié)晶形狀(圖3示出了一個(gè)實(shí)例)并且在通常的熱處理溫度下也不改變其形狀。此外，該三元或多元金屬間化合物在帶有塑性變形的軋制步驟或軸承制造過(guò)程中的包覆步驟中被壓碎。然而，作為壓碎的結(jié)果，金屬間化合物呈鋒利邊如刃具的斷片形狀。圖4表示這種形狀的一個(gè)實(shí)例。雖然Si質(zhì)點(diǎn)經(jīng)圓滑和在軋制和熱處理步驟被破碎，但前述三元或多元金屬間化合物保持具有鋒利邊的侵入性形狀。
三元或多元金屬間化合物甚至在量很少時(shí)對(duì)軸也有研磨效果。特別地，三元或多元金屬間化合物可穩(wěn)定具有不穩(wěn)初始運(yùn)轉(zhuǎn)的軸和軸承之間的關(guān)系。這樣，三元或多元金屬間化合物可以有效地提高磨合性。更具體地，三元或多元金屬間化合物刮去軸表面的凸起和軸表面的尖邊如圍繞球形石墨的飛邊。三元或多元金屬間化合物進(jìn)一步阻止鋁合金由于與軸的粘著而引起的磨損，該粘著為鋁合金的一個(gè)缺點(diǎn)。此外，三元或多元金屬間化合物進(jìn)一步刮去粘著物由此阻止由于粘著物引起的擦傷。再有，三元或多元金屬間化合物甚至在軋制步驟之后也較大。細(xì)小的粉碎的Si質(zhì)點(diǎn)分布于Al基體中，因此提高Al基體的強(qiáng)度。因此，耐磨性和抗擦傷性以及疲勞強(qiáng)度均得以改善。
按照本發(fā)明的方法當(dāng)鑄造結(jié)晶出所述三元或多元金屬間化合物的Al合金時(shí)，該Al合金以3～6℃/sec的冷卻速度凝固。因此，可以控制金屬間化合物以使晶體尺寸在40μm～55μm范圍而不粗化金屬間化合物。進(jìn)一步，還可以控制結(jié)晶的Si以使其小于或等于40μm。此后，當(dāng)軋制鑄板或在鑄板上包覆襯里金屬(back metal)時(shí)，金屬間化合物被粉碎成1～20μm的尺寸，和結(jié)晶的Si小于或等于5μm。
每一種上述組分的數(shù)量限制的原因描述如下。
(1)Sn(3～40質(zhì)量％)Sn提高作為軸承時(shí)的表面特性如抗擦傷性、磨合性和可嵌入性。當(dāng)Sn含量小于3％時(shí)，上述效果很小。當(dāng)其超過(guò)40％時(shí)，軸承合金的機(jī)械性能變壞，造成軸承特性降低。優(yōu)選Sn含量為6～20％。
(2)Si(0.5～7質(zhì)量％)Si溶解在鋁基體中，部分以Si質(zhì)點(diǎn)細(xì)小彌散分布的作為單一物質(zhì)結(jié)晶，以便提高材料的疲勞強(qiáng)度以及提高抗擦傷性和耐磨性。另一方面，為了形成Al-Si-Fe金屬間化合物，Si是必要的元素，并且Si提高研磨性、抗擦傷性和耐磨性。當(dāng)Si含量小于0.5％時(shí)，Si溶解在Al基體中，這樣上述效果很小。當(dāng)其超過(guò)7％時(shí)，其晶體粗化，降低軸承合金的疲勞強(qiáng)度。優(yōu)選Si含量為2～6％。
(3)Fe(0.05～2質(zhì)量％)Fe主要以Al-Si-Fe金屬間化合物的形式結(jié)晶，以產(chǎn)生上述效果。含F(xiàn)e的金屬間化合物防止對(duì)軸的擦傷和提高耐磨性。當(dāng)Fe含量在0.05～2％時(shí)此特征有效。當(dāng)Fe含量小于0.05％時(shí)，上述效果很小。當(dāng)Fe含量超過(guò)2％時(shí)，所述化合物粗化，軸承合金變脆，給軋制加工帶來(lái)困難。優(yōu)選Fe含量為0.07～1％。
(4)Mn、V、Mo、Cr、Co、Ni和W(至少這些元素之一總量為0.01～3質(zhì)量％)這些是構(gòu)成本發(fā)明多元金屬間化合物的可選元素。更特別地，當(dāng)選擇一種元素α加入Al-Si-Fe中時(shí)，形成Al-Si-Fe-α多元金屬間化合物。所選元素溶解到作為單一物質(zhì)鋁基體中以強(qiáng)化基體。當(dāng)每一種元素的含量少于0.01％時(shí)不能期望產(chǎn)生多元金屬間化合物的效果。當(dāng)每一種元素的含量超過(guò)3％時(shí)，多元金屬間化合物過(guò)度粗化使軸承合金的物理性能降低，以及軸承合金的塑性加工性如軋制性也降低。優(yōu)選含量為0.2～2％。
(5)B、Ti和Zr(至少這些元素之一總量為0.01～2質(zhì)量％)這些可選元素對(duì)Al-Si-Fe金屬間化合物的形成無(wú)貢獻(xiàn)，溶解在鋁基體中，以提高軸承合金的疲勞強(qiáng)度。當(dāng)含量小于0.01％時(shí)上述效果很小。當(dāng)含量超過(guò)2％時(shí)，軸承合金變脆。優(yōu)選含量為0.02～0.5％。
(6)Cu、Mg和Zn(至少這些元素之一總量為0.1～5質(zhì)量％)這些可選元素是提高鋁基體強(qiáng)度的附加元素。固溶處理使這些元素溶解到鋁基體中。當(dāng)這些元素冷卻和時(shí)效時(shí)，可析出細(xì)小的化合物。當(dāng)加入量小于0.1％時(shí)沒(méi)有所期望的效果。當(dāng)加入量超過(guò)5％時(shí)化合物變粗。優(yōu)選加入量為0.5～4％。
本發(fā)明還提供將熔融鋁軸承合金連鑄成板狀的設(shè)備，其特征在于帶式連鑄裝置包含一對(duì)傳送環(huán)行輸送帶和限定在一對(duì)傳送環(huán)行輸送帶基本上平行相對(duì)部分之間并且具有兩個(gè)端部的鑄造空間，熔融金屬供應(yīng)裝置，它將熔融鋁軸承合金由鑄造空間的一端側(cè)輸送至鑄造空間，用于冷卻通過(guò)環(huán)行輸送帶冷卻輸送至鑄造空間的熔融鋁軸承合金的冷卻裝置，以及從其兩側(cè)噴水至鑄板以使之冷卻的噴水裝置，在鑄造空間中連續(xù)鑄造鑄板以及由鑄造空間的另一端側(cè)通過(guò)輸送帶傳送(作為第六個(gè)特點(diǎn))送出鑄板。
按照上述描述的連鑄設(shè)備，水噴至從鑄造空間中輸送出的鑄板的兩側(cè)。鑄板很快的冷卻凝固。因此，可以阻止晶體粗化。
在第七個(gè)特點(diǎn)中，噴水裝置在鑄板的一部分從鑄造空間的所說(shuō)另一端輸送出時(shí)立即噴水至該部分。
在第八個(gè)特點(diǎn)中，連鑄設(shè)備進(jìn)一步包含為阻止由噴水裝置噴出至鑄板上的水的飛濺而提供的防濺部件，防濺部件被設(shè)置以覆蓋由鑄造空間輸送出的鑄板的兩側(cè)。環(huán)形輸送帶與熔融金屬接觸從而使其溫度升高。因此，通過(guò)噴水裝置噴出的水飛濺到環(huán)行輸送帶上，有可能使飛濺的水爆炸地蒸發(fā)。在上述結(jié)構(gòu)中，防濺部件阻止由噴水裝置噴出的水飛濺到環(huán)行輸送帶上。結(jié)果，可以阻止水爆炸地蒸發(fā)。
在第九個(gè)特點(diǎn)中，防飛濺部件在鑄造空間一側(cè)具有至少一端部，該端部?jī)A斜以便向鑄造空間一側(cè)逐漸接近鑄板。當(dāng)防飛濺部件這樣傾斜時(shí)，飛濺出的水撞擊防飛濺部件向離開鑄造空間的方向彈開。結(jié)果，能更可靠地阻止水飛濺到環(huán)行輸送帶上。
在第十個(gè)特點(diǎn)中，連鑄設(shè)備進(jìn)一步包含形成氣幕的空氣噴射裝置，其位于比噴水裝置離鑄造空間一側(cè)更近，因此阻止噴水裝置噴出的水飛濺到每一輸送帶側(cè)。
本發(fā)明的其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)參考以下優(yōu)選實(shí)施例并參考附圖的描述將會(huì)變得清楚，其中

圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的帶式連鑄機(jī)的出口側(cè)的橫斷面；圖2是包含帶式連鑄機(jī)的連鑄機(jī)械的橫斷面；圖3是結(jié)晶有Al-Si-Fe三元金屬間化合物的鑄造板狀材料的顯微照片；圖4是包含Al-Si-Fe三元金屬間化合物的軋制鑄造板狀材料的顯微照片；下面將通過(guò)參考附圖描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。將鋁合金鑄造成板狀的連鑄機(jī)械主要包含作為帶式連鑄裝置的帶式連鑄機(jī)。參考圖2，示出了帶式連鑄機(jī)1，其包含底座2，在其上有多個(gè)支架3。上部機(jī)械框架4由支架3支撐以便可以上下移動(dòng)，下部機(jī)械框架5也固定在底座2上，以定位在上部機(jī)械框架4之下。多個(gè)輥?zhàn)?a至6e和7a至7e分別布置在機(jī)械框架4和5上。一對(duì)環(huán)行輸送帶8和9各自通過(guò)輥6a至6e和7a至7e。每一環(huán)行輸送帶由鋼板和耐熱纖維制成。
上部機(jī)械框架4右手邊的上輥6e安裝在旋轉(zhuǎn)支撐于上部機(jī)械框架4的臂10的末端，如圖2所示。下部機(jī)械框架5右手邊的下輥7e安裝在旋轉(zhuǎn)支撐于下部機(jī)械框架5的臂11的末端。臂10和11由液壓缸12和13驅(qū)動(dòng)，以便按箭頭A和B的方向旋轉(zhuǎn)，因此分別對(duì)環(huán)行輸送帶8和9施加張力。驅(qū)動(dòng)環(huán)行輸送帶8和9以便分別按照方向D和E傳送。
位于輥6a和6b之間的上部環(huán)行輸送帶部分基本上與位于輥7a和7b之間的下部環(huán)行輸送帶部分平行。輸送帶8和9平行相對(duì)的空間作為鑄造空間C。鑄造空間C的右手和左手邊各自由密封部件(未示出)封閉。作為熔融金屬供應(yīng)裝置的熔融金屬池14設(shè)在底座2的左手邊以便位于鑄造空間C的一端側(cè)。鋁合金的熔融金屬由熔融金屬容器15注入到熔融金屬池14。熔融金屬池14包括噴口16，熔融金屬通過(guò)其輸送到鑄造空間C。
帶式連鑄機(jī)1包括用于分別冷卻環(huán)行輸送帶8和9的水冷套17和18。水冷套17和18安裝在機(jī)械框架4和5上以與環(huán)行輸送帶8和9各自相對(duì)側(cè)的平行部分接觸。水冷套17和18通過(guò)環(huán)行輸送帶8和9冷卻輸送到鑄造空間C的鋁合金熔融金屬。
兩個(gè)垂直相對(duì)的輥式輸送機(jī)19和20安裝在上部和下部機(jī)械框架4和5上，以便定位在鑄造空間C的另一端側(cè)。在鑄造空間C鑄造成板狀的鋁合金或者鑄板21被輸送到輥式輸送機(jī)19和20之間的區(qū)域。兩個(gè)水冷管22和兩個(gè)水冷管23分別安裝在鑄造空間C側(cè)的輥式輸送機(jī)19和20部分，如圖1所示。水冷管22和23充當(dāng)水冷裝置，用于在鑄板輸送出鑄造空間C之后立即由所述材料兩側(cè)對(duì)鑄板21噴水。管22和23排列在鑄板21輸送的方向箭頭F上。雖然本實(shí)施例中鑄板21的厚度設(shè)定在15mm，但是該厚度通過(guò)調(diào)整上部框架4的位置以調(diào)整鑄造空間C的高度而可改變。
兩個(gè)防飛濺部件24和25安裝在兩個(gè)機(jī)械框架4和5上以分別防止從噴水管22和23噴出的水飛濺到外部。防飛濺部件24和25被制成淺平容器并且設(shè)置成覆蓋限定鑄板21通道的輥式輸送機(jī)19和20。防飛濺部件24和25一端位于鑄造空間C一側(cè)并且向著鑄造空間C向上和向下傾斜，以使兩端之間的距離隨著靠近鑄造空間而逐漸減少。
兩噴氣管26和27各自安裝在防飛濺部件24和25的內(nèi)部以使其比水冷管22和23更靠近鑄造空間C。噴氣管26和27充當(dāng)噴氣裝置。噴氣管26和27向上和向下噴出空氣以在鑄板21和各個(gè)防飛濺部件24和25之間形成相應(yīng)的氣幕，籍此阻止由各個(gè)噴水管22和23噴出的水進(jìn)入鑄造空間C一側(cè)(與箭頭F方向相反)粘在環(huán)行輸送帶8和9上。通過(guò)輥式輸送機(jī)19和20傳送的鑄板21隨后保持在壓輥28和29之間以最后通過(guò)卷繞機(jī)(未示出)卷繞成卷狀。
下面將描述連鑄設(shè)備的操作。當(dāng)鋁合金熔融金屬?gòu)娜廴诮饘偃萜?5注入到熔融金屬池14時(shí)，熔融金屬由池14的噴嘴送入到鑄造空間C。傳送到鑄造空間C的熔融金屬通過(guò)水冷套17和18經(jīng)環(huán)行輸送帶8和9冷卻。熔融金屬由于冷卻而逐漸凝固，并在形成板狀的同時(shí)按照箭頭F的方向由各自按照箭頭D和F方向行進(jìn)的環(huán)行輸送帶8和9傳送。噴水管22和23在鑄板的兩面部分傳送出鑄造空間C之后立即噴水到這些部分。鑄板21當(dāng)傳送出鑄造空間C之后立即由噴出的水冷卻。鑄板21隨后由噴水管22和23噴出的水冷卻，隨后由水冷套17和18冷卻。鑄板21由噴出的水快速冷卻，隨后完成凝固。
供到鑄造空間C的熔融金屬大約800℃。當(dāng)鑄板21冷卻直到不含Sn的鑄板21部分冷卻到大約500℃時(shí)被認(rèn)為凝固完成。設(shè)置供入水冷套17或18水量和由噴水管22和23噴出的水量，以使鑄板21的溫度由鑄造開始時(shí)的800℃通過(guò)水冷套17和18以及噴水管22和23以3～6℃/sec的冷卻速率冷卻到500℃直到凝固完成。作為上述的以如此速率快速冷卻的結(jié)果，阻止了鑄板21中結(jié)晶的金屬間化合物的粗化和偏析。
由上述很明顯，冷卻速度定義為冷卻速率ΔT＝(鑄造開始時(shí)的溫度T-500)/(由鑄造開始的時(shí)間到鑄板降至500℃的時(shí)間間隔)。由噴水管22和23噴出的水飛濺到鑄板21上。溫度大約800℃的熔融金屬輸送到鑄造空間C。因此，在粘著有水的環(huán)行輸送帶8和9與熔融金屬接觸時(shí)，水快速汽化，很危險(xiǎn)。然而，在上述實(shí)施例中，噴水是在一對(duì)防飛濺部件24和25之間進(jìn)行。阻止了飛濺到鑄板21上的水飛濺到外面。結(jié)果，水不能粘著在環(huán)行輸送帶8和9上。鑄造空間C一側(cè)處的上部防飛濺部件24一端的上表面對(duì)著鑄造空間C向下傾斜。鑄造空間C側(cè)處的下部防飛濺部件25一端的下表面對(duì)著鑄造空間C向上傾斜。向鑄造空間C飛濺出的水撞擊傾斜面24a和25a，向著鑄造空間C相反側(cè)濺回。結(jié)果，可防止水經(jīng)限定在防飛濺部件24和25以及鑄板21之間的空間而飛濺出。
再者，噴氣管26和27各自比噴水管22和23安裝的離鑄造空間C更近。噴氣管26和27在防飛濺部件24和25以及鑄板21之間形成氣幕。結(jié)果，進(jìn)一步阻止由管22和23噴出的水向鑄造空間C一側(cè)運(yùn)動(dòng)和由防飛濺部件24和25以及鑄板21之間的空間泄露出而粘附到環(huán)行輸送帶8和9上。由防飛濺部件24和25接收的水通過(guò)由下部防飛濺部件25提供的放水通道(未示出)排出。
如圖3所示，在連鑄板21中Al-Si-Fe三元金屬間化合物或Al-Si-Fe-Mn多元金屬間化合物等結(jié)晶以及Si質(zhì)點(diǎn)結(jié)晶。此外，控制鑄板21的冷卻速率以使其在鑄造步驟中在3～6℃/sec之間，籍此可控制結(jié)晶金屬間化合物的尺寸在30μm～70μm之間，以及可控制Si共晶組織尺寸小于或等于40μm。
因此，連續(xù)冷軋連鑄板21以使其厚度由15mm減至6mm。用于形成結(jié)合層的薄鋁板隨后包覆到鑄板21上以及隨后用支撐鋼板包覆以制造雙金屬。該雙金屬隨后退火以提高鑄板21和支撐鋼板之間的結(jié)合強(qiáng)度。進(jìn)行固溶處理以強(qiáng)化鋁合金。在固溶處理中保持雙金屬在470℃溫度下20分鐘。水冷(淬火)之后，保持雙金屬在170℃溫度下15小時(shí)以進(jìn)行時(shí)效處理。
作為上述軋制、包覆等的結(jié)果，金屬間化合物被壓碎，以至于其尺寸由原始的40～55μm減至1～20μm范圍。結(jié)果，金屬間化合物形成如圖4所示的具有銳邊的多角形。進(jìn)一步，每平方毫米上分布有6～200個(gè)由金屬間化合物組成的硬質(zhì)點(diǎn)。硬質(zhì)點(diǎn)的尺寸和分布甚至在隨后的熱處理中也幾乎保持不變。另一方面，Si質(zhì)點(diǎn)通過(guò)軋制、包覆等也被壓碎。時(shí)效處理之后，Si質(zhì)點(diǎn)最后變成圓滑形狀，最大直徑小于5μm。每平方毫米上分布有200或更多個(gè)Si質(zhì)點(diǎn)。隨后，雙金屬被機(jī)加工成半滾柱軸承。
表1是表示試驗(yàn)中鑄造合金的組分、使用的連鑄機(jī)的類型和冷卻速度；以及表2表示關(guān)于表1所示的合金鑄板的組織和軋制加工性檢測(cè)結(jié)果，以及關(guān)于上述合金制造的軸承的抗疲勞性、耐磨性和抗擦傷性的試驗(yàn)結(jié)果。
表1表示試驗(yàn)鑄造合金的組成(質(zhì)量％)、鑄造中使用的連鑄機(jī)械的類型和冷卻速率。在鑄造機(jī)械列中的符號(hào)，“BC1”，指按照本發(fā)明帶有噴水管的連鑄機(jī)械。“BC2”指不帶噴水管的常規(guī)連鑄機(jī)械。
表2表示關(guān)于合金1至6(本發(fā)明產(chǎn)品)和合金11至16(先有技術(shù)產(chǎn)品)鑄板的組織和軋制加工性的檢測(cè)結(jié)果，以及關(guān)于由前述合金制成的軸承的疲勞抗力、耐磨性和抗擦傷性試驗(yàn)的結(jié)果。表3至5分別表示進(jìn)行疲勞、耐磨性和抗擦傷性試驗(yàn)的條件。
表3試驗(yàn)條件疲勞試驗(yàn)試驗(yàn)機(jī)械疲勞試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速3250轉(zhuǎn)/分圓周速度9.0米/秒試驗(yàn)時(shí)間20小時(shí)油入口溫度 100℃供油壓力0.49Mpa潤(rùn)滑油 VG68軸材料 JIS-S55C評(píng)價(jià)方法不發(fā)生疲勞的最大比載荷表4試驗(yàn)條件磨損試驗(yàn)轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分圓周速度1.0米/秒試驗(yàn)載荷10Mpa試驗(yàn)時(shí)間10小時(shí)運(yùn)行60秒停30秒油流速 2ml/min潤(rùn)滑油 VG22軸材料 JIS-S55C表5試驗(yàn)條件擦傷試驗(yàn)轉(zhuǎn)速7200轉(zhuǎn)/分圓周速度20米/秒試驗(yàn)載荷每10分鐘增加10Mpa油入口溫度 100℃油流速 150ml/min潤(rùn)滑油 VG22軸材料 JIS-S55C評(píng)價(jià)方法當(dāng)軸承背面溫度超過(guò)200℃或當(dāng)扭矩改變引起軸驅(qū)動(dòng)輸送帶打滑時(shí)判斷擦傷發(fā)生首先解釋示于表2的組織檢測(cè)和試驗(yàn)結(jié)果。在組織欄中標(biāo)記“”表示沒(méi)有偏析發(fā)生和進(jìn)一步結(jié)晶金屬間化合物尺寸在40～55μm之間并且均勻分布。標(biāo)記“x”表示發(fā)生偏析。表2的偏析指鑄板組織中結(jié)晶顆粒相互不同、即Sn或Si不均勻分布或存在粗化的Al-Si-Fe金屬間化合物的狀態(tài)。關(guān)于軋制加工性，評(píng)價(jià)是基于當(dāng)軋制步驟中以50％壓下時(shí)鑄板橫向端裂紋的深度。標(biāo)記“”表示裂紋的深度不超過(guò)5mm。標(biāo)記“x”表示裂紋的深度超過(guò)5mm。
由表2很明顯，每一個(gè)本發(fā)明的產(chǎn)品以3-6℃/sec的冷卻速率快速冷卻，組織不存在偏析。然而，每一個(gè)先有技術(shù)的產(chǎn)品以3℃/秒或更低的冷卻速率慢速冷卻，組織發(fā)生偏析。因此，雖然先有技術(shù)的每一個(gè)產(chǎn)品出現(xiàn)大的裂紋和差的軋制加工性，但是本發(fā)明的每一個(gè)產(chǎn)品在軋制中出現(xiàn)輕微裂紋并具有好的軋制加工性。因此，在每一本發(fā)明產(chǎn)品中每一軋制道次的厚度壓下量可以較大，因此生產(chǎn)率可以提高。更進(jìn)一步，可以理解本發(fā)明的產(chǎn)品在疲勞抗力、耐磨性和抗擦傷性方面好于先有技術(shù)產(chǎn)品。
如上所述，熔融鋁合金以3～6℃/sec的冷卻速率冷卻以便鑄造鑄板21?？刂畦T板21中結(jié)晶的金屬間化合物和Si質(zhì)點(diǎn)以分別具有合適的尺寸以使其不粗化。結(jié)果，防止了在隨后的軋制中鑄板21裂紋的發(fā)生，并且金屬間化合物和Si質(zhì)點(diǎn)由于軋制而被壓碎。因此，由于前述的研磨效果，使金屬間化合物具有適當(dāng)尺寸以便提高抗擦傷性和耐磨性。進(jìn)一步，Si質(zhì)點(diǎn)在鋁基體中廣泛的分布，并具有適當(dāng)尺寸以便提高疲勞強(qiáng)度。
本發(fā)明不限于結(jié)晶有Al-Si-Fe金屬間化合物或除Al、Si和Fe還含有Mn等的多元金屬間化合物的鋁軸承合金。本發(fā)明可以應(yīng)用于常規(guī)鋁軸承合金的鑄造方法和設(shè)備。
前述說(shuō)明書和附圖只是對(duì)本發(fā)明原理的解釋，不應(yīng)解釋為限制性的。各種改進(jìn)和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是明顯的。所有這些改進(jìn)和變化均落在本發(fā)明通過(guò)權(quán)利要求限制的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熔融鋁軸承合金的連鑄方法，其中，由一對(duì)行進(jìn)的環(huán)行輸送帶的基本平行相對(duì)的部分限定鑄造空間，并將熔融鋁軸承合金供到鑄造空間中連續(xù)地鑄成板狀，其特征在于，在鋁軸承合金凝固的過(guò)程中控制冷卻速率ΔT以使冷卻速率ΔT在3～6℃/秒之間，其中ΔT＝(T-500)/t，T是鋁軸承合金鑄造開始時(shí)的溫度，t是以秒計(jì)量的在鑄造開始到鋁軸承合金溫度降至500℃時(shí)之間的時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，鋁軸承合金包含，以質(zhì)量計(jì)，3～40％的Sn，0.5～7％的Si，0.05～2％的Fe，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，以及使Al-Si-Fe三元金屬間化合物結(jié)晶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，鋁軸承合金包含，以質(zhì)量計(jì)，3～40％的Sn，0.5～7％的Si，0.05～2％的Fe，至少一種或多種總量為0.01～3％的Mn、V、Mo、Cr、Co、Ni和W，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，以及使含所述至少一種或多種Mn、V、Mo、Cr、Co、Ni和W的Al-Si-Fe多元金屬間化合物結(jié)晶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，鋁軸承合金包含，以質(zhì)量計(jì)，至少一種或多種總量為0.01～2％的B、Ti和Zr。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，鋁軸承合金包含，以質(zhì)量計(jì)，至少一種或多種總量為0.1～5％的Cu、Mg和Zn。
6.一種將熔融鋁軸承合金連鑄成板狀的設(shè)備，其特征在于包括帶式連鑄裝置，包括一對(duì)行進(jìn)的環(huán)行輸送帶和限定在一對(duì)行進(jìn)的環(huán)行輸送帶的基本平行相對(duì)部分之間并且具有兩個(gè)端部的鑄造空間；用于從鑄造空間的一端側(cè)提供熔融鋁軸承合金至鑄造空間的熔融金屬提供裝置；用于通過(guò)環(huán)行輸送帶的作用冷卻供至鑄造空間的熔融鋁軸承合金的冷卻裝置以及；用于從其兩側(cè)噴水至鑄板以使之冷卻的噴水裝置，鑄板連鑄于鑄造空間中并通過(guò)輸送帶運(yùn)動(dòng)從鑄造空間的另一端側(cè)傳送出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于，噴水裝置在鑄板的一部分從鑄造空間的所說(shuō)另一端側(cè)輸送出后立即噴水至該部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征進(jìn)一步在于包括，用于防止由噴水裝置噴出的噴至鑄板上的水飛濺的防飛濺部件，該防飛濺部件被設(shè)置成覆蓋在由鑄造空間輸送出的鑄板的兩面。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征進(jìn)一步在于包括，用于防止由噴水裝置噴出的噴至鑄板上的水飛濺的防飛濺部件，該防飛濺部件被設(shè)置成覆蓋由鑄造空間輸送出的鑄板的兩面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于，防飛濺部件具有至少一端部位于鑄造空間一側(cè)，該端部?jī)A斜以便向鑄造空間一側(cè)逐漸接近鑄板。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，防飛濺部件具有至少一端部位于鑄造空間一側(cè)，該端部?jī)A斜以便向鑄造空間一側(cè)逐漸接近鑄板。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征還在于包括，形成氣幕的空氣噴射裝置，其位于比噴水裝置離鑄造空間一側(cè)更近位置，因此阻止噴水裝置噴出的水飛濺到每一個(gè)輸送帶側(cè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征進(jìn)一步在于包括，形成氣幕的空氣噴射裝置，其位于比噴水裝置離鑄造空間一側(cè)更近位置，因此阻止噴水裝置噴出的水飛濺到每一個(gè)輸送帶側(cè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征進(jìn)一步在于包括，形成氣幕的空氣噴射裝置，其位于比噴水裝置離鑄造空間一側(cè)更近位置，因此阻止噴水裝置噴出的水飛濺到每一個(gè)輸送帶側(cè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征進(jìn)一步在于包括，形成氣幕的空氣噴射裝置，其位于比噴水裝置離鑄造空間一側(cè)更近位置，因此阻止噴水裝置噴出的水飛濺到每一個(gè)輸送帶側(cè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征進(jìn)一步在于包括，形成氣幕的空氣噴射裝置，其位于比噴水裝置離鑄造空間一側(cè)更近位置，因此阻止噴水裝置噴出的水飛濺到每一個(gè)輸送帶側(cè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征進(jìn)一步在于包括，形成氣幕的空氣噴射裝置，其位于比噴水裝置離鑄造空間一側(cè)更近位置，因此阻止噴水裝置噴出的水飛濺到每一個(gè)輸送帶側(cè)。
全文摘要
在熔融鋁軸承合金連鑄中,由一對(duì)傳送環(huán)行輸送帶基本上平行相對(duì)的部分限定鑄造空間,熔融鋁軸承合金供應(yīng)到鑄造空間中連續(xù)地鑄成板狀。在鋁軸承合金凝固的過(guò)程中控制冷卻速率ΔT以使冷卻速率ΔT在3～6℃/秒之間。其中ΔT=(T－500)/t,T是鋁軸承合金鑄造開始時(shí)的溫度,t是以秒計(jì)的鑄造開始到鋁軸承合金溫度降至500℃時(shí)的時(shí)間。
文檔編號(hào)B22D11/055GK1347778SQ0113293
公開日2002年5月8日 申請(qǐng)日期2001年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月11日
發(fā)明者籠原幸彥, 藤田正仁, 山本康一, 柴山隆之 申請(qǐng)人:大同軸瓦工業(yè)株式會(huì)社