專利名稱：一種鋁基耐磨軸套合金及其冶煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁基軸承合金，特別涉及鋁基耐磨軸套合金及其冶煉方法。
耐磨軸套一般采用錫青銅，如含錫為6(重量)%、鋅為6(重量)%、鉛3(重量)%的ZQSn6-6-3合金及含錫10(重量)%、鐵為1(重量)%的PZ2270合金。這兩種錫青銅耐磨性能好，強(qiáng)度高。自從70年代以來，國內(nèi)外有許多關(guān)于鋅鋁耐磨合金研究的報(bào)導(dǎo)，例如美國專利US3，888，660，首先報(bào)導(dǎo)了以Zn-22%A1為基的鋁鋅合金系列;1985年日本特許公報(bào)昭60-2373也報(bào)導(dǎo)了鋅基軸承合金。這些以鋅鋁為基的耐磨合金的研究具有三個(gè)特點(diǎn)一是鋁含量范圍變寬，鋁的含量已擴(kuò)展到4～30(重量)%;二是耐磨相的構(gòu)成復(fù)雜化，其中有硅強(qiáng)化型、銅強(qiáng)化型以及銅與硅共強(qiáng)化型;三是添加多種微量元素的作用，合金種類更加繁多。但是這些鋅鋁耐磨合金真正取代錫青銅并實(shí)際應(yīng)用者甚少，尺寸穩(wěn)定性差，比強(qiáng)度較小。
本發(fā)明目的在于提供一種能滿足加油機(jī)和各種機(jī)器所用耐磨軸套對(duì)摩擦系數(shù)和耐磨性的要求、可取代錫青銅而又能克服材料在加工和使用過程中發(fā)生相變所導(dǎo)致的軸承尺寸公差的變化以及降低能耗和成本的新型鋁基耐磨軸套合金及其冶煉方法。
本發(fā)明目的是這樣達(dá)到的提供一種鋁基耐磨軸套合金，其合金成分(重量)%如下鋅22～32、硅3～8、銅0.8～1.5、鋯0.3～0.8、磷0.01～0.03、鋁60～70;本發(fā)明的鋁基耐磨軸套合金的冶煉方法是在熔煉爐內(nèi)先將按合金成分比例稱重的鋁、硅、部分銅以及鋁-鋯中間合金熔化后，在700～800℃下熔煉約40分鐘，待爐料全熔化后加入含磷為13～15(重量)%的磷銅合金，熔化后加入所需的鋅量，熔化后在上述熔煉溫度下保持10分鐘，即可獲得本鋁基耐磨軸套合金。
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明軸套合金及其冶煉方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明鋁基合金成分中，鋁、鋅含量處于Zn-A1相圖共析點(diǎn)的左側(cè)，所以本發(fā)明以A1-(20～30)%、Zn(3～8)%Si為基的合金差熱分析曲線僅有一個(gè)熔點(diǎn)區(qū)(合金熔點(diǎn)為530～550℃)，而作為鋅基合金的Zn-(20～24)%A1-(3～8)%Si為基的合金，其差熱分析曲線則出現(xiàn)若干個(gè)熔點(diǎn)區(qū)，從而材料尺寸穩(wěn)定性好。在鋁基合金中含有適當(dāng)?shù)匿\對(duì)于軸承用合金是有好處的，鋅具有良好親油性，由其生成的氧化鋅具有類似于石墨狀結(jié)構(gòu)，因而也具有潤滑作用，使以Al-Zn-Si為基的本發(fā)明合金具有良好的抗咬合性以及在邊界潤滑條件下具有良好的摩擦特性。本發(fā)明合金中含鋅22～32(重量)%，較好是含鋅26～32(重量)%，最好是28，本發(fā)明合金含鋁60～70(重量)%，較好是含鋁62～68(重量)%，最好含鋁65.08(重量)%。本發(fā)明合金采用硅強(qiáng)化型，硅在合金中以硅粒均勻分布并細(xì)化，從而提高合金的耐磨性和耐載荷性，進(jìn)而提高抗咬合性。硅在合金中的含量為3～8(重量)%。較好為4～6(重量)%，最好是5(重量)%，然而如果硅含量超過8(重量)%，則硅的析出量高，而且硅粒析出粗化大，難以通過加入磷和鋯使其分布均勻和微細(xì)化，如果加入量小于3(重量)%，則硅的作用不顯著。在本發(fā)明中加入少量銅，添加銅的目的是增加鐵、鎘、錫等有害雜質(zhì)元素在合金中的最大允許量。銅的含量為0.8～1.5(重量)%，較好是1.1～1.3(重量)%，最好含量為1.3(重量)%。如超過1.5(重量)%，則將有其它中間化合物生成，反而使合金耐磨性降低，如小于0.8(重量)%，則其作用不顯著。為對(duì)于本合金基體和硅粒進(jìn)行細(xì)化，采用磷和鋯共同細(xì)化的方式，磷和鋯的加入有二種作用其一是細(xì)化基礎(chǔ)合金的晶粒，從而提高合金基體性能，改善合金的摩擦系數(shù);其二是細(xì)化分布于合金中的硅粒，由于加入磷和鋯而形成的分布均勻而細(xì)化的硅粒可使合金的摩擦性能得到改善。磷的加入是以磷銅合金的形式加入，磷的加入量是配料的0.08～0.12(重量)%，磷在合金中與鋁形成AlP化合物，它與鋯一起細(xì)化合金基體與硅粒，磷在冶煉中部分揮發(fā)，最后殘留在合金中的磷量為0.01～0.03(重量)%，最好是0.02(重量)%。如含磷量小于0.01(重量)%，則AlP化合物量不足，難以使合金基體及硅粒細(xì)化;如含磷量大于0.03(重量)%，則又會(huì)產(chǎn)生結(jié)團(tuán)和偏聚的AlP化合物，使AlP化合物粗大和分布不均勻，從而失去使硅異質(zhì)形核分散細(xì)化的作用。在本發(fā)明合金中所含的鋯是與磷一起聯(lián)合細(xì)化合金基體和硅粒的，鋯的含量為0.3～0.8(重量)%，較好為0.4～0.8(重量)%，最好含0.6(重量)%，鋯含量超過0.8(重量)%和小于0.3(重量)%都起不到良好細(xì)化合金基體晶粒和硅粒的效果。
本發(fā)明的鋁基耐磨軸套合金的冶煉方法是在熔煉爐中先將按合金成分比例稱重的鋁、硅、部分銅以及鋁-鋯中間合金熔化后，在700～800℃下熔煉約40分鐘，待爐料全熔化后，加入含磷為13～15(重量)%的磷銅合金，加入量為0.6～0.8(重量)%，熔化后加入所需鋅量，熔化后在上述熔煉溫度下保持10分鐘澆鑄成錠，即可獲得本發(fā)明的鋁基耐磨軸套合金。磷與鋯可細(xì)化合金晶粒和硅粒，其中，磷與鋁可形成在熱力學(xué)上較穩(wěn)定的AlP化合物，所形成的AlP與Si具有相同的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和晶格類型，并具有極為相近的點(diǎn)陣常數(shù)，它是硅的良好異質(zhì)形核劑。在熔煉過程中所形成的大量、細(xì)小和彌散分布的AlP微粒作為Si異質(zhì)形核的核心，將Si吸引到每個(gè)AlP微粒上形成晶核，從而達(dá)到分散和細(xì)化硅的目的。因此，磷銅的加入須在加鋅之前，才能較好地起到細(xì)化晶粒的作用，最后使磷在合金中的含量為0.01～0.03(重量)%。本發(fā)明合金熔點(diǎn)在530～550℃，鑄造性能好，適應(yīng)各種鑄造方式，如壓鑄、連鑄等，鑄態(tài)密度為3.2～3.4T/m3。
附

圖1是本鋁基耐磨軸套合金的差熱分析曲線圖。試樣尺寸為13.39mg、加熱速度為10℃/分鐘，其熔點(diǎn)區(qū)只有一個(gè)，熔點(diǎn)在549.9℃。相變結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料尺寸穩(wěn)定性高。
本發(fā)明的鋁基耐磨軸套合金主要性能測(cè)試結(jié)果列于表1，在表1中同時(shí)列入作為比較對(duì)象的錫青銅性能，所用本發(fā)明合金成分(重量)%為鋅28、硅5、銅1.3、鋯0.6、磷0.02、鋁65.08。
上表所得摩擦性能是在Amsler摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，試塊是本發(fā)明合金，試環(huán)是GCr15鋼，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘，負(fù)荷27.6Kg，介質(zhì)用70號(hào)車用汽油，摩擦?xí)r間為10分鐘。
本發(fā)明合鋁基耐磨軸套合金及其冶煉方法與錫青銅FZ2270和錫青銅ZQSn6-6-3相比具有許多優(yōu)點(diǎn)和效果(1)摩擦系數(shù)和摩痕寬都小，耐磨性高;(2)抗張強(qiáng)度稍高于錫青銅，而密度卻小得多，本發(fā)明合金鑄態(tài)密度3.3～3.4T/m3，而錫青銅FZ2270和錫青銅ZQSn6-6-3為8.75～8.82T/m3，因而本發(fā)明合金的比強(qiáng)度大于錫青銅;(3)一噸本發(fā)明合金材料可代替2.59噸左右錫青銅;(4)本發(fā)明合金的原材料費(fèi)比錫青銅低，因此，成本也低;(5)用本合金所制軸套壽命長(zhǎng)，從而減少停機(jī)檢修或換件時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，降低消耗和成本。本發(fā)明合金適用于替代錫青銅制造加油機(jī)等所用耐磨軸套。
實(shí)施例1按合金配料的重量百分比稱重，鋁65.08%(包括Al-Zn中間合金中的鋁)、鋅28、鋯0.6%(以鋁-鋯中間合金加入)、硅5%、銅0.7%、磷銅(含磷14%)0.70。先將鋁、硅、銅和銅鋯中間合金在熔煉爐中熔化，熔化溫度為760℃，熔煉時(shí)間為40分鐘，待爐料完全熔化后，加入磷銅0.7%，熔化后另入所需鋅28%，熔化后保持上述熔煉溫度10分鐘，澆鑄即成。所得合金成分為鋅28(重量)%、硅5(重量)%、銅1.3(重量)%、鋯0.6(重量)%、磷0.02(重量)%、鋁65.08(重量)%。
其性能如表1所示。
實(shí)施例2按照實(shí)施例1的冶煉方法，得到如下成分(重量%)的合金磷0.03、鋅32、硅5、銅1.3、鋯0.5、余量為鋁。在與上述同樣測(cè)試條件下做了三個(gè)試樣，其摩擦系數(shù)分別為0.157、0.145、0.156;磨痕寬度為2.14、1.17、1.96;硬度70～100。
實(shí)施例3按照實(shí)施例1的冶煉方法，得到如下成份(重量%)的合金磷0.02、鋅23、硅7、銅1.37、鋯0.5、余量為鋁。在與上述同樣測(cè)試條件下做了二個(gè)試樣，其摩擦系數(shù)分別為0.142、0.143;磨痕寬為1.64、1.36;硬度為110～130。
權(quán)利要求
1.一種鋁基耐磨軸套合金，其特征在于合金成分(重量%)如下鋅22～32、硅3～8、銅0.8～1.5、鋯0.3～0.8、磷0.01～0.03、鋁60～70。
2.按照權(quán)利要求1所述的鋁基耐磨軸套合金，其特征在于合金成份(重量%)如下鋅26～32、硅4～6、銅1.1～1.3、鋯0.4～0.8、磷0.01～0.03、鋁62～68。
3.按照權(quán)利要求2所述的鋁基耐磨軸套合金，其特征在于合金成份(重量%)如下鋅28、硅5、銅1.3、鋯0.6、磷0.02、鋁65.08。
4.冶煉權(quán)利要求1～3鋁基耐磨軸套合金的方法，其特征在于在熔煉爐中先將按成分比例稱重的鋁、硅、部分銅以及鋁-鋯中間合金熔化后，在700～800℃下熔煉約40分鐘，待爐料全熔化后，加入含磷為13～15(重量)%的磷銅合金，加入量為0.6～0.8(重量)%，熔化后加入所需鋅量，熔化后在上述熔煉溫度下保持10分鐘，然后澆鑄成錠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁基耐磨軸套合金。本發(fā)明合金成分(重量)％(如下)鋅22～32、硅3～5、銅0.8～1.5、鋯0.3～0.8、磷0.01～0.03、鋁60～70。本發(fā)明合金熔煉溫度為700～800℃，在加鋅之前以含磷為13～15(重量)％的磷銅加磷。本發(fā)明合金耐磨性能好，比強(qiáng)度高，機(jī)械加工和鑄造性能良好，可代替錫青銅作加油機(jī)等耐磨軸套用，成本低廉，效果良好。
文檔編號(hào)C22C21/10GK1108312SQ9410164
公開日1995年9月13日 申請(qǐng)日期1994年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月10日
發(fā)明者徐柱天, 王秉國, 石力開, 張少明, 王勇, 高敏, 王慶梅, 任路陽, 劉慶蘭, 朱學(xué)新, 王惠, 劉慶杰 申請(qǐng)人:王秉國, 徐柱天