专利名称：一种铝基耐磨轴套合金及其冶炼方法
技术领域：
本发明涉及铝基轴承合金，特别涉及铝基耐磨轴套合金及其冶炼方法。
耐磨轴套一般采用锡青铜，如含锡为6(重量)%、锌为6(重量)%、铅3(重量)%的ZQSn6-6-3合金及含锡10(重量)%、铁为1(重量)%的PZ2270合金。这两种锡青铜耐磨性能好，强度高。自从70年代以来，国内外有许多关于锌铝耐磨合金研究的报导，例如美国专利US3，888，660，首先报导了以Zn-22%A1为基的铝锌合金系列;1985年日本特许公报昭60-2373也报导了锌基轴承合金。这些以锌铝为基的耐磨合金的研究具有三个特点一是铝含量范围变宽，铝的含量已扩展到4～30(重量)%;二是耐磨相的构成复杂化，其中有硅强化型、铜强化型以及铜与硅共强化型;三是添加多种微量元素的作用，合金种类更加繁多。但是这些锌铝耐磨合金真正取代锡青铜并实际应用者甚少，尺寸稳定性差，比强度较小。
本发明目的在于提供一种能满足加油机和各种机器所用耐磨轴套对摩擦系数和耐磨性的要求、可取代锡青铜而又能克服材料在加工和使用过程中发生相变所导致的轴承尺寸公差的变化以及降低能耗和成本的新型铝基耐磨轴套合金及其冶炼方法。
本发明目的是这样达到的提供一种铝基耐磨轴套合金，其合金成分(重量)%如下锌22～32、硅3～8、铜0.8～1.5、锆0.3～0.8、磷0.01～0.03、铝60～70;本发明的铝基耐磨轴套合金的冶炼方法是在熔炼炉内先将按合金成分比例称重的铝、硅、部分铜以及铝-锆中间合金熔化后，在700～800℃下熔炼约40分钟，待炉料全熔化后加入含磷为13～15(重量)%的磷铜合金，熔化后加入所需的锌量，熔化后在上述熔炼温度下保持10分钟，即可获得本铝基耐磨轴套合金。
以下结合附图与实施例对本发明轴套合金及其冶炼方法进行详细说明。
本发明铝基合金成分中，铝、锌含量处于Zn-A1相图共析点的左侧，所以本发明以A1-(20～30)%、Zn(3～8)%Si为基的合金差热分析曲线仅有一个熔点区(合金熔点为530～550℃)，而作为锌基合金的Zn-(20～24)%A1-(3～8)%Si为基的合金，其差热分析曲线则出现若干个熔点区，从而材料尺寸稳定性好。在铝基合金中含有适当的锌对于轴承用合金是有好处的，锌具有良好亲油性，由其生成的氧化锌具有类似于石墨状结构，因而也具有润滑作用，使以Al-Zn-Si为基的本发明合金具有良好的抗咬合性以及在边界润滑条件下具有良好的摩擦特性。本发明合金中含锌22～32(重量)%，较好是含锌26～32(重量)%，最好是28，本发明合金含铝60～70(重量)%，较好是含铝62～68(重量)%，最好含铝65.08(重量)%。本发明合金采用硅强化型，硅在合金中以硅粒均匀分布并细化，从而提高合金的耐磨性和耐载荷性，进而提高抗咬合性。硅在合金中的含量为3～8(重量)%。较好为4～6(重量)%，最好是5(重量)%，然而如果硅含量超过8(重量)%，则硅的析出量高，而且硅粒析出粗化大，难以通过加入磷和锆使其分布均匀和微细化，如果加入量小于3(重量)%，则硅的作用不显著。在本发明中加入少量铜，添加铜的目的是增加铁、镉、锡等有害杂质元素在合金中的最大允许量。铜的含量为0.8～1.5(重量)%，较好是1.1～1.3(重量)%，最好含量为1.3(重量)%。如超过1.5(重量)%，则将有其它中间化合物生成，反而使合金耐磨性降低，如小于0.8(重量)%，则其作用不显著。为对于本合金基体和硅粒进行细化，采用磷和锆共同细化的方式，磷和锆的加入有二种作用其一是细化基础合金的晶粒，从而提高合金基体性能，改善合金的摩擦系数;其二是细化分布于合金中的硅粒，由于加入磷和锆而形成的分布均匀而细化的硅粒可使合金的摩擦性能得到改善。磷的加入是以磷铜合金的形式加入，磷的加入量是配料的0.08～0.12(重量)%，磷在合金中与铝形成AlP化合物，它与锆一起细化合金基体与硅粒，磷在冶炼中部分挥发，最后残留在合金中的磷量为0.01～0.03(重量)%，最好是0.02(重量)%。如含磷量小于0.01(重量)%，则AlP化合物量不足，难以使合金基体及硅粒细化;如含磷量大于0.03(重量)%，则又会产生结团和偏聚的AlP化合物，使AlP化合物粗大和分布不均匀，从而失去使硅异质形核分散细化的作用。在本发明合金中所含的锆是与磷一起联合细化合金基体和硅粒的，锆的含量为0.3～0.8(重量)%，较好为0.4～0.8(重量)%，最好含0.6(重量)%，锆含量超过0.8(重量)%和小于0.3(重量)%都起不到良好细化合金基体晶粒和硅粒的效果。
本发明的铝基耐磨轴套合金的冶炼方法是在熔炼炉中先将按合金成分比例称重的铝、硅、部分铜以及铝-锆中间合金熔化后，在700～800℃下熔炼约40分钟，待炉料全熔化后，加入含磷为13～15(重量)%的磷铜合金，加入量为0.6～0.8(重量)%，熔化后加入所需锌量，熔化后在上述熔炼温度下保持10分钟浇铸成锭，即可获得本发明的铝基耐磨轴套合金。磷与锆可细化合金晶粒和硅粒，其中，磷与铝可形成在热力学上较稳定的AlP化合物，所形成的AlP与Si具有相同的点阵结构和晶格类型，并具有极为相近的点阵常数，它是硅的良好异质形核剂。在熔炼过程中所形成的大量、细小和弥散分布的AlP微粒作为Si异质形核的核心，将Si吸引到每个AlP微粒上形成晶核，从而达到分散和细化硅的目的。因此，磷铜的加入须在加锌之前，才能较好地起到细化晶粒的作用，最后使磷在合金中的含量为0.01～0.03(重量)%。本发明合金熔点在530～550℃，铸造性能好，适应各种铸造方式，如压铸、连铸等，铸态密度为3.2～3.4T/m3。
附
图1是本铝基耐磨轴套合金的差热分析曲线图。试样尺寸为13.39mg、加热速度为10℃/分钟，其熔点区只有一个，熔点在549.9℃。相变结构简单，材料尺寸稳定性高。
本发明的铝基耐磨轴套合金主要性能测试结果列于表1，在表1中同时列入作为比较对象的锡青铜性能，所用本发明合金成分(重量)%为锌28、硅5、铜1.3、锆0.6、磷0.02、铝65.08。
上表所得摩擦性能是在Amsler摩擦试验机上进行的，试块是本发明合金，试环是GCr15钢，转速为300转/分钟，负荷27.6Kg，介质用70号车用汽油，摩擦时间为10分钟。
本发明合铝基耐磨轴套合金及其冶炼方法与锡青铜FZ2270和锡青铜ZQSn6-6-3相比具有许多优点和效果(1)摩擦系数和摩痕宽都小，耐磨性高;(2)抗张强度稍高于锡青铜，而密度却小得多，本发明合金铸态密度3.3～3.4T/m3，而锡青铜FZ2270和锡青铜ZQSn6-6-3为8.75～8.82T/m3，因而本发明合金的比强度大于锡青铜;(3)一吨本发明合金材料可代替2.59吨左右锡青铜;(4)本发明合金的原材料费比锡青铜低，因此，成本也低;(5)用本合金所制轴套寿命长，从而减少停机检修或换件时间，提高生产效率，降低消耗和成本。本发明合金适用于替代锡青铜制造加油机等所用耐磨轴套。
实施例1按合金配料的重量百分比称重，铝65.08%(包括Al-Zn中间合金中的铝)、锌28、锆0.6%(以铝-锆中间合金加入)、硅5%、铜0.7%、磷铜(含磷14%)0.70。先将铝、硅、铜和铜锆中间合金在熔炼炉中熔化，熔化温度为760℃，熔炼时间为40分钟，待炉料完全熔化后，加入磷铜0.7%，熔化后另入所需锌28%，熔化后保持上述熔炼温度10分钟，浇铸即成。所得合金成分为锌28(重量)%、硅5(重量)%、铜1.3(重量)%、锆0.6(重量)%、磷0.02(重量)%、铝65.08(重量)%。
其性能如表1所示。
实施例2按照实施例1的冶炼方法，得到如下成分(重量%)的合金磷0.03、锌32、硅5、铜1.3、锆0.5、余量为铝。在与上述同样测试条件下做了三个试样，其摩擦系数分别为0.157、0.145、0.156;磨痕宽度为2.14、1.17、1.96;硬度70～100。
实施例3按照实施例1的冶炼方法，得到如下成份(重量%)的合金磷0.02、锌23、硅7、铜1.37、锆0.5、余量为铝。在与上述同样测试条件下做了二个试样，其摩擦系数分别为0.142、0.143;磨痕宽为1.64、1.36;硬度为110～130。
权利要求
1.一种铝基耐磨轴套合金，其特征在于合金成分(重量%)如下锌22～32、硅3～8、铜0.8～1.5、锆0.3～0.8、磷0.01～0.03、铝60～70。
2.按照权利要求1所述的铝基耐磨轴套合金，其特征在于合金成份(重量%)如下锌26～32、硅4～6、铜1.1～1.3、锆0.4～0.8、磷0.01～0.03、铝62～68。
3.按照权利要求2所述的铝基耐磨轴套合金，其特征在于合金成份(重量%)如下锌28、硅5、铜1.3、锆0.6、磷0.02、铝65.08。
4.冶炼权利要求1～3铝基耐磨轴套合金的方法，其特征在于在熔炼炉中先将按成分比例称重的铝、硅、部分铜以及铝-锆中间合金熔化后，在700～800℃下熔炼约40分钟，待炉料全熔化后，加入含磷为13～15(重量)%的磷铜合金，加入量为0.6～0.8(重量)%，熔化后加入所需锌量，熔化后在上述熔炼温度下保持10分钟，然后浇铸成锭。
全文摘要
本发明涉及一种铝基耐磨轴套合金。本发明合金成分(重量)％(如下)锌22～32、硅3～5、铜0.8～1.5、锆0.3～0.8、磷0.01～0.03、铝60～70。本发明合金熔炼温度为700～800℃，在加锌之前以含磷为13～15(重量)％的磷铜加磷。本发明合金耐磨性能好，比强度高，机械加工和铸造性能良好，可代替锡青铜作加油机等耐磨轴套用，成本低廉，效果良好。
文档编号C22C21/10GK1108312SQ9410164
公开日1995年9月13日 申请日期1994年3月10日 优先权日1994年3月10日
发明者徐柱天, 王秉国, 石力开, 张少明, 王勇, 高敏, 王庆梅, 任路阳, 刘庆兰, 朱学新, 王惠, 刘庆杰 申请人:王秉国, 徐柱天