专利名称：一种Al-Pb合金轴瓦材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种合金轴瓦材料的制备方法，具体涉及一种半固态流变成形方法。
背景技术：
Al-I^b轴瓦材料具有高的抗疲劳强度和高承载能力，与巴氏合金轴瓦材料相比，具 有更低的磨损率、良好的防抱死性能和减磨性能，可靠的承载能力和强的适应性，在高性能 发动机、轴承等耐磨、减慢机构上具有更为广阔的应用范围。但是，Al-Pb轴瓦材料属于偏晶合金，且1 和Al的比重差别大，而此材料只有当 Pb颗粒细小并均勻分布的情况下才能发挥其优异的性能。采用传统铸造法铸造时，会产生 严重的宏观偏析甚至分层现象，很难得到组织均勻的材料，商业化应用的Al-Pb轴瓦材料 大多采用粉末冶金的方法来制备，但该方法工艺流程长、复杂，所得产品成本高。半固态流变成形是20世纪70年代初开发的一种新型金属材料的成形方法，该方 法是将合金也在半固态温度进行搅拌，获得初生相为非枝晶，最好为球状的细小颗粒悬浮 于液态金属中的半固态浆料，然后压铸成形。因非枝晶浆料的独特性，可以得到少缩松、甚 至无缩松的组织致密、细小的近净型零件。粉末冶金法所得材料1 的含量受到限制，一般 不超过10%，但只有当Al-Pb合金的含铅量> 10%时，1 对磨损特性才有较明显的作用， 而半固态流变成形能够获得1 含量30%以上的材料。目前，利用半固态流变成形制备诸如 Al-Pb等偏晶合金的研究甚少。国外仅有英国Brunei大学的Fan采用基于注塑机改造的双 螺旋流变成形技术，但所用设备十分复杂。在国内有倾斜铸造法和电磁搅拌铸造法，这两种 方法虽然在合金流入铸型时为半固态，但因半固态浆料粘度大，很难形成组织致密的且形 状复杂，尤其是薄壁的材料(轴瓦材料在应用时是在钢瓦上背一薄层)。另外，从半固态流 变成形的工艺步骤看，半固态浆料必须是在外来下，如压、挤、锻、轧下成形。而这两种方法 仅是浆料在重力下流入金属型凝固即可，也就是说它们不属于半固态流变成形的范畴。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在于克服上述制备工艺的缺陷，提供一种短流程、产 品性能优异、成本低的Al-Pb合金轴瓦材料的半固态流变成形制备方法。为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案一种Al-Pb合金轴瓦材料的制备方法，其步骤是⑴称取除1 以外的其他组分， 并使之熔化，( 加入1 块，待熔化后精炼，( 强烈搅拌，形成组织均勻的半固态悬浮浆 料，(4)填入预热的模具中，冷却压铸即形成所需的材料。进一步改进为，步骤O)中，所述精炼为六氯乙烷法。用六氯乙烷精炼后，扒渣，在 650-750°C下倒入搅拌装置。步骤(3)中，所述搅拌采用双筒式机械搅拌器。所述搅拌的速度为500-1500转/ 分。所述搅拌的温度为合金的熔点之下570-630°C。所述搅拌的时间为5-20分钟。搅拌方 向为单方向旋转，搅拌器的外筒内面与内筒外面均有螺纹，内筒由电机带动，外筒固定，铝铅合金金液在内、外筒缝隙之间受剧烈剪切、搅拌作用，从而制备出1 液滴细小、均勻悬浮 的半固态金属浆料。再者，步骤(4)中，所述模具的预热温度为150-250°c。步骤(4)中，所述冷却压铸 的速度为1-9米/秒。在适当的温度下打开搅拌器出料口，使其迅速流入一钢制容器中，倒 入经预热的压铸机压室中，开动压铸机使其填入预热的模具中，冷却压铸形成所需的板材 或块体材料。压铸机为传统的卧式压铸机，其压室要有加热功能。半固态流变成形Al-I^b合金轴瓦材料的配方为(重量比)，(I)Al-Si-Cu-Zn-Pb 3% Si,0. 8% Cu, 3. 5% Zn, (0-30) % Pb，余量是 Al ；(2) Al-Si-Cu-Sn-Pb 4% Si, 1 % Cu, 1. 5% Sn, (0-30) % Pb，余量是 Al。可根据轴瓦的性能要求及结构(整体、双金属、三层金属)选择不同系列铝铅系合果。铝铅合金中所添加金属的作用是铅和锡作为软相存在于基体中，可增加合金的 润滑性、抗咬合性，适应性及嵌入性；嵌入性即材料可嵌进灰尘和外来微粒，能防止轴的表 面擦伤和磨损。铅还可改善合金的表面性能，增加与润滑油的亲和性和工作顺应性；锡也可 改善合金的表面性能，增强软相的抗腐蚀能力；铜是合金的强化元素，可提高基体的力学性 能，增加其负载能力，抗疲劳性能等；硅是合金的硬化元素，分散于基体中，可改善合金的高 温抗蠕变性能、抗磨损能力和防抱死性能；锌可调整合金的显微组织，改善合金的力学、加 工性能。由于合金的负荷能力、疲劳强度与抗咬合性、适应性及嵌入性是相矛盾的性能，上 述合金成分可协调其关系，并得到具有较好的综合性能的产品。对于Al-Pb合金来说，采用双筒式机械搅拌所得半固态浆料不仅能够满足半固态 流变成形的需要，更重要的是1 被搅成细小的液滴并均勻分布在半固态铝合金浆料中。因 半固态浆料的粘度大，在将半固态浆料从搅拌装置移至压铸机压室以及充型后的凝固过程 中，本制备方法均可有效预防1 液滴的凝并、下沉。另外，因合金液已有一半左右的凝固成 固相(非枝晶或球状颗粒)，与传统的液态压铸相比，其凝固速度快，也会大大缩短1 液滴 凝并、下沉的时间，在这两方面的作用下，本制备方法可获得1 相成细小颗粒并分布均勻 的Al-Pb合金。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中图1是本发明Al-Pb合金轴瓦材料的制备方法的双筒式机械搅拌设备；图2是Al-Si-Cu-Zn-Pb系，含铅量20%的合金的金相组织图； 图3a是Al-Si-Cu-Sn-Pb系，含铅量20 %的合金的金相组织图(搅拌温度 570 0C )；图北是Al-Si-Cu-Sn-Pb系，含铅量20 %的合金的金相组织图(搅拌温度 630 0C )；图如是Al-Si-Cu-Sn-Pb系，含铅量20%的合金的金相组织图(搅拌速度500转 /分)；
图4b是Al-Si-Cu-Sn-I^b系，含铅量20%的合金的金相组织图(搅拌速度1500转 /分)；图fe是Al-Si-Cu-Sn-Pb系，含铅量10%的合金的金相组织图；图5b是Al-Si-Cu-Sn-Pb系，含铅量30%的合金的金相组织图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1配制合金总量为1.5千克，基体合金的成分为0.8% Cu, 3% Si, 3. 5% Zn，含铅量 20%，余量为铝(重量比)；按上述成分配料(除1 外)，在电阻炉中熔化，在720°C下加 入1 块，待其熔化后，用六氯乙烷精炼，扒渣后，保温5分钟；在700°C时，倒入双筒式机械 搅拌装置(如图1所示)中以1000转/分强烈搅拌10分钟，形成组织均勻的半固态悬浮 浆料；在595°C下打开出料口，使其迅速流入一钢制容器中，并倒入经420°C预热的压铸机 压室中，开动压铸机使其填入200°C预热的模具中，形成所需的板材或块体材料。产品的金 相显微组织如图2所示，球状颗粒的铅均勻分布在铝基体合金中，其机械性能硬度为HV = 196，屈服强度 σ 0 2 = 253Mpa。磨损率 1. 734m3 (N. 1(Γ14。如图1所示，双筒式机械搅拌装置包括电机1、内筒2、外筒3、保温坩埚4、出料口 5、支撑架6和底座7等，其搅拌方向为单方向旋转，搅拌器的外筒3内面与内筒2外面均有 螺纹，内筒2由电机1带动，外筒3固定，铝铅合金金液在内、外筒缝隙之间受剧烈剪切、搅 拌作用，从而制备出1 液滴细小、均勻悬浮的半固态金属浆料。实施例2对搅拌温度的考察配制合金总量为1. 5千克，基体合金的成分为0. 8% Cu，3% Si,3.5% Sn，含铅量20%，余量为铝(重量比)，采用与实施例1相同的方法冶炼，但搅拌的 温度为630°C和570°C。图3a(570°C )和图3b (630°C )显示，金相组织的球状或团聚状铅 颗粒均勻分布在铝合金的基体中。实施例3对搅拌速度的考察配制合金总量为1. 5千克，基体合金的成分为0. 8% Cu，3% Si,3.5% Sn，含铅量20%，余量为铝(重量比)，采用与实施例1相同的方法冶炼，但搅拌速 度为500转/分和1500转/分。图如(500转/分)和4b (1500转/分)显示，金相组织 的球状或团聚状铅颗粒均勻分布在铝合金的基体中。实施例4对含铅量的考察配制合金总量为1. 5千克，基体合金的成分为0. 8% Cu，3% Si， 3. 5% Sn，余量为铝(重量比)，铅的加入量分别为10^^30%。采用与实施例1相同的方法 冶炼，浇注在尺寸为S15X100rara啲金属型中。图)和釙(30% )显示，金相组织的 球状或团聚状铅颗粒均勻分布在铝合金的基体中。最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1.一种Al-Pb合金轴瓦材料的制备方法，其步骤是(1)称取除1 以外的其他组分，并 使之熔化，(2)加入1 块，待熔化后精炼，(3)强烈搅拌，形成组织均勻的半固态悬浮浆料， (4)填入预热的模具中，冷却压铸即形成所需的材料。
2.根据权利要求1所述的Al-H3合金轴瓦材料的制备方法，其特征在于步骤⑵中， 所述精炼为六氯乙烷法。
3.根据权利要求1所述的Al-H3合金轴瓦材料的制备方法，其特征在于步骤(3)中， 所述搅拌采用双筒式机械搅拌器。
4.根据权利要求1或3所述的Al-Pb合金轴瓦材料的制备方法，其特征在于所述搅 拌的速度为500-1500转/分。
5.根据权利要求1或3所述的Al-Pb合金轴瓦材料的制备方法，其特征在于所述搅 拌的温度为合金的熔点之下570-630°C。
6.根据权利要求1或3所述的Al-Pb合金轴瓦材料的制备方法，其特征在于所述搅 拌的时间为5-20分钟。
7.根据权利要求1所述的Al-H3合金轴瓦材料的制备方法，其特征在于步骤(4)中， 所述模具的预热温度为150-250°C。
8.根据权利要求1所述的Al-H3合金轴瓦材料的制备方法，其特征在于步骤(4)中， 所述冷却压铸的速度为1-9米/秒。
全文摘要
一种Al-Pb合金轴瓦材料的制备方法，其步骤是(1)称取除Pb以外的其他组分，并使之熔化，(2)加入Pb块，待熔化后精炼，(3)强烈搅拌，形成组织均匀的半固态悬浮浆料，(4)填入预热的模具中，冷却压铸即形成所需的材料。本制备方法可获得Pb相成细小颗粒并分布均匀的Al-Pb合金，是一种短流程、所得产品性能优异、成本低的Al-Pb合金轴瓦材料的半固态流变成形制备方法。
文档编号B22D17/00GK102139361SQ20101010296
公开日2011年8月3日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者刘二勇, 李元东, 阎峰云, 陈体军, 马颖 申请人:兰州理工大学