[發明專利]一種Al-Pb合金軸瓦材料的制備方法

無效

• 申請號: 201010102965.3
• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN102139361A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 陳體軍;劉二勇;馬穎;李元東;閻峰云
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: B22D17/00
• 分類號: B22D17/00
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 夏晏平

技術領域

本發明涉及一種合金軸瓦材料的制備方法，具體涉及一種半固態流變成形方法。

背景技術

Al-Pb軸瓦材料具有高的抗疲勞強度和高承載能力，與巴氏合金軸瓦材料相比，具有更低的磨損率、良好的防抱死性能和減磨性能，可靠的承載能力和強的適應性，在高性能發動機、軸承等耐磨、減慢機構上具有更為廣闊的應用范圍。

但是，Al-Pb軸瓦材料屬于偏晶合金，且Pb和Al的比重差別大，而此材料只有當Pb顆粒細小并均勻分布的情況下才能發揮其優異的性能。采用傳統鑄造法鑄造時，會產生嚴重的宏觀偏析甚至分層現象，很難得到組織均勻的材料，商業化應用的Al-Pb軸瓦材料大多采用粉末冶金的方法來制備，但該方法工藝流程長、復雜，所得產品成本高。

半固態流變成形是20世紀70年代初開發的一種新型金屬材料的成形方法，該方法是將合金也在半固態溫度進行攪拌，獲得初生相為非枝晶，最好為球狀的細小顆粒懸浮于液態金屬中的半固態漿料，然后壓鑄成形。因非枝晶漿料的獨特性，可以得到少縮松、甚至無縮松的組織致密、細小的近凈型零件。粉末冶金法所得材料Pb的含量受到限制，一般不超過10％，但只有當Al-Pb合金的含鉛量＞10％時，Pb對磨損特性才有較明顯的作用，而半固態流變成形能夠獲得Pb含量30％以上的材料。目前，利用半固態流變成形制備諸如Al-Pb等偏晶合金的研究甚少。國外僅有英國Brunel大學的Fan采用基于注塑機改造的雙螺旋流變成形技術，但所用設備十分復雜。在國內有傾斜鑄造法和電磁攪拌鑄造法，這兩種方法雖然在合金流入鑄型時為半固態，但因半固態漿料粘度大，很難形成組織致密的且形狀復雜，尤其是薄壁的材料(軸瓦材料在應用時是在鋼瓦上背一薄層)。另外，從半固態流變成形的工藝步驟看，半固態漿料必須是在外來下，如壓、擠、鍛、軋下成形。而這兩種方法僅是漿料在重力下流入金屬型凝固即可，也就是說它們不屬于半固態流變成形的范疇。

發明內容

本發明要解決的技術問題是在于克服上述制備工藝的缺陷，提供一種短流程、產品性能優異、成本低的Al-Pb合金軸瓦材料的半固態流變成形制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

一種Al-Pb合金軸瓦材料的制備方法，其步驟是：(1)稱取除Pb以外的其他組分，并使之熔化，(2)加入Pb塊，待熔化后精煉，(3)強烈攪拌，形成組織均勻的半固態懸浮漿料，(4)填入預熱的模具中，冷卻壓鑄即形成所需的材料。

進一步改進為，步驟(2)中，所述精煉為六氯乙烷法。用六氯乙烷精煉后，扒渣，在650-750℃下倒入攪拌裝置。

步驟(3)中，所述攪拌采用雙筒式機械攪拌器。所述攪拌的速度為500-1500轉/分。所述攪拌的溫度為合金的熔點之下570-630℃。所述攪拌的時間為5-20分鐘。攪拌方向為單方向旋轉，攪拌器的外筒內面與內筒外面均有螺紋，內筒由電機帶動，外筒固定，鋁鉛合金金液在內、外筒縫隙之間受劇烈剪切、攪拌作用，從而制備出Pb液滴細小、均勻懸浮的半固態金屬漿料。

再者，步驟(4)中，所述模具的預熱溫度為150-250℃。步驟(4)中，所述冷卻壓鑄的速度為1-9米/秒。在適當的溫度下打開攪拌器出料口，使其迅速流入一鋼制容器中，倒入經預熱的壓鑄機壓室中，開動壓鑄機使其填入預熱的模具中，冷卻壓鑄形成所需的板材或塊體材料。壓鑄機為傳統的臥式壓鑄機，其壓室要有加熱功能。

半固態流變成形Al-Pb合金軸瓦材料的配方為(重量比)，

(1)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。

可根據軸瓦的性能要求及結構(整體、雙金屬、三層金屬)選擇不同系列鋁鉛系合金。

鋁鉛合金中所添加金屬的作用是：鉛和錫作為軟相存在于基體中，可增加合金的潤滑性、抗咬合性，適應性及嵌入性；嵌入性即材料可嵌進灰塵和外來微粒，能防止軸的表面擦傷和磨損。鉛還可改善合金的表面性能，增加與潤滑油的親和性和工作順應性；錫也可改善合金的表面性能，增強軟相的抗腐蝕能力；銅是合金的強化元素，可提高基體的力學性能，增加其負載能力，抗疲勞性能等；硅是合金的硬化元素，分散于基體中，可改善合金的高溫抗蠕變性能、抗磨損能力和防抱死性能；鋅可調整合金的顯微組織，改善合金的力學、加工性能。