专利名称:铝锌硅锰稀土轴承合金的配方和浇注方法
本发明涉及一种轴承合金的配方及其浇注工艺的革新方案。
轴承合金是制造滑动轴承的特定材料。常用的轴承合金有传统的巴氏合金、铜基合金、铝基合金等多种有色金属合金。
巴氏合金是承受中等负荷的轴承合金中比较理想的材料，特别是其中的钖锑合金比其它的轴承合金有较好的顺应性，抗咬合性和嵌藏性，比铅锑合金则有较好的耐磨性，但也有其不足之处。例如①因其基体过软，强度太低，抗疲劳性和承载重负荷的能力都不如铜基合金和铝基合金，所以不能能用做整体轴瓦，也不能适用于比压力较高的重载轴瓦。这个致命的弱点，严重限制了它在应用领域上的开拓，铜基和铝基合金虽可用做重载轴瓦，但价格太贵。也影响普及;②由于锑比钖轻，在浇注时如不采取适当措施，则会产生比重偏析，得不到均匀的组织和性能;③因其强度和硬度都比较低，为了保证合金牢固粘结在钢壳内表面上，只能传统性地采用十分复杂的熔铸方法，即在浇注之前，必须将轴承钢壳进行如下的处理碱洗-水洗-酸洗-水洗-沸水清洗-涂保护剂-涂熔剂-挂钖。如果不经过这个处理程序而直接进行浇注，势必发生合金与钢壳脱开的现象。而这种处理程序不仅工艺复杂，技术不易掌握，而且挂钖也是一个十分复杂细致的过程。常用的挂钖方法有浸入法和钖条涂抹法，而这两种方法都必须挂钖之后立即浇注。否则挂钖液冷却后，浇注的合金仍易出现粘合不良的缺陷;④因选用的原料比较贵重，加上制造工艺复杂，必然造成成本高、价钱贵、供应紧张等现象。
本发明的目的是针对巴氏合金的材料及其浇注工艺中存在的一系列问题，提出以下的革新方案
第一，提供一种承载能力大、耐磨性能好、磨轴轻、制造工艺简便、用料低廉、造价低，并能取代巴氏合金、铝基合金和铜基合金的新型低速、重载轴承合金。
第二，提供一种既能完全排除巴氏合金浇注前的复杂处理工艺，又能确保轴承合金与轴承钢壳牢固结合的简易可行的浇注工艺设计方案。
本发明的基本要点是①根据滑动轴承合金的设计原理设计一种以铝、锌、硅、锰和稀土合金为主体的轴承合金新材料的配比方案。在这个方案中，铝、锌为基本元素，可在合金中形成较软的固溶体富铝相和富锌相，而硅所形成的Si相和铜所形成的CuZn3电子化合物都是较硬的质点，在合金中起支承和自润滑的作用，镁、锰和稀土合金等可大幅度地提高合金的强度、韧性、耐磨性和耐蚀性，因而使这种合金用于制造轴承时，既由于具备软基体加硬质点的组织结构特点，而可以改善轴承的嵌藏性和自润滑性;又由于强度和韧性较高而使合金具有较高的抗疲劳性。②利用本发明提供的轴承合金材料所拥有的高强度、高硬度和高线性收缩等特点，采用直接浇注的方法将轴承合金浇注到轴承钢壳内，可使合金与轴承钢壳牢固的结合成一体。
本发明的具体实施方案如下1.Al-Zn-Si-Mn-RE轴承合金的成份如表一所示
成份AlZnSiCuMnMgRESbPbTi%40～7020～403.0～201.0～102.0～120.01～0.020.02～1.00.5～4.00.1～2.00.02～1.0
表中的Al、Zn、Si、Cu、Mn、Mg和RE是必要成份，Sb、Pb、Ti、是选择成份;这些成份的最佳值是Al40～50%、Zn30～40%、Si3～8%、Cu1～5%、Mn3～6%、Mg0.05～0.1%、RE0.2～0.3%。
2.Al-Zn-Si-Mn-RE 轴承合金的熔制工艺(1)原料选用与准备为确保合金的质量，必须采用纯度较高的原材料，其中Al采用3号以上铝锭。
Zn采用Zn-1，Zn-2，Zn-3。
Si采用Al-Si中间合金。
Mn采用Al-Mn中间合金或金属锰。
Cu采用Al-Cu中间合金或Cu-1，Cu-2，Cu-3。
Mg采用Al-Mg中间合金或Mg-1，Mg-2，Mg-3。
Ti采用Al-Ti中间合金。
Sb采用Al-Sb中间合金或金属锑。
RE采用Al-RE中间合金。
所有原材料均应清除油污和脏物，并根据熔炼设备的情况，制成30～400m/m，经予热烘干后方可入炉。
(2)熔炼前的配料根据合金成分要求进行配料计算，外加一定的烧损量(视熔炉的类型而定，一般在5～10%)。
(3)熔炉类型电弧炉、感应炉、电阻炉、坩埚炉、煤气炉、油炉、焦炭炉均可进行熔炼。
(4)熔炼工艺熔炼温度为700～750℃。先将难熔料装入炉底，再装入铝锭、锌锭。其它合金料待熔清后再分批加入，比重大的每加一批后，待熔清后再加入一批;比重小的用钟罩压入，全部熔清后加精炼剂，彻底搅拌、扒渣、加复盖剂，然后进行浇注。
(5)浇注工艺采用直接浇注的方法，即在浇注之前，先将轴承钢壳的内表面上加工成燕尾槽，燕尾槽的形状可以是螺旋状(如图1所示);也可以是纵横交错状(如图2中的俯视图a和侧视图b所示)，而后把钢壳内表面和燕尾槽内的油渍用火焰烘烤干净，再把熔炼合格的合金液体直接浇入钢壳内，由于轴承合金高线性收缩的特点，使合金液体凝固后与轴承钢壳结成一个牢固的刚体，如图1和图2a的(1)是轴承合金，(2)是轴承钢壳。
本发明的优点是第一，本发明提供的Al-Zn-Si-Mn-RE轴承合金。除独创了Al-Zn-Si-Mn四个主体元素的有机配合以外。还由于添加了稀土合金，因而显著地改变了合金的显微组织和机械性能，使它具有质轻、高强、耐磨、耐蚀、不锈等特点。价格可比锡基巴氏合金降低70%以上，比锡青铜合金降低40%以上，特别是这种合金材料既具有轴承合金所要求的多相结构的基体组织，又具有比巴氏合金和其它轴承合金更好的机械性能，(详见附表二的对比情况)。因而能比巴氏合金、铝以及铜基合金承受较高的比压力并可用以制造整体轴承，是比巴表二
氏合金和铜铅合金、高钖铝合金更为理想的低速、重载轴承合金材料。
第二，本发明提供的Al-Zn-Si-Mn-RE轴承合金的直接浇注工艺，完全拼弃了现有钖基轴承合金浇注前对钢壳进行清洗和挂钖的复杂处理过程，由于采用了直接浇注工艺，在浇注冷却后，因本发明的轴承合金的高线性收缩率的作用，使注入纵横交错状或螺旋状燕尾槽内的轴承合金与轴承钢壳牢固地紧密配合成为一个刚体，从而使整个轴承合金紧密地咬合在轴承钢壳的燕尾槽中，因此本工艺方法具有工艺简单、操作方便、结合牢固、制造成本低等卓越的优点。经长期使用证明，没有出现像巴氏合金那样因挂钖工艺质量不合格而出现的合金与钢壳脱开的现象。
第三，将本发明提供的轴承合金材料和这种材料的直接浇注工艺相匹配，可以取代巴氏合金和钖青铜合金以及现有的其他轴承合金，用以制造冶金、矿山、建筑、修路等重型机械的低速、重载轴瓦、轴套、蜗轮等耐磨结构件，从而显著提高机械运转质量，延长轴承的使用寿命。
本发明的轴承合金及其直接浇注工艺已经先后试用于以下几例1.代替巴氏合金制造山东省滨州轧钢厂350热轧机对齿箱轴瓦自1985年10月至今(1986年4月)，仍在继续正常使用，效果良好。
2.代替钖青铜ZQSn6-6-3制造山东省高密锻压机床厂生产的冲床速杆轴瓦，自1985年3月至今(1986年4月)，仍在继续正常使用，效果良好。
3.代替钖青铜ZQSn6-6-3制造山东省水利机械厂生产的野牛牌多用装载机轴套，自1985年10月至今(1986年4月)，仍在继续正常使用，效果良好。
4.代替钖青铜ZQSn6-6-3制造建筑机械减速箱蜗轮，自1985年12月至今(1986年4月)，仍在继续正常使用，效果良好。
权利要求
1.一种由多种有色金属组成的轴承合金，其特征在于所述的多种有色金属的必要成分是Al40～70%，Zn20～40%，Si3～20%，Cu1～10%，Mn2～12%，Mg0.01～0.2%，RE0.02～1.0%，选择成分是Sb0.5～4%，Pb0.1～2%，Ti0.02%～1.0%。
2.一种把轴承合金与轴承钢壳浇注成一体的浇注方法，其特征在于所述的浇注方法是采用直接浇注工艺。
3.按照权利要求
2所述的浇注方法，其特征在于所述的直接浇注工艺是在浇注之前，先在轴承钢壳的内表面上加工成一种充填轴承合金的燕尾槽。
专利摘要
一种铝、锌、硅、锰、稀土轴承合金的配方和浇注方法。按照本发明的配方溶制的轴承合金既有轴承合金所要求的多相结构的基体组织，又有比巴氏合金和其它轴承合金更突出的轻质、高强、耐磨、耐蚀、不锈等特点，是比巴氏合金和其它轴承合金更理想的低速、重载轴承合金材料。本发明提供的轴承合金浇注工艺。完全摒弃了现有技术浇注前对钢壳进行清洗、挂锡的复杂处理过程。采用了一种工艺简单、操作方便、结合牢固的直接浇注新工艺。
文档编号B22D19/08GK86103116SQ86103116
公开日1987年11月11日 申请日期1986年4月28日
发明者项宏瑶, 郭苏军, 马恒玉, 陈庆刚, 孙伟正, 袁培燕, 宫本奎, 张学钦, 王树文, 张德生 申请人:山东省冶金研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan