鉛基軸承合金

鉛基軸承合金CHPbSb 10-6是針對(duì)蘇聯(lián)鉛基合金COC6-6的不足，研究開發(fā)出來的。它具有鉛合金特有的低彈性橄數(shù)值，但極限弧度高于COC 6-6，極限強(qiáng)度與彈性棋數(shù)比值亦高于后者。因而軸瓦在相同彈性應(yīng)變下合金層中應(yīng)力較低，而與極限強(qiáng)度成正比的抗疲勞強(qiáng)度又比COC 6-6高，所以抗疲勞剝落性能優(yōu)越，可與錫基合金B(yǎng)91相當(dāng)。二十多年來該合金的軸瓦配件在華東等地區(qū)解放牌汽車上得到普通使用。但巴氏合金畢竟是軟基體中散布著硬質(zhì)點(diǎn)的合金，所以疲勞強(qiáng)度在很大程度上受到墓體強(qiáng)度的限制，它是這類合金的共同弱點(diǎn)。一般巴氏合金層厚0.2-0.3毫米的軸瓦，載荷極限只13.7兆帕，若將軸瓦合金層減薄到0.06-0.125毫米，則承受的比壓力可達(dá)16.7兆帕。顯然，制造這樣的軸瓦要求很高的加工水平和曲軸精度，在前的國內(nèi)生產(chǎn)條件下是不可取的。

為了解決軸承合金減摩性能與抗疲勞強(qiáng)度的矛盾，歷來有人做了不少工作。七十年代，自高錫鋁合金Alsn2ocul得到推廣后，國外曾研究將其中含錫量增至30-40%,這時(shí)軸瓦對(duì)軸勁的擦傷和承順性以及對(duì)外來異物的嵌藏性雖有了改替，但合金層的疲勞強(qiáng)度有所下降、與鋼背的結(jié)合能力亦降低。因?yàn)殁彿赖K了鋁與鋼的咬合，使雙金屬帶的軋制變得困難。迄今這種含錫量高達(dá)30%以上的鋁合金軸瓦，尚未見在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中大量使用。

鉛合金CHPbsb10-6為鉛-銻-錫三元亞共晶合金，鑄態(tài)下的組織為鉛固溶體中散布著二元和三元共晶析出相。二元共晶為a-Pb和金屬間化合物SbSn，三元共晶由二元共晶再加銻析出相組成。SbSn和銻相碩度較高但脆，所以軸瓦金相中只容許它們以細(xì)小點(diǎn)塊狀均勻散布在a-Pb基體中。鉛固溶體常以樹技狀的初晶體出現(xiàn)，軸瓦的疲勞裂紋往往在這些強(qiáng)度低的枝品中萌發(fā)，為此要盡量減少鉛固溶體枝晶在受力截面中的比份，但是靠提高銻、錫含量來增加共晶組分的比例會(huì)降低合金塑韌性。因此，生產(chǎn)中對(duì)軸瓦澆注合金后采取快速冷卻的措施以獲得盡可能細(xì)小的枝晶來減少其不利影響。

為了提高上述合金的強(qiáng)度而又不降低韌性，除避免樹枝狀晶體出現(xiàn)外應(yīng)使鉛固溶體進(jìn)一步強(qiáng)化，其次要使硬質(zhì)中間相細(xì)化并均勻分散析出。通過調(diào)整合金元素組成，獲得了較理想的金相組織。主要是添加了銅、砷、鎳和鎘等元素，起了強(qiáng)化基體、改變中間相組成及形態(tài)和細(xì)化程度的作用 。

1.亞共晶鉛基銻錫軸承合金中加入砷、銅等合金元素并適當(dāng)調(diào)整配比，可使軸瓦承載能力提高30--40%。用于東風(fēng)牌EQ140汽車的6100汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，這種合金軸瓦使用壽命超過10萬公里。在工作條件苛刻、流體動(dòng)力潤(rùn)滑油膜經(jīng)常處于較薄情況的旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中，新的鉛基合金軸瓦亦有滿意的使用效果。

2.這種高強(qiáng)度鉛基合金的工藝性能良好，軸瓦澆鑄質(zhì)量容易控制，用一般熔煉和澆鑄巴氏合金軸瓦的設(shè)備即能生產(chǎn)。其原材料成本，初步估算比常用的錫基合金CHSnSb 4.5-4.5低70%左右，作者已掌握用還原法制取金屬砷，大量使用該合金時(shí)，原材料成本可進(jìn)一步降低。

3.砷與鉛固然都是有毒元素，前者的毒性更嚴(yán)重，但是在熔煉和澆鑄中采取一定的防護(hù)措施是一可以做到安全生產(chǎn)的 。

錫和鉛基巴氏合金是減摩性最好的軸承材料，然而由于它們強(qiáng)度較低，近年來在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)比功率日益提高的情況下，其使用量已愈來愈多地被銅鉛和鋁錫合金取代。

六十年代初，為解決國內(nèi)市場(chǎng)錫的供應(yīng)不足和降低材料成本，曾研制了鉛基軸承合金CHPbSb 10-6代替錫基合金供生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦，盡管該合金比當(dāng)時(shí)流行的蘇聯(lián)鉛基合金COC 6-6疲勞強(qiáng)度高，但對(duì)于比壓力超過13.7兆帕的軸承。仍然會(huì)發(fā)生過早疲勞剝落。所以七十年代以來國內(nèi)研制的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，多采用銅鉛或鋁錫合金的軸瓦。然而這兩種合金走合性比巴氏合金差，要求匹配的軸頸硬度不低于HB300和較高加工精度，對(duì)機(jī)油濾清和更換周期的要求亦高，否則軸瓦易擦傷、軸頸過早磨損。此外，銅或鋁合金軸瓦因材料熱膨脹系數(shù)大，與軸頸的配合間隙通常要求比巴氏合金軸瓦大40-50%，不然在高轉(zhuǎn)速時(shí)易發(fā)生抱軸或燒瓦，而在較低轉(zhuǎn)速下由于軸承間隙大，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲亦增加。使用鋁合金軸瓦還有加工性能差的問題，在車或撞削加工內(nèi)表面時(shí)，光潔度難達(dá)到圖紙要求，采用擠刮工藝則易使合金層表面形變碩化，導(dǎo)致顯微裂紋。鋁錫合金軸瓦手工刮削也比較困難，因而在設(shè)備條件較差的維修廠，往往不受歡迎。銅鉛軸瓦國內(nèi)尚無連續(xù)澆鑄的雙金屬帶利生產(chǎn)，采用離心澆鑄則有比重偏析問題，一般只能做到25%以下含鉛量的合金層，軸瓦的減摩性更差、與軸頸亦較難走合，所以往往需要在軸瓦內(nèi)表面再鍍一層鉛錫合金 。

鉛基軸承合金制造軸瓦的工藝方法也很簡(jiǎn)單，有能力制造錫基軸瓦條件的單位均能制造鉛基軸瓦，但澆注溫度要高于錫基合金60-100℃。為了使軸承合金與鋼殼粘合牢固，在合金與鋼殼交界處鍍上一層錫，使之形成一層互相滲透的過渡區(qū)（FeSn，F(xiàn)eSn₂），促使巴氏合金與鋼殼牢固的粘合。試制階段曾用掛純錫來澆注鉛基巴氏合金軸瓦，效果不佳，后用焊錫（60%Sn，40%Pb）。掛錫之前對(duì)鋼殼內(nèi)孔清潔度要求是極其嚴(yán)格的，不能有油污，氧化物。我廠對(duì)批量小的軸瓦一律采用“低速無氧化切削”代替堿，酸化學(xué)清價(jià)工藝，方法是：鋼背粗加工后，內(nèi)孔留有0.5mm加工余量，在澆注前兩個(gè)小時(shí)之內(nèi)，在車床上將內(nèi)孔進(jìn)行車削加工，轉(zhuǎn)速約120轉(zhuǎn)/分，進(jìn)刀量約0.9mm，吃車深度0.5mm。車削之前，所用的刀具、量具、夾具要用堿洗去除油污，車削時(shí)不準(zhǔn)加潤(rùn)滑油或冷卻液，經(jīng)低速加工后的鋼背內(nèi)表面絕對(duì)禁止接觸任何東西，更不能用手摸。這種簡(jiǎn)單而實(shí)用的工藝方法是上海動(dòng)力機(jī)廠的創(chuàng)造，六十年代中期，曾用這種工藝方法鑄造了大量的巴氏合金軸瓦，從巴氏合金與鋼背粘合磚強(qiáng)度要求來看，此工藝是值得推廣的。經(jīng)低速切肖。力口工過的鋼背應(yīng)很快刷上ZnCl₂溶液并予雄然后浸入300-320℃的焊錫鑄鐵坩堝內(nèi)，待焊錫液停止冒泡時(shí)可取出裝上法藍(lán)盤進(jìn)行離心鑄造。經(jīng)鍍過錫的鋼背內(nèi)表面應(yīng)呈銀白色，焊錫液能在整個(gè)內(nèi)表面流動(dòng)。如果出現(xiàn)淡藍(lán)色、黃色這說明錫液溫度過高，由于錫液溫度高而造成液面氧化膜多。應(yīng)嚴(yán)格控制爐溫。如果內(nèi)表面出現(xiàn)黑色斑點(diǎn)，這是由于清潔不徹底所致，要用刮刀除去氧化物，重新刷ZnCl₂進(jìn)行第二次鍍錫。涂刷ZnCl₂溶劑的作用是消除鋼背內(nèi)表面的氧化膜。自制溶劑是將金屬鋅投入工業(yè)用鹽酸里，待反應(yīng)終止，即飽和狀態(tài)，去掉液體ZnCl₂表面的氧化渣即可使用，從實(shí)踐看米，自配ZnCl₂溶液的使用效果較佳。為了使巴氏合金與鋼背之間結(jié)合牢固，最理想的情況是在結(jié)合面形成一層連續(xù)的、成分逐漸變化的過渡層合金Sn與Fe形成FeSn或FeSn₂。當(dāng)青銅作瓦背時(shí)Sn與Cu形成Cu₆Sn₃或Cu₃Sn化合物。所有化合物均具有很大的硬脆性，巴氏合金就是依靠這些化合物體作為過渡層與鋼背粘合在一起，過渡層不宜太厚，否則要影響粘合強(qiáng)度。錫液溫度低是造成過渡層厚的原因之一，鍍錫層應(yīng)該是薄而均勻的。

鉛基巴氏合金鑄造性能與結(jié)晶溫度范圍有密切關(guān)系，而結(jié)晶溫度范圍是由合金里含Cu量來決定的，如果添加0.1%Cu的合金，其固相線升高6℃，這是因?yàn)镃u量的增加，使合金液開始析出Cu₆Sn₅的溫度提高而造成的。合金在第一階段結(jié)晶時(shí)首先析出初生晶體，隨著溫度降低，初生晶體不斷成長(zhǎng)而且數(shù)量不斷增多。由于初生晶體與母液的比重差，將使合金產(chǎn)生比重偏析。如果在緩慢冷卻的倩況下，合金產(chǎn)生比重偏析更為嚴(yán)重，合金結(jié)、晶溫度范圍愈大，這種合金偏析愈明顯。因此，為了獲得細(xì)小均勻的初生晶體，在合金澆注后，待合金液溫度降至液相線溫度時(shí)，就可采用水氣混合冷卻鋼背或用水強(qiáng)制冷卻在30℃/S-80℃/S的冷卻速度下結(jié)晶。應(yīng)考濾順序凝固的條件，合理的凝固方向應(yīng)由鋼背開始，然后沿著垂直于鋼背的方向逐漸向合金液內(nèi)部推移，這樣能保證粘合質(zhì)量。使得靠近工作層的合金組織細(xì)化，均勻，避免了氣孔，疏松、夾渣等缺陷。

用鉛基巴氏合金鑄造軸瓦工藝并不復(fù)雜，但鉛熔化后即有鉛煙散發(fā)在空中，很快又凝聚成白色煙霧狀的氣溶膠，熔化溫度越高，揮發(fā)量就越大。鉛煙塵既是化學(xué)性毒物又是物理性毒物，通過呼吸道、皮膚、消化系統(tǒng)進(jìn)入人體，對(duì)人的危害極大，一旦吸入過量的鉛，沉積淤

肝、肺、腦等，可長(zhǎng)期而穩(wěn)定地存在，臨床表現(xiàn)為腹絞痛，神精衰弱，對(duì)神精系統(tǒng)往往有頭痛、煩燥，對(duì)消化系統(tǒng)有消化不良、惡心、食欲不振等。為了防止鉛塵的污染，確保工人身體健康，鉛基軸承合金熔煉設(shè)備應(yīng)裝有防塵措施。使作業(yè)區(qū)的空氣中含鉛的密度小于0.03mg/m³。鉛煙凈化裝置使用后經(jīng)測(cè)定，作業(yè)區(qū)距爐子一公尺范圍內(nèi)空氣中含鉛的濃度低于國家允許標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)有鉛基軸承合金生產(chǎn)的工廠，必須裝置KE型鉛煙凈化裝置，改善作業(yè)環(huán)境，保障工人身體健康 。

休斯鉛基軸承合金是一種冶金的專業(yè)術(shù)語。

又稱鉛基巴氏合金。一種以鉛和銻為基的軸承合金。其室溫組織為軟基體α固溶體（銻溶入鉛中的固深體）上分布著硬質(zhì)點(diǎn)β相（鉛溶入銻中的固溶體）。為了提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，通常加入6%～16%錫，為了防止比重偏析，常加入1%~2%銅。此外，加入少量砷和鎘可以細(xì)化組織提高合金的高溫硬度。與錫基軸承合金相比，強(qiáng)度、硬度、耐磨性、沖擊韌性均較低，通常制成雙層或三層金屬結(jié)構(gòu)，用作低速、低負(fù)荷或靜載下工作的中等負(fù)荷的軸承。高速低載荷，溫度低于-150℃的軸承。常用牌號(hào)有ZChPbSb16-16-2，ZChPbSb15-5-3和ZChPbSb15-10等。熔融法制備。

鉛基軸承合金是鉛銻錫銅合金，它的硬度適中，磨合性好，摩擦系數(shù)稍大，而韌性很低。因此，它適用于澆注受震較小，載荷較輕或速度較慢的軸瓦。主要用于電纜、蓄電池等。

錫基軸承合金的熔鑄大體分軸承鋼殼的清洗與掛錫、軸承合金的熔制及軸承合金的澆注3 個(gè)階段。整個(gè)熔鑄工藝過程中, 對(duì)原材料要求高, 對(duì)熔煉前的準(zhǔn)備要求嚴(yán), 對(duì)熔煉工藝操作要求細(xì), 稍有不慎, 就容易產(chǎn)生鑄造缺陷。

以前熔鑄軸承合金時(shí), 經(jīng)常出現(xiàn)合金與鋼殼粘結(jié)不良、合金成分偏析、夾渣、氣孔等鑄造缺陷。長(zhǎng)時(shí)期解決不了, 造成大批量報(bào)廢 。

產(chǎn)品名稱

錫基軸承合金錠

主要用途 用于制造各種機(jī)器的軸瓦、軸承和軸襯。

性　狀 根據(jù)用戶需求，還可生產(chǎn)其它規(guī)格或特殊要求的錫基軸承合金錠，HMO7合金等。