軸承合金

軸承合金應(yīng)具有如下性能:①良好的減摩性能。要求由軸承合金制成的軸瓦與軸之間的摩擦系數(shù)要小，并有良好的可潤滑性能②有一定的抗壓強度和硬度能承受轉(zhuǎn)動著的軸施于的壓力;但硬度不宜過高，以免磨損軸頸。③塑性和沖擊韌性良好。以便能承受振動和沖擊載荷，使軸和軸承配合良好。④表面性能好。即有良好的抗咬合性、順應(yīng)性和嵌藏性。⑤有良好的導(dǎo)熱性、耐腐蝕性和小的熱脹系數(shù)。

巴氏合金具有軟相基體和均勻分布的硬相質(zhì)點組成的組織。典型錫基軸承合金中,軟相基體為 固溶體,硬相質(zhì)點是錫銻金屬間化合物(SnSb)。合金元素銅和錫形成星狀和條狀的金屬間化合物(CuSn)，可防止凝固過程中因最先結(jié)晶的硬相上浮而造成的比重偏析。巴氏合金具有較好的減摩性能。這是因為在機器最初的運轉(zhuǎn)階段,旋轉(zhuǎn)著的軸磨去軸承內(nèi)極薄的一層軟相基體以后,未被磨損的硬相質(zhì)點仍起著支承軸的作用。繼續(xù)運轉(zhuǎn)時軸與軸承之間形成連通的微縫隙

軸承合金是摩擦系數(shù)小的合金材料。人們習(xí)慣于把用于制造滑動軸承(軸瓦)的有色合金材料稱為減摩合金或滑動軸承合金。

一、軸承合金的起源

錫青銅是人類應(yīng)用最早的合金，至今已有約4000年的歷史。它具有耐腐蝕、耐磨損，有較好的力學(xué)性能和工藝性能，具有焊接和釬焊沖擊時不產(chǎn)生火花的特性;人類對錫青銅用作減摩零件和滑動軸承使用，可以追溯到18世紀中葉的工業(yè)革命時期。

最早提出軸承合金概念的是美國人巴比特 (I.Babbitt)，1839年巴比特發(fā)明了錫基合金和鉛基合金用于制造滑動軸承，稱錫基減摩合金和鉛基減摩合金為巴氏合金。后來業(yè)內(nèi)人士通常稱用于制造滑動軸承的銅基減摩合金和巴氏合金為軸承合金。

銅基減摩合金、錫基減摩合金和鉛基減摩合金等滑動軸承合金也被當今業(yè)內(nèi)稱為傳統(tǒng)減摩合金。

二、新型軸承合金的發(fā)展

1930年"二戰(zhàn)"前夕，德國為了解決銅資源緊缺和高成本的問題，開始尋找錫青銅、鉛黃銅及巴氏合金的替代品，啟動了新一代滑動軸承合金的研究。

1935年，德國經(jīng)過近五年的研究，發(fā)現(xiàn)鑄造鋅基合金和鑄造鋁基合金的力學(xué)性能和減摩性能均可以超過銅基合金和巴氏合金。

1938年德國成功地使用鑄造鋅基合金替代錫青銅、鋁青銅和使用鑄造鋁基合金替代了巴氏合金等用來制造軸瓦(套)產(chǎn)品，而且裝備到軍事坦克和汽車中并取得良好的效果。

1939-1943年"二戰(zhàn)"期間，德國鑄造鋅基合金和鑄造鋁基合金的年使用總量由7800噸猛增到49000噸，這一變化引起了國際鉛鋅組織的高度關(guān)注和重視。

1959年，國際鉛鋅組織成員單位聯(lián)合啟動了一項科研計劃，命名為"LONG-S PLAN"，其宗旨是研發(fā)一種比銅基合金和巴氏合金的性能更高、使用壽命更長的新一代減摩合金，在該計劃中將此研發(fā)中的減摩合金稱之為long-s metal。

1961-1963年間，國際鉛鋅組織成員單位率先研制出鋁基long-s metal減摩合金，牌號分別為AS7、AS12、AS20等。鋁基合金AS7、AS12首先被應(yīng)用在汽車上替代了傳統(tǒng)的銅基合金軸瓦，使汽車的高速性能得到了很大提高，促進了汽車工業(yè)快速發(fā)展;在此之后鋁基合金AS20又在大、中型電動機、汽輪機、水輪機、工業(yè)泵、鼓風機、壓縮機等高速、中低載荷的工況下得到了應(yīng)用，替代了傳統(tǒng)的巴氏合金，促進了裝備制造業(yè)的快速發(fā)展。

上世紀70年代初期，加拿大Norand Mines Limied研究中心與美國Zastern公司合作，研制出鋅基long-s metal減摩合金ZA8、ZA12、ZA27等，并將ZA27減摩合金應(yīng)用在軋鋼機、壓力機、齒輪箱、磨煤機、空調(diào)、精密機床等低速、重載的工作場合，全面替代了傳統(tǒng)的銅基合金減摩材料。

新一代long-s metal減摩合金的問世受到國際上廣大用戶的極大關(guān)注，許多工業(yè)發(fā)達國家都在long-s metal研發(fā)上投入更多的人力、物力，僅美國就有數(shù)十家公司開發(fā)long-s metal鋁基、鋅基等系列減摩合金。

由于long-s metal具有優(yōu)良的減摩性、較好的經(jīng)濟性，在制造業(yè)領(lǐng)域迅速得到推廣并全面替代銅基合金、巴氏合金等傳統(tǒng)減摩合金，具有很強的市場競爭力。

后來人們稱long-s metal軸承合金為新型減摩合金。

美國Zastern公司技術(shù)顧問Mr.Bess在其介紹"LONG-S PLAN"文章中指出:研制經(jīng)濟型long-s metal減摩合金的目的，不僅僅是要在傳統(tǒng)軸承合金能夠勝任的場合替代它們，更重要的是通過long-s技術(shù)，使long-s metal應(yīng)用于銅基合金和巴氏合金在強度、耐磨性不能滿足要求的場合。

據(jù)Mr.Bess當時的預(yù)測:"long-s metal減摩合金在近期會有一個很大的發(fā)展，其生產(chǎn)規(guī)模和銷售市場將迅速擴大，二十一世紀將是long-s metal的全盛時期。"

三、國內(nèi)新型軸承合金的發(fā)展

緣于新型long-s metal與傳統(tǒng)的巴氏合金皆可用于制造滑動軸承，而且制造成本遠遠低于巴氏合金，故long-s metal被國內(nèi)音譯為"龍氏合金"，業(yè)內(nèi)稱long-s metal為新型減摩合金，更多人習(xí)慣稱之為新型軸承合金。

1982年，國家鑄造技術(shù)的歸口單位沈陽鑄造研究所，引進了美國ASTM B791-1979標準中l(wèi)ong-s metal ZA27鋅基合金，經(jīng)過近二年的消化吸收，開發(fā)出了國產(chǎn)鋅基ZA27新型軸承合金，國家標準代號為ZA27-2，標志了我國新型減摩合金的發(fā)展拉開了序幕。

1985年，由時任遼寧省副省長陳淑芝女士的倡導(dǎo)和沈陽鑄造研究所有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，成立了由沈陽鑄造研究所的技術(shù)精英組成的沈陽軸瓦材料研究所，專門從事引進國外先進的long-s metal技術(shù)，以推動國內(nèi)"龍氏合金"技術(shù)的發(fā)展及推廣。

1991年，沈陽軸瓦材料研究所首先在鋅基ZA27-2合金的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了高鋁鋅基ZA303合金材料，解決了ZA27-2低溫脆性等缺點，并與當年通過了沈陽市科學(xué)技術(shù)委員會科學(xué)技術(shù)成果鑒定，自此"龍氏合金"技術(shù)在國內(nèi)各大高等院校和科研單位進行大范圍的擴散和技術(shù)交流，推動了我國"龍氏合金"的快速發(fā)展。

四、軸承合金進入了"微晶合金"時代

1990年7月，第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會議在美國巴爾的摩舉辦，標志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生，該會議正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)的一個新分支。

1999年，納米技術(shù)走向市場，基于納米技術(shù)的產(chǎn)品全球年總營業(yè)額高達到500億美元;一些國家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計劃，投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地。日本設(shè)立納米材料研究中心，把納米技術(shù)列入新5年科技基本計劃的研發(fā)重點;德國專門建立納米技術(shù)研究網(wǎng);美國將納米計劃視為下一次工業(yè)革命的核心;中國也將納米科技列為中國的"973計劃"。

2001年，源自納米技術(shù)所衍生出來的一個技術(shù)分支---微納米應(yīng)用技術(shù)。發(fā)達國家的微納米應(yīng)用技術(shù)在基礎(chǔ)材料領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用并取得了驚人的成果，尤其是應(yīng)用微納米技術(shù)制造出的許多微晶合金材料，正在對人類產(chǎn)生深遠影響，已徹底改變了人們的思維方式。

微晶合金是一種合金晶粒細化至微米級的合金材料，具有這種超微晶粒的合金可以實現(xiàn)在某一特殊方面表現(xiàn)出極其優(yōu)異的綜合機械性能、超強的尺寸穩(wěn)定性和耐磨性。

2005年，中國微米納米技術(shù)學(xué)會正式成立，標志著我國的微納米應(yīng)用技術(shù)起步。

中國微米納米技術(shù)學(xué)會會員單位的科研人員將微納米技術(shù)應(yīng)用在特種減摩合金材料領(lǐng)域，先后開發(fā)出了為滿足某些單項性能有特殊需求的微晶合金材料，如航空發(fā)動機用輕體鎂基微晶合金、耐高溫的鎳基微晶合金、要求高度可靠性的銀基微晶合金等。特種微晶軸承材料不僅填補了減摩材料國內(nèi)的空白，而且從材料的單項性能方面保持了與世界微晶合金技術(shù)的同步發(fā)展。

2009年，中科院沈陽金屬研究所、中科院沈陽鑄造研究所、東北大學(xué)、沈陽理工大學(xué)等微納米技術(shù)應(yīng)用研究領(lǐng)域的專家們，開展產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān);研發(fā)出一整套微合金化處理及低溫急冷等聯(lián)合熔鑄工藝技術(shù)(俗稱三次熔煉工藝法)，實現(xiàn)了經(jīng)濟型微晶合金的制備;目前已有四種經(jīng)濟型微晶合金材料在國內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，其中包括具有超低減摩系數(shù)的微晶合金LZA3805，具有較大PV值特性的微晶合金LZA4008，具有超耐磨特性的微晶合金LZA4205，具有良好抗沖擊特性的微晶合金LZA4510等。微晶合金可以滿足單項性能特殊要求的特性，是區(qū)別于傳統(tǒng)普通減摩合金的重要標志，為裝備制造業(yè)實現(xiàn)減摩材料的定制化生產(chǎn)，滿足了設(shè)備制造的個性化需求，為實現(xiàn)裝備制造的高效率、高精度、高可靠性、低成本等方面提供了有力的保障。

2010年，采用微晶合金制造的軸瓦、軸套、蝸輪、滑板、絲母等系列減摩產(chǎn)品，已經(jīng)成功地在鍛壓設(shè)備制造行業(yè)、數(shù)控機床制造行業(yè)、減變速機制造行業(yè)、重型礦山設(shè)備制造行業(yè)、工程機械制造行業(yè)中得到了應(yīng)用。

微晶合金產(chǎn)品以其高可靠性及穩(wěn)定性成功替代傳統(tǒng)減摩合金和新型減摩合金產(chǎn)品，取得了良好的社會效益和巨大的經(jīng)濟效益，標志我國軸承合金進入了微晶合金時代!

制造軸承用的合金的總稱。對軸承材料，要求與軸表面的摩擦系數(shù)小，軸頸的磨損少，而能承受足夠大的比壓。常用的有巴比合金、青銅、鑄鐵等。

用于制造滑動軸承(軸瓦)的材料，通常附著于軸承座殼內(nèi)，起減摩作用，又稱軸瓦合金。最早的軸承合金是1839年美國人巴比特 (I.Babbitt)發(fā)明的錫基軸承合金(Sn-7.4Sb-3.7Cu),以及隨后研制成的鉛基合金,因此稱錫基和鉛基軸承合金為巴比特合金(或巴氏合金)。巴比特合金呈白色，又常稱"白合金" (white metal)。巴比特合金已發(fā)展到幾十個牌號，是各國廣為使用的軸承材料，相應(yīng)合金牌號的成分十分相近。中國的錫基軸承合金牌號用"Ch"符號表示。牌號前冠以"Z",表示是鑄造合金。如含有Sbll%和 Cu6%的錫基軸承合金牌號為"ZChSnSb11-6"。

可作軸承材料的還有銅基合金、鋁基合金、銀基合金、鎳基合金、鎂基合金和鐵基合金等。在這些軸承材料中，銅基合金、鋁基合金使用最多。使用鋁基軸承合金時，通常是將鋁錫合金和鋼背軋在一起，制成雙金屬應(yīng)用。即通常所說的鋼背輕金屬三層軸承。其他合金只在特殊情況下使用，如為減輕重量，有些航空發(fā)動機用鎂基合金作軸承;要求耐高溫，用鎳基合金作軸承;要求高度可靠性的機器，用銀基合金作軸承。用粉末冶金方法制成的燒結(jié)減摩材料，也越來越多地用來制作軸承。