稀有金属 2000,(04),244-246 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2000.04.002
双辊连续铸轧Al-Pb系轴瓦合金带材的技术研究
李永伟 朱学新 郭宏 徐骏 张少明 石力开
北京有色金属研究总院!北京100088,北京有色金属研究总院!北京100088,北京有色金属研究总院!北京100088,北京有色金属研究总院!北京100088,北京有色金属研究总院!北京100088,北京有色金属研究总院!北京100088,北京有色金属研究总院!北京100088
摘 要:
用双辊连续铸轧方法制备了Al Pb系轴瓦合金板材 , 铸轧工艺过程稳定 , 合金板成形良好。金相观察表明 :铸轧合金板第二相分布均匀、细小 , 尺寸 <5 μm ;基体组织形态良好 , 满足轴瓦合金要求。
关键词:
双辊连续铸轧 ;Al-Pb合金 ;轴瓦合金 ;
中图分类号: TG333.17
收稿日期: 1999-10-20
Investigation on Twin roll Casting Technology of Al-Pb System Bearing Alloy
Abstract:
Plate of Al Pb alloy was made by twin roll continuous casting, and the forming process was stable. The results of microstructure analysis show that the second phase is refined and distributed evenly in roll casted plate, with size less than 5 μm. The excellent matrix microstructure meets the demands of wear alloy.
Keyword:
Twin roll continuous casting; Al Pb alloy; Wear alloy;
Received: 1999-10-20
Al-Pb系轴瓦合金的开发最早见于1969年的SAE会议报告
[1 ]
及同年由Michical等发明的专利
[2 ]
。 与传统的高锡铝合金、 巴氏合金、 铜铅合金相比, Al-Pb系合金具有较高的承载能力, 良好的减摩性、 抗咬合性、 适应性和耐磨性等优良的综合性能, 可与球墨铸铁曲轴理想匹配, 满足新型发动机高速、高负载运转的要求, 因而在轿车及轻型车发动机主轴瓦与连杆瓦中得到广泛应用。 并且, Al-Pb系轴瓦合金材料采用廉价的金属铅代替部分昂贵的金属锡, 具有良好的经济及社会效益
[3 ]
。 80年代初期, 美、 日等国家就已经开始了工业化生产
[4 ]
。 国内从1984年开始进行Al-Pb轴瓦合金的工业化开发研究, 并于1995年由北京有色金属研究总院与北京汽车摩托车轴瓦厂合作, 建立了年生产能力为1000 t的Al-Pb系轴瓦合金复合带生产线。 其轴瓦产品在国产切诺基汽车发动机及CA488发动机上得到了应用。 上述Al-Pb系轴瓦合金生产均采用传统的RS/PM工艺, 其工艺复杂, 流程长, 产品质量不易控制, 成本高, 从而降低了企业的竞争力。 因此, 近年来国内外Al-Pb系轴瓦合金材料研究开发的主要工作集中在改善和采用低成本的快速凝固工艺方面。 利用双辊连续铸轧工艺制备低铝含量的Al-Pb系轴瓦合金材料, 在提高生产率, 节约能耗及降低生产成本等方面具有很大潜力。
双辊连续轧就是以连续转动的水冷芯轧辊为结晶器, 液态金属在通过辊缝时的凝固过程中即受到压力加工的一种近终形成形工艺方法, 具有投资低、 成本低、 流程短、 效率高等优点, 在铝板带材生产中广为应用。 采用铸轧法制备的合金材料内部组织均匀、 晶粒细小, 综合性能优良。 本研究采用连续铸轧工艺对Al-Pb系轴瓦合金进行了一系列实验研究, 希望藉此开发一种新型的低成本高质量高效率的轴瓦合金制备技术, 同时为凝固区间宽的合金的铸轧工艺过程技术服务。
1 实验方法
选用Al-Pb系合金 (≤6%) , 具体成分为 (质量分数) : Pb 2~6, Si 2~4.5, Sn 0.5~10, Cu 0.5~1.0, Cr 0.1~0.2, 其余为铝。 实验前按照合金成分调整好铸轧系统, 其后将纯铝熔化, 加入硅、 铜, 升温至800~850 ℃后, 保温30 min, 加入铅、 锡后, 在750~800 ℃之间保温, 同时对合金液进行精炼、 除气。 实验时, 将合金液倒入中间包, 静置、 保温15 min。 启动流口阀门, 按铸轧速度控制好流口开度, 保持金属液面高度, 并适当调节轧机速度与冷却水流量, 直至得到表面光洁无缺陷的铸轧合金板。 实验选用自行研制的水平式双辊连续铸轧设备, 轧制力30t, 辊径400 mm, 轧制速度0~2.5 m/min。 用NEOPHOT-2光学显微镜观察Al-Pb合金铸轧板中的第二相分布与基体微观组织情况。
2 结果与讨论
Al-Pb系合金属于偏晶系合金, 铅在铝中的固溶度极小, 同时由于偏晶系合金在高温下存在一液相不互溶区, 液相均匀化温度远高于铝、 铅各自的熔点, 且铝和铅在比重上差异很大, 在凝固过程中易产生富铅相偏析
[3 ]
。 另外, Al-Pb系合金的凝固区间比较宽, 铸轧板不易成形。 因此解决合金中富铅相偏析、 控制第二相的分布、 得到组织性能合格的铸轧板材, 需采用相应的提高合金凝固速度的成形方法。 实验中通过适当降低铸轧温度 (稍高于液相均匀化温度) 、 加大冷却水流量 (6 m3 /h) 、 改善铸轧辊导热能力 (采用铜合金辊套) 、 减小板厚等一系列加大冷却强度的方法, 得到了表面光洁无缺陷的铸轧合金板材。 板材厚度4~5 mm, 宽度125 mm, 铸轧速度1~1.8 m/min。
图1为铸轧Al-Pb合金析中的第二相分布照片, 从图中可以看出第二相质点均匀分布在基体上, 尺寸均<5 μm。
图2、 图3分别为铸轧Al-Pb合金板的纵向与横向组织形态。 从图中可以看出软相成网状均匀分别在基体晶粒间, 纵向组织晶粒呈方向性排列, 形成沿铸轧方向的条带状组织, 并且晶粒的生长方向基本与轧向垂直, 此现象可解释为: (1) 由于Al-Pb系合金凝固区间比较宽, 在铸轧区内, 当低熔点相在半凝固状态下受到压力加工时, 在强烈剪切力作用下合金内部产生相对滑动而形成沿纵向的带状组织。 (2) 由于铸轧过程可近似看成一维导热过程
[5 ]
, 铸轧区内合金中沿板厚方向存在较大的温度梯度, 故晶体在生长过程中有着垂直于轧向的趋势。 在随后的热轧过程中受到轧制加工, 其方向向轧制方向偏转所致。 晶粒的这种带状组织在其后的冷轧、 退火及复合轧制、 扩散退火处理中即可消除, 不会影响轴瓦的性能。 从图3中可以看出铸轧Al-Pb合金板组织细小均匀, 满足轴瓦合金的组织要求。 铸轧合金板经冷轧至所需厚度, 退火处理后, 则可进行表面处理和与钢背的复合轧制, 用此工艺方法可以省略传统的RS/PM工艺中的雾化制、 筛粉、 粉末轧制、 粉带烧结等多道工序, 有利于提高效率、 降低材料成本。
图1 铸轧态Al-Pb合金板中的第二相分布 ×200
图2 铸轧态Al-Pb合金板中的微观组织 纵向×200
图3 铸轧态Al-Pb合金板中的微观组织 横向×200
3 结 论
1.用双辊连续铸轧法可以制备出宽凝固区间的Al-Pb系轴瓦合金, 技术关键是加大铸轧时的冷却强度。 合金板材厚度4~5 mm, 宽度125 mm, 铸轧速度1~1.8 m/min。
2.用双辊连续铸轧工艺制备的Al-Pb系轴瓦合金相组织形态良好, 第二相分布均匀, 尺寸<5 μm, 满足轴瓦合金的要求。
参考文献
[1] PrattGC .SAETech .Paper 6 90 11
[2] .SAE , 196 92 MichicalAD , PrattGC . U .S .Patent 334 2 2 93, 196 9
[3] 李永伟 快速凝固Al Pb偏晶合金第二相分布及形成过程研究 :[博士学位论文 ] 北京 :北京有色金属研究总院 , 1998
[4] MackyML . MetalProgress, 1977, 111 (6 ) :32
[5] 恽 鸣 材料导报 , 1996 , 增刊 :7