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锡基轴承合金

锡基轴承合金也叫锡巴比特。一种具有悠久使用历史的轴承合金。含有80%~90%,3%~16%,1.5%~10%。其组织为在软基体(α固溶体)上分布着硬质点β相(以化合物SnSb为基的固溶体)。加入铜可以防止比重偏析。常用牌号有ZchSnSbl2-4-10、ZchSnSb11-6、ZchSnSb8-4等。这类合金具有较小的线膨胀系数,良好的导热性能、工艺性能和耐蚀性。熔融法制备、压力加工成材。主要用作汽车、拖拉机、汽轮机等机械上的高速轴承。

锡基轴承合金的熔铸大体分轴承钢壳的清洗与挂锡、轴承合金的熔制及轴承合金的浇注3 个阶段。整个熔铸工艺过程中, 对原材料要求高, 对熔炼前的准备要求严, 对熔炼工艺操作要求细, 稍有不慎, 就容易产生铸造缺陷。

以前熔铸轴承合金时, 经常出现合金与钢壳粘结不良、合金成分偏析、夹渣、气孔等铸造缺陷。长时期解决不了, 造成大批量报废 [1]

造成粘结不良的原因是, 钢壳清洗不净、挂锡温度过高、挂锡后与浇注的间隔时间太长及合金温度过低等。

1  镀铜检查

生产前, 应对零件 17mm 的内孔表面的镀铜质量进行认真检查, 发现有局部未镀上铜、露出铁色或有锈蚀的零件, 退回重新镀铜, 以加强合金与钢壳的亲合力。

2  提高挂锡质量

在合金与钢壳接合部先挂上一层锡, 使之形成互相渗透的过渡区(FeSn-FeSn2), 促使合金与钢壳粘牢。提高挂锡质量的工艺措施有:

(1)涂好保护剂的零件, 在刷涂氯化锌ZnCl2 饱和溶液前,改原来60 ~ 100℃下加热为120 ~ 150 ℃下加热, 可减少产生气体, 便于挂锡。

(2)纯锡的熔化温度原为260~ 300 ℃, 现采用上限, 使锡液更容易与零件基面结合。

(3)认真挑选刷涂氯化锌水溶液用的毛刷, 采用不易掉毛的密排鬃毛(不会与汽油或酒精起化学反应)及能承受100 ℃高温的毛刷杆。这样的毛刷能汲饱氯化锌水溶液, 易将零件内孔中的R0 .5mm 小半圆都涂刷到, 以便消除内孔表面清洗后形成的氧化膜, 进一步清洁挂锡表面。

(4)零件在锡液中原是保持1 ~ 2min, 现改为2min , 使零件在锡液中提高自身的温度。取出浇注时, 基面上挂的锡可保持为液态, 浇入轴承合金后, 合金很容易与锡液熔为一体而牢固地结合 [2]

由于锑比锡轻, 熔铸时如不采取措施, 较轻的β 晶体会浮到上部, 而α晶体则沉到下部, 在铸件中得不到均匀的组织, 产生成分偏析。

(1)配料时铜的成分选上限。因为微量的铜能溶于α固溶体中使之强化, 当铜含量超过溶解度时, 则铜与锡就形成化合物η(Cu3Sn)及ε(Cu6Sn5), 它呈针状或星形晶体。η或ε中的一种(通常是Cu6Sn5)作为初生晶体析出, 形成骨架, 然后由液体中析出β 晶体, 此时β 晶体被Cu6Sn5 骨架所阻, 不致上浮, 就在这些骨架上成长。这样即可在铸件中得到均匀的显微组织。

(2)整个浇注过程, 用熔炼工具撇渣勺经常均匀轻轻地搅拌合金液 [3]

气孔是铸件表面和内部由于气体而产生的各种形状和大小的孔洞, 孔壁表面一般比较平滑, 带有金属光泽, 有的有氧化现象。减少合金液中的气体及大气中的气体浸入, 是预防气孔的有效方法。

(1)将合金的精炼温度由原来的380 ~ 420 ℃提高到440 ~460 ℃, 有利于合金液中的气体排出。

(2)合金液面与大气接触时间越长, 侵入气体的可能性越大。因此, 合金液面可撒上干木炭覆盖脱氧, 同时也能减少合金液与大气的接触。在浇注过程中, 要求每间隔1h , 用氯化铵NH4Cl 重新精炼1 次。

(3)所有的熔炼操作工具及浇注时使用的底板都应进行烘干, 除去水汽 [3]

夹渣是铸件表面和内部的非金属夹杂物, 多为熔渣和氧化渣, 形状极不规则, 常位于铸件的上表面或浇注位置的上部。在整个熔炼过程中, 应尽量避免渣子的产生和卷入。

(1)提高精炼温度及每间隔1h 重新精炼1 次, 有利于将渣子聚集于合金液面上而排除。

(2)降低合金的浇注温度, 由原来的440 ~ 470℃改为420 ~440 ℃, 能减少在浇注过程中, 合金液因氧化而形成的氧化渣。

(3)改用小坩埚进行合金的熔炼, 同等重量的合金液, 小坩埚的直径小, 与大气接触的表面积也小, 形成氧化渣的机会也少 [2]

经质量攻关后, 一系列的工艺措施使轴承合金的质量得到了有效的保证, 基本上解决了我厂轴承合金多年生产中出现的铸造缺陷。轴承合金的合格率由原来的不到30%提高到95 %以上, 形成了可观的经济效益 [3]


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