Cu-Mg轴瓦材料组织与性能研究

Cu-Mg轴瓦材料组织与性能研究 实用研究特种铸造及有色合金2005年第25卷第6期 新型A1.Sn.Si.Cu.Mg轴瓦材料组织与性能研究 韩建芬李宝绵崔建忠 (东北大学) 摘要选择AI-SrSi-Ca.ME台金作为研究对象,采用Leiea光学显微镜,EPM一8LOQ 电子显微镜等手段观察分析cu,,sn, Si形态分布规律.进而研究了加工工艺对台盅组织性能的影响,同时提出高温短时 退火.最终确定预处理工艺和退止 制度.发现通过加工和热处理.可消除台金中$1J,Si晶网状分市.从l斫改善台金的 加T性能. 关键词铝锄台;轴瓦材料{高媪短时退火 中图分类号Tq;1462'I文献码A文章编号】00 铝台金轴瓦是一种新型的轴瓦随着汽车,拖拉 机,内燃机,航海,航空发动机向高速,重载方向发展而 兴起的_I,..近年来随着汽车工业的飞速发展.要求发 动机小型化,轻量化和大功率输出,对轴瓦材料提出了, 更高的承载,耐磨耐高温和环保要求,使得一sn轴瓦 材料得到发展 本课题研究r新开发的新型高强度Al—sn—si—cu一? 轴瓦材料的组织性能.确定预处理工艺和退火制度,为 该台金的工业化生产提供技术依据 l试验内容 1.1合金成分和性能 A1-6Sn一2Si一】2Cu一0.6Mg台金成分见表l该合金 具有固溶时敬性能,在"475?保温0.5h固溶+160 保温8h时效"工艺下力学性能见表2. 表1台金成分% 1.2试验设备和材料 试验中所用的殴备主要包括:KGPS60—1型中频感 应炉,00r?n二辊轧机,箱式电阻炉,时效炉,水冷铜 模,LG500万能拉力试验机K型热电偶石墨坩埚,维 氏硬度计,Leiea光学显微镜,EPM一8tOQ电子硅微镜 试验利料:l号_[业纯AI1号纯Sn,I号电解Q】,l 号纯Mg及AI.1gSi中I'HJ合金. 13试验过程 按表l的成分进行配料+在粘土石墨坩埚炉中熔 炼,用水冷铜模浇注而成铸锭尺寸为200grim× 一 2249(班5)06—0335一幔 I50nx25?铸锭经480?保温10h均匀化后冷轧 开坯.当总加工率达5O%左右时进行350?保温0.5h 的中间退火,直至将厚度轧到15mm:.按GB228—76制 备拉伸试样,将试样进行固溶.时效处理后测量其力学 性能见表2.. 2试验结果与分析 2.1IA1-6Sn.2Si-1.2Cu-O.6Mg组织特点 台金的铸态金相显微组织见图1.经电子扫描分 析可知:合金中的sn,si主要分布在晶界处,而cu,Mg 则较为均匀地弥散分布于合金的基体中因为sn为软 相且熔点较低.其呈网状分布于晶界对合金的强度和塑 性尤其高温塑性极为不利.凶此应通过进一步冷变形和 退火来改善Sn的分布,进而改善台金的使用性能同 时还叮看出,存在偏析的情况 图2为合金均匀化后组织,对比图1可见,均匀化 处理后台金的显微组织相对于铸态台金发生了很大变 化.这表现在:均匀化处理后,合金中的sn,si发生了聚 集现象,原来呈连续网状分布于晶界上的Sn变成离黄} 的岛状分布.同时出现sn包si的现象.这是由于均匀 化时,在较高的温度下,sn变成液态,然后围绕熔点较 高的粒子冷却所形成的.通过扫描电镜照片分析还 可以知道,Sn,Si基本存在于品界上,而cu,Mg则较为 均匀地分布到了基体中 ??图l铸态蛆炽SEM魏图2均匀化后合金SE?~I彤税 收穗日期:2(一03—08 基盘项目:十五863"项目c2Off2AA334(~60) 第一作者简介:韩建芬女.1978年出生,硕』研究生.末北太学3I4信箱沈阳1_10004), 电话:02z~一83681740,E—n珈1:haajiaafenneu@126mn 特种铸造及有色台金2005年第25卷第6 2.2冷轧对合金组织的影响 台 图3为台金轧制变形后的组织,对比图2可知.金经过轧制变形后,其晶粒沿轧制方同延伸拉长成纤维 状组织.原来存在于晶界处的不连续分布的块状sn在 轧制变形后吐土沿轧制方向延伸形成带状组织,而原来呈 点状或球状分布在晶界处或基体中的硬质s粒子则基 本未受变形影响: 国3轧制雯形(?585%)后的金相组织 23退火处理对台金组织和性能的影响 退火处理是为了消陈合金材料在轧制变形时所引 起的内应力,降低合金的加工硬化,增加台金的塑性和 韧性,使之更有利于后续的变形试验采用退火温度 350,30min,退火工艺组织见图4 对比图3,图4可知.台金经过退火处理后,原来拉 长的sn相变短聚集成岛状组织,球化现象较为明显 此外还在台金组织中发现了sn包Si的现象这是很 有价值的结果,因为轴瓦台金中存在由软相sn包含着 的硬si粒子的晴况时,sn中的si能够很好地增强台金 的承载能力,同时软基体又有利于增强轴瓦合金的减摩 性.,还发现,在晶体的部分区域内有点状或小球状的 Sn析出,反吐在宏观上就是台金表面出现"锡汗"现象 这是由于台金在退火时,在较高的温度下保温了较长时 间的原因昕致(退火温度为350,保温时间为30 rain)为了改变这种不利情况试验中采用不同的高 温短时退火制度(温度为:4.50_t,475?,500?),合金 组织均能达到常温退火(退火温度为350?,保温时间 为30min)的效果,拉长的Sn同样聚集成了块状,退火 后的台金表面没有了明显的"锡汗"现象(见图5). 图4350,30退兜舌蛆织图5475?5?退戈后组织 台金退火过程是原子迁移扩散过程,是温度和时间 336 的函数,温度越高,原子迁移就越快,即合金退火效果就 越显着,而温度一定时,台金退火则随着时间的延长而 趋于显蔫对比450?,475?,500?3种高温短时退 J凡后硬度变化曲线,可见温度越高,合金退火后硬度下 降越快,越趋近于平稳并达到常温退火(退火温度为 350?,保温时间为30min)效果(见图6)同时由于退 火时间很短.所以合金中析出的Sn来不及渗透到合金 表_向,因此采用这种高温短时退火制度后,台金表面不 会观察到"锡汗"现象.. 考虑到轴瓦台金的锡汗(见表3),且兼顾性能问题 (见图6),最终确定较为优化的退火工艺为:退火温度 为475lt,保温时间为5m 囤6冠退火工艺下台垒的硬度与退火时间的关系 表3不同退火工艺下台金锡汗现象 3试验结论 (1)台金中的M,cu主要以固溶形式存在,而sn, 则主要分布于晶界 (2)台金铸态下,sn,si多呈网状分布,割断基体, 通过热处理和冷加工可以消除网状分布.同时在均匀 化和退火态的组织中,常出现sn包si组织的现象. (3)在轧制变形中,sn相因塑性变形而拉长,硬质 si粒子则基本未受变形影响. c4)采用475?,5n血高温短时退火不仅可以避免 合金表面"锡汗"现象,还可以缩短退火时间,实现在线 连续生产,提高生产效率 参考文献 .Whilney 机 De,JakJ 椰 T 11.'f萱kv?耐磨性好的新型台金轴承国外内燃 3Whitn~'J长寿命发动矶用的铝基轴承和轴套国外机车车辆工艺. 2I]0I【21:,29 4出崎亭,鞭耱侏晴高耐瞎性铝台食袖承的开发国外内燃机.2001 (3):?一62 5戴兰芳.张春华,,ff.:/L林等含硅铝台金轴的磨揭特性研究矿冶工 程,Xc1):67—69 6百云山内燃机曲轴轴承赋摩材科的发晨动态.内燃机配件,3?3f6J: 39—4l f编辑:陈渭臣】 帅帅;三?轴 兰, .. 毫 .