李濤等

摘 要：研究了鋁錫銅合金的鑄造及擠壓工藝，并對(duì)其耐磨性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：465℃/5h均火較440℃/5h均火更為徹底，同時(shí)，擠壓溫度450℃，擠壓速度4.5mm/s的擠壓工藝能夠滿足擠壓生產(chǎn)。在載荷800N，轉(zhuǎn)速1600r/min，保壓1h的情況下，鋁錫銅合金僅有輕微磨損，重量相對(duì)試驗(yàn)前減輕0.2612g。

關(guān)鍵詞：鋁錫銅合金；鑄造工藝；擠壓；耐磨性

齒輪泵是一種常用的液壓泵，以其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低，體積小，重量輕，自吸性能強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛用于采礦、冶金、建筑、航空、航海、農(nóng)林等機(jī)械的中、高壓液壓系統(tǒng)中。隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，人們不斷追求高質(zhì)量的油泵。

目前國內(nèi)部分企業(yè)已經(jīng)開始采用鋁錫銅合金作為重要基礎(chǔ)材料而用于制備汽車發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)軸承，但尚無資料顯示用于齒輪泵體材料，現(xiàn)國外一些發(fā)達(dá)國家已研發(fā)出鋁錫銅合金擠壓齒輪泵泵體，以替代傳統(tǒng)的6005、6082鋁合金齒輪泵體。

鋁錫銅合金是一種綜合性能良好的合金，它具有良好的抗粘咬性、耐磨減摩性、耐腐蝕性、順應(yīng)性和嵌入性等綜合性能，同時(shí)又具有密度小、導(dǎo)熱性好、承載能力大、疲勞強(qiáng)度高等優(yōu)越性，因而正越來越多的應(yīng)用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的錫青銅和巴氏合金[1-2]。鋁錫銅合金在高速機(jī)床、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等高速重載機(jī)械設(shè)備中廣泛使用。鋁錫銅合金由于其優(yōu)異的性能，實(shí)際應(yīng)用越來越廣，充分顯示出鋁基合金是目前最有前途的材料。開發(fā)、研究鋁錫銅合金是國際領(lǐng)域的發(fā)展方向之一。因此，我們對(duì)鋁錫銅合金的擠壓性能及生產(chǎn)工藝進(jìn)行了試驗(yàn)分析。

1 試驗(yàn)材料及檢測(cè)

試驗(yàn)用鋁棒為中色（天津）特種材料有限公司鋁事業(yè)部熔鑄車間生產(chǎn)，采用同水平熱頂鑄造設(shè)備鑄得。

使用擠壓車間10MN擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓生產(chǎn)。使用SPECTROMAXx直讀光譜儀對(duì)鑄棒成分進(jìn)行控制及檢驗(yàn)，并用WDW-5微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗拉強(qiáng)度及延伸率的檢測(cè)。

2 試驗(yàn)方法

表1為鋁錫銅合金鑄棒的成分。

擠壓溫度及擠壓速度對(duì)合金影響較大，所以，擠壓溫度的確定是其擠壓生產(chǎn)的關(guān)鍵點(diǎn)。

本試驗(yàn)確定擠壓溫度為450℃，棒坯溫度為448℃，模具溫度為457℃，擠壓筒內(nèi)套溫度設(shè)定為440℃。鑄錠長度為500mm。擠壓參數(shù)如表2所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 鋁錫銅合金的鑄造

由于Sn的熔點(diǎn)為231.89℃，Cu的熔點(diǎn)為1083.4℃，鑄造溫度的確定將是鑄造的難點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)中，由于銅的熔點(diǎn)較高，所以選用Al-Cu中間合金，在填料過程中，由于Sn熔點(diǎn)較低，為了降低其損耗，在熔煉后期加入。本試驗(yàn)選用鑄造溫度710℃，鑄造速度120mm/Min水流量180t/h。并對(duì)其進(jìn)行440℃/5h以及465℃/5h均火處理，圖1為其高倍圖片，由此圖可以看出，通過對(duì)其均火處理，440℃/5h晶界處偏析現(xiàn)象比較嚴(yán)重，均火不徹底。465℃/5h鑄棒晶粒較為均為，晶界處存在輕微的大顆粒聚集現(xiàn)象，相較于低溫均火，465℃/5h更為徹底。從圖中可以看出，465℃均火的晶粒明顯較大，這是由于高溫有助于晶粒的增長，這同時(shí)使得顆粒聚集現(xiàn)象相對(duì)突出，致使大顆粒的存在。鋁錫銅合金是由硬基體鋁和軟質(zhì)點(diǎn)錫所組成，均勻化處理后，合金中的Sn、Si發(fā)生聚集，原來呈連續(xù)網(wǎng)狀分布于晶界上的Sn變成離散的島狀分布。

3.2 鋁錫銅合金的擠壓生產(chǎn)

鋁錫銅合金由于Sn與Cu的存在，擠壓生產(chǎn)難度相對(duì)較大，擠壓溫度的確定相對(duì)較難。由于Sn熔點(diǎn)較低，過燒現(xiàn)象是擠壓生產(chǎn)中尤為突出的問題，本實(shí)驗(yàn)確定的擠壓溫度是450℃，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此溫度能夠?qū)辖疬M(jìn)行擠壓且沒有過燒現(xiàn)象。同時(shí)，通過反復(fù)擠壓，并對(duì)模具進(jìn)行維修后，完成了鋁錫銅合金的成功擠壓，尺寸合格。

3.3 鋁錫銅合金的摩擦磨損試驗(yàn)

我們對(duì)鋁錫銅合金及6061合金的耐磨性進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)參數(shù)如下：

試驗(yàn)時(shí)間設(shè)定為1h，前10min轉(zhuǎn)速設(shè)定200r/min，載荷200N；10min后轉(zhuǎn)速設(shè)定1600r/min，載荷800N。

通過試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，鋁錫銅合金在載荷800N，轉(zhuǎn)速1600r/min，保壓1h的情況下，僅有輕微磨損，分別為7.5倍和40倍放大倍數(shù)顯微鏡下的磨損形貌。6061在轉(zhuǎn)速為200r/min，載荷200N的狀態(tài)下正常，將轉(zhuǎn)速及載荷提高后，出現(xiàn)粘著現(xiàn)象，試驗(yàn)終止。通過試驗(yàn)得出鋁錫銅的摩擦系數(shù)為0.102。

我們對(duì)試驗(yàn)前及試驗(yàn)后的試樣進(jìn)行稱重：試驗(yàn)前重量為25.1349g，試驗(yàn)后重量為24.8737g。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，鋁錫銅的耐磨性較好。

4 結(jié)束語

（1）由于鋁錫銅合金中各主要元素的熔點(diǎn)相差較大，采取的鑄造方法為添加Al-Cu中間合金，并在熔煉后期加入Sn。

（2）465℃/5h均火較440℃/5h均火更為徹底，晶粒相對(duì)較為均勻，偏析現(xiàn)象減弱。同時(shí)，隨著溫度的升高，晶粒有明顯長大現(xiàn)象，并出現(xiàn)輕微的大顆粒聚集。

（3）擠壓溫度450℃，擠壓速度4.5mm/s的擠壓工藝能夠滿足擠壓生產(chǎn)，同時(shí)沒有過燒現(xiàn)象的存在。

（4）在載荷800N，轉(zhuǎn)速1600r/min，保壓1h的情況下，6061合金出現(xiàn)嚴(yán)重粘著現(xiàn)象，而鋁錫銅合金僅有輕微磨損，且重量相對(duì)試驗(yàn)前減輕0.2612g。

參考文獻(xiàn)

[1]Lepper K，et al. Sliding Behavior of Selected Aluminum Alloys[J].Wear，1997，203-204：46-56.

[2]蔣玉琴，侯福建.鋁錫合金軸瓦在CA6102發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料，1993，3：16-19.