[科普中国]-锡基轴承合金

简介

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。

对合金与钢壳粘结不良采取的工艺措施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。

对合金成分偏析采取的工艺措施由于锑比锡轻, 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。

对气孔采取的工艺措施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。

对夹渣采取的工艺措施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。

总结经质量攻关后, 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。