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一种铝合金轴套热处理工艺

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发表于 2010-9-12 14:17:34 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  轴套是齿轮泵的主要零件之一,装在高速运转的齿轮两端起轴承支撑作用。它必须有足够的强度和良好的耐磨性。为了保证零件的性能要求,我厂采用非标准铝锡合金,其成分如表1所列。

7 r& u0 V& U3 T. O" \+ p1 M7 N5 [ l" U1 |) [

  表1铝锡合金成分w(%)

SnNiCuSiTiMnFeAl
5.5~ % H$ j) y- l/ H9 x/ j! t$ K. f70.5~* t' A! D" [+ e0 ^# A6 v/ X' f 1.30.7~ ; p% Y2 \6 s) N6 z Z, o1.30.7~ 9 V% p- z0 K; b9 n" d5 z J1.30.30.1~ 1 U; z$ E' k- e0.20.7余量
+ c/ Y0 V5 a/ G5 b " r s4 \' ~ z( r: x# m) S+ N

  Cu的作用是强化基体。Sn可形成较软的低熔点Al-Sn共晶体,增加耐磨性。

# C% ?7 ?5 e4 [% Q3 c& k ) B$ G; q1 |3 x3 d

  原热处理工艺为515℃固溶6h水冷,180℃时效8h空冷。这种工艺存在两个问题:

& {# }. }% a0 L% [; q# m4 R 8 @- d! r8 N, V0 \0 T+ o

  (1)Al-Sn共晶体过烧加入锡形成含锡为99.5%的Al-Sn共晶体,其熔点为229℃。当工件加热到515℃时,Al-Sn共晶体过烧,淬火冷却时形成复熔球团。在形成复熔球团过程中,一方面晶界氧化,使晶粒强度下降,另一方面又产生了许多显微空隙,使晶粒界面能增加,金属的强度降低,在使用过程中易过早失效。

5 R$ T: ^2 e5 ? 1 [# l0 o$ }, L. S9 J/ a

  (2)工艺生产时间长,达16h之多,生产效率低,能耗大。

; l% {8 }$ a3 T! f, g) V 3 @5 ~6 [% ~3 C

  为了寻求一个合理的热处理工艺,进行了工艺性能对比试验。试验工艺与结果见表2及表3。

9 F/ e1 e+ P' g! v m4 O, w5 u6 c( Z 7 c; f$ A: N7 ^9 f$ o! \

  表2铝合金处理工艺、组织和硬度

 热处理工艺硬度组织状况
  铸 态66~70  Al-Sn共晶体呈块状
铸态(自然时效)72~76  Al-Sn共晶体呈块状
515℃×6h水冷 R; t0 I r* _$ j9 t +180℃×8h空冷70~74  Al-Sn共晶体严重过烧
300℃×8h空冷70~76  Al-Sn共晶体轻度过烧
250℃×7h空冷70~76  Al-Sn共晶体呈断网状
180℃×8h空冷70~76  Al-Sn共晶体呈网状
+ \; s ?8 d( F9 s, ^# q

  表3经不同工艺处理后铝合金的性能

热处理工艺σb/MPaδ(%)
515℃×6h水冷+180℃×8h空冷853.6
250℃×7h空冷1254.2

1 C7 @% T: ] o$ R. I$ B, }/ v 

  由金相观察和力学性能试验数据可以看出,250℃×7h处理工艺比较理想。Al-Sn共晶体呈断网状沿晶界分布,一方面Al-Sn共晶体分布比较均匀,保证有良好的耐磨性,另一方面Al-Sn共晶体没有分割基体,使合金有较好的塑性和韧性。采用250℃×7h处理工艺可以得到较高硬度,是因为该合金含Cu量较少,金属模冷却速度快,在铸造冷却过程中,已保证Cu熔入固溶体,起到了淬火作用。通过自然时效提高了硬度,也证明了这一点。

" ~! b* o) }+ w+ `$ D4 M+ y; `) `4 E. b+ R9 |1 J) R2 k1 h1 E

  250℃×7h空冷工艺比515℃×6h水冷+180℃×8h空冷工艺的抗拉强度提高47%。

; r3 d3 t0 G; d% @0 E: f & n; K6 @0 _! ]# R& q, [9 [0 h

  250℃×7h空冷工艺温度稍高于Al-Sn共晶体的熔点,是为了在不使共晶体过烧的前提下,通过较短的保温时间得到Al-Sn共晶体的断网状分布。

; [3 C7 O) u. V1 ~: q% o7 \" K ( P* B: C$ y# N* q0 k" P

  在工艺试验的基础上进行了小批量(400件)试生产,经硬度、金相检查和试验台做产品出厂试验,均全部合格。

1 [3 a$ b( Y) q! z# S$ I & G* V* s/ t7 a4 o# l

  该工艺于1996年正式投产至今,已生产轴套几十万只,全部合格。工效提高1.3倍,一年可节约资金约7万元,节电超过8万kW.h。-【MechNet】

2 p+ z. q8 W5 g
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