一种铝合金轴套热处理工艺

HEATS

　　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。

! o4 D: h+ ?* \% ^9 |! M

　　表1铝锡合金成分w(%)

Sn	Ni	Cu	Si	Ti	Mn	Fe	Al
5.5～ 3 L4 f; Z3 ]9 v2 k3 c. W7	0.5～ ' M7 K7 Q: R# v: ^/ v* G1.3	0.7～ 0 z% Z* {+ X+ @) y' N% ?3 V) H1.3	0.7～ 1.3	0.3	0.1～ 3 b5 z4 E4 V4 u; Y* { S; W% n: P2 A0.2	0.7	余量

　　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。

　　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：

, V' }6 i/ C; r" `7 ~, N& ?, S s + B! q5 S* z5 i1 [1 z

　　(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。

' x) M/ J1 c0 s7 } ) S7 x& G/ ~2 V9 c) P$ V

　　(2)工艺生产时间长，达16h之多，生产效率低，能耗大。

　　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。

　　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 : O! g. a- d& t4 I9 z/ D＋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

5 I1 _6 s$ g' B" V; v

　　表3经不同工艺处理后铝合金的性能

热处理工艺	σb／MPa	δ（％）
515℃×6h水冷＋180℃×8h空冷	85	3.6
250℃×7h空冷	125	4.2

1 E' w0 M* f1 i. A 

　　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。

4 H" s+ F4 |5 e- X& e% {( g

　　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%。

0 C+ L& t' w0 l. }

　　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。

/ T: Z- M4 Z0 O

　　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。

- R$ `( U( B1 m- K7 o8 ] { X) \5 k! } L! Z3 {

　　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】