铝—铅曲轴轴承合金.doc

铝铅曲轴轴承合金协,铝一铅曲轴轴承合金,.,薹一Pb1AI-Pb摹善蠢生产过程中,将利用合金偏析这种优点使贫铅;.:三?lrX:?区与钢背粘接,那么富铅区则在轴承表面,而在:,誓i:机械加工之后,仍有6的存在于轴承表,:毒0;图显示了轴承合金在普通生产_:|=:,:基墓PbAI-PbPb000Mn0耋一C01的加入可使对油酸的耐腐蚀能力增强,而.,.暑:?j:善锰,镁和铜元素的加入可增强合金的抗疲劳性,0jjl拿:.轴承合金通常的化学成份是黩.0ij06.l:t.:?车之;isi:4.:;:霉sn:.5.?t:=.j点0:,.3靠二j誓j:2:,毒u:.一一金使用率在过去三年时间里从4146增加到1989年的63,并且计划到1991年使用率达到78),该合金对球墨铸铁曲轴有极好的耐磨性和抗咬合性,并有极好的镶嵌性,抗腐蚀性和抗疲劳性然而.从冶金观点分析,这种合金的结构是不理想的,我们有理由相信,如果我们对合金结构进行改进,合金工作性能同样能得到改善,改变合金结构的特征是指改变台金结构中铅的组织结构.AIPb舍金在普通生产状态,铸态下铅质点相的分布尺寸比我们想要的冶金铅质点相尺寸宽,这种结果使A1一Pb台金中铅相最终以1ram长的形式排列分布.在A卜_Pb合金轧制到需要粘接厚度时.合金中铅质点相首先变长,然后再进行粘接处理.在进行l2次全拉伸试验后,可以找到症劳裂纹扩展路径和带状铅之问的关系.铸造合金铅质点的尺寸大小随铅含量的多少而变化,同样合金的冷却速率随它的凝固温度而变化.近年来,我们已找到了一种高冷却速度的铸造工艺以适应AlPb合金熔炼特性,以便达到改善合金中铅质点尺寸的目的.冶金方面表1显示了AIPb铸造合金铅质点尺寸受冷却速度的影响,当冷却速度从20400/秒增加刘200”C/秒,铅质点相的直径减少到正常铸造生产过程的1/5,而其横断面区域铅质点相减少到原来的1/25.表1缔造工艺对AJPb浇铸合盎尺寸和分布的影响.高冷却速率浇铸普通生产浇铸冷却时间<1秒510秒85O650铅含量wt一%上半部4.52.6下半部4.27.0铅质点尺寸范围,prn上半部0.5122.525下半部0.5252.5125铅质点平均尺寸m上半部2l2下半部525在粘接之后带状铅长度减少是很窖易明白的,在高速度冷却下,生产的合金铅质点相呈短的条状(<2m长),这种相均匀分布在粘结层,从金相照片上看台金几乎没有偏析(铸态和在粘接之后),这点通过化学成份分析而被证实.虽然铅质尺寸在高速冷却下合金的顶部和底部有一个小的区别,但两部分铅含量几乎是相等的.表面特性在润滑剂存在但不是液体条件下,当轴承合金对一种钢或铸铁进行磨擦时,轴承台金的顺应性是衡量一种合金抵抗表面粗糙不平结合的能力,使用下面试验来评估铅合金的顺应性,该试验用3组16X16ram的双金属钢带,在加载情况下台金与球墨铸铁表面形成r的角度,该铸铁的加工方法类似于美国旅行轿车发动机曲轴的加工方法,当夹具升高到一预定位置时,增加的载荷直到扭矩传递到试样夹具上,或者试验钢背的温度超过预定值,这些条件被列在表2中.35表2顺应性试验条件试验试样l616mr.双全J爵锕板试样结构;在120”C温度下,三块试样靠在一十直径为70ram的圆周安装.与表面夹角为1.粗糙度-肆墨铸铁表面粗糙度的值为0.200.12pmR.试验条件l2500rpm=9.Z/a.薮荷增加到最大1800N/rain在120”C温度下.表面用20W20油滴精试验终点-扭矩超过IZN?m,或者锕肯温度超过177.目前AIPb双金属钢带中为确定各向异:_?譬曩浇铸合金进有36验证试验,但这些轴承合金应该有理论的相应金硬度.两种状态下的AIPb合金层硬度与其它铝舍金层硬度的比较在表3中表3一轴承舍金层硬度台盘层硬度HvAISn2o-_Cu14o_45PlPbsSi4一snCuMnMg4250普通生产状态AIPbSi4一S一CuMnMg4756高淬火速率状态cd3Cu卜一Nn.5862A1一S1Cu17285说明除AIsn2OCu1在冷轧状态下.牯接后进行退火处理,其余所有合金均匀热轧粘舍,并且不退火处理因为Pbsncu电镀层与铝一铅合金结合减少了软质点相,当AlPb合金表面有较硬PbsnCu镀层时.它的生产历史很长.然而在高遵率状态下的AlPb合金硬度相对较高,该特性可由顺应性试验结果得到,并且在没有三元Pbsncu电镀层时AIPb合金可进行满意的试验,这个可由发动机液压承载能力试验证实严格控制轴承壁厚有利于减少轴承的磨损率,而发动机噪音的减少是由于没有电镀层,这样就提供给我们合金新旧的概念解释.疲劳特性内燃机的曲轴轴承易遭受一个交变载荷,该载荷之一:点火载荷起因于汽缸内的燃烧,之二,惯性载荷起因于活塞和活塞杆组件对曲轴的相对旋转,后者主要产生于高速旅行轿车发动机,而前者产生在次高速卡车上的狄塞尔发动和中高速和低速的狄塞尔发动机上如果一种合金没有足够的疲劳强度,合成的话环载荷在轴瓦的合金层上,能产生疲劳裂纹.;一.i;.季一lsl5ID再33s45so辐瑚童葑痔膏1圈6本论文讨论AlPb合金在两种状态下的疲劳强度,可在两种不同类型的轴瓦材料试验机上进行比较第一种疲劳试验机称为安越伍德试验机.用于建立在某个年限内的发动机轴承疲劳试验方法,曲轴转速是35rpm.第二种试验机是液压加载轴承疲劳试验机,其方法是将载荷麓加到一个单片的试验轴承上,变化载荷上限可到220kN测试颓率是40Hz在液压加载疲劳试验机上两种AlPb合盒的疲劳寿命与载荷的关系曲线被显示在高冷却速率状态下的合金组织,由于细小均匀Pb的分布,在承载能力上超过了普通生产的Al一37Pb合金材料.图上纵坐标表示对测验轴瓦的单位载荷,其油膜压力由轴承理论计算而来.疲劳强度方面类似的改善在安德伍德试验机上获得,所加载荷为48MPa,在普通生产状态下,A1一Pb台金疲劳时效出现在10小时范围内,而在高速淬火冷却状态下失效时间为26100小时疲劳裂纹的扩展本论丈没有描述其它轴承测试装置.以上两种材料试验机不同,在于对轴承加载方式的不同.第一种试验(液压加载)是一种正弦波形的高速载荷,而该载荷对测试轴承是相对静止的,第二种测验是一个恒定的载荷,对轴承的相对转动速度是8000rpm.在第一种试验机上,疲劳裂纹扩展从合金表面到与钢背的粘接面几乎是垂直的.在第二种试验机上,疲劳裂纹对轴瓦形成一定角度即指以载荷转动方向与轴承表面成58夹角.以上现象在A卜一Pb合金进行液压加载轴承测验和安蟪伍德试验机上已被验证.液压加载轴承试验机产生的裂纹以垂直方向发展,而安德伍德试验机产生的裂纹以载荷转动方向与轴承表面成一定夹角.在安德伍德试验机上轴承在试验完成后虽然载荷快速减少,对裂纹的扩展状况此时与在恒定转动载荷概况下是相同的.借助于以上两种疲劳材料试验机,3种轴承合金疲劳寿命被出,在进一步的研究中,说明在脉冲载荷时,A1Sn20Cul的疲劳寿命比Alsnsi合金的疲劳寿命低,在旋转载荷下,A1Sn20Cul合金,疲劳寿命相当或高于Alsnsi材料的疲劳寿命.这种现象可得出下面推断AIPb合金在高速旅行轿车发动机上能提供好的抗疲劳性能但在卡车用的狄塞尔发动机上则不能提供相同的好处这点已得到证实.发动机试验AIPb合金已广泛使用在涡轮增压的汽油发动机上,该合金最初使用在自然吸气式汽油发动机上由于细小,均匀分布铅在高速冷却状态下其合金的疲劳强度有稳定的增加,因此,AIPb合金它会满足更高转速据轮汽油机和旅行轿车用的狄塞尔发动机的要求.结论用高速冷却的AlPb合金克服了用其它铸造方法因铅的偏析产生的冶金问题,消除了铅的梯度变化,使显