高性能铝硅轴承合金材料及闭模轧制生产技术的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文高性能铝硅轴承合金材料及闭模轧制生产技术的研究姓名：雷健申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：魏伯康;袁序弟20041001摘要轴瓦是汽车发动机重要的减磨零件它与曲轴轴径构成发动机四大摩擦副之一其主要功能是减少轴瓦与曲轴间的滑动摩擦磨损提高发动机曲轴及连杆的使用寿命轴瓦在使用过程中由于受到来自曲轴旋转产生的交变载荷冲击润滑油中外来硬质点引起轴瓦的擦伤以及轴瓦与曲轴轴颈加工的不同轴而产生局部磨损因此作为轴承合金必须具备良好的疲劳性能和表面性能早期的滑动轴承材料以巴氏合金为主轴瓦采用铸造工艺生产近年来随

2、着发动机转速的提高和输出功率的增加汽车工业广泛采用铝基铜基轴承合金材料和复合轧制粉末冶金烧结工艺来生产发动机轴瓦在铝基轴承合金中最具代表性的为Al20SnCu这种合金中含有20%的锡锡相在铝基体中呈孤岛状分布形成硬基体软质点的耐磨组织随着球铁曲轴的广泛应用和汽车发动机柴油化的发展趋势Al20SnCu合金耐磨性能差和疲劳强度低的不足日益暴露出来铜基轴承合金中最具代表性的为铜铅合金这种合金的轴瓦具有较高的疲劳性能比较适合大功率柴油发动机其不足在于材料成本高制造工艺复杂和不利于环保基于以上情况项目组开展高性能低成本的铝硅轴承合金材料及制

3、造工艺的研究进一步拓展了传统铝基轴承材料的使用空间达到取代或部分取代Al20SnCu和铜铅轴承合金的目的本项目分析了轴瓦的工作状况及材料和制造工艺的发展进程探讨了影响轴瓦寿命的主要因素通过材料熔铸热处理和复合轧制过程中工艺的优化基本上解决了研制合金所暴露出轧制性能和材料的表面性能差的问题成功开发出两个品种的高性能铝硅轴承合金材料及轴瓦性能达到国外同类产品指标要求在低硅轴瓦材料试验中一方面在传统的Al20SnCu材料基础上进行合金优化设计通过添加2.5%硅和减少低熔点锡的含量来提高合金的强度和硬度从而达到提高轴瓦的疲劳强度和耐磨性能

4、的目的另一方面由于硬质点硅的加入也伴随着合金轧制性能降低因此项目组进行了轴瓦带材制造工艺及退火工艺的优化试验使得轧制成材率由原先不足10%提高到90%以上另外项目组开展了中高硅铝基轴瓦I材料的研究将合金中的硅含量提高到48%锡含量进一步降低到36%水平并加入一定量锌和其他强化元素使得研制合金的疲劳性能达到或接近铜铅合金的水平这样材料的轧制性能差的问题表现的更加突出因此解决这一问题也成了项目研究的重点与难点通过采取闭模轧制工艺代替传统的开放式平辊轧制工艺基本上解决合金轧制性能差的问题满足汽车发动机对轴瓦使用性能的要求并实现了轴瓦批量

5、工业化生产通过本项目的研究项目组基本掌握了高性能铝硅轴承合金的全套生产技术为轴瓦产品的升级换代奠定了良好的基础使得轴瓦生产技术达到国际先进水平取得了良好的社会经济效益关键词发动机滑动轴承铝硅合金复合闭模轧制疲劳性能表面性能耐磨性能IIABSTRACTBearing,whichformsoneofthefourfrictionpairswithshaftjournal,isasignificantenginecomponent.Itsprimaryfunctionsaretoreducewearandtearbetweenbeari

6、ngandshaft,andraiselongevityofshaftandconnectionrod.Duringtheuseofbearing,duetotheeffectofthreefactors:cyclicimpactfromrotatingshaft,hardexteriorparticlesinthelubricatingoil,whichcouldleadtoscoreofbearingorjournal,aswellasminoruncoaxialitywiththebearingorshapeirregula

7、ritiesofcrankshaftjournal,whichcanresultinwearpartly,thematerialmustpossessexcellentfatiguestrengthandgoodcompliance.BearingsofBabbittAlloy,ofwhichmanufacturingtechnologyisusuallychosencentrifugalcasting,havebeenwidelyusedintheinitialengine.Recently,withfasterrotating

8、speedofengineandgreateroutputofpower,bearingmaterialsofenginehavetrendedtochooseAl-basedorCu-basedalloy,andrelevantmanufactu