倾斜板铸造Al_Pb难混溶合金组织和磨损性能

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1、2009中国铸造活动周论文集倾斜板铸造Al-Pb难混溶合金组织和磨损性能1,211,2111陈体军，刘二勇，郝远,张大华，王瑞权，李向威(1．兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，甘肃兰州730050；2．兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室，甘肃兰州730050)摘要:利用倾斜板铸造技术制备了Al-Pb合金。研究了Pb含量和模具尺寸对该合金微观组织和磨损性能影响。对比结果表明：铅含量为20%时，两种模具的铅颗粒的体积分数分别为5.62%，5.86%，铅颗粒的平均晶粒尺寸分别为3.46μm，7.54μm。试样的背散射图显示铅颗粒呈近

2、似圆球状，且分布均匀。说明利用该技术可以获得球状Pb颗粒分布均匀的Al-Pb合金，随着Pb含量的增加和模具冷却速度的减小，Pb颗粒尺寸增大，而且会出现偏聚现象。摩擦磨损测试表明：对比Al-Cu-Si-Zn的基体合金，加入20%的铅后合金的摩擦系数降低了15%，磨损量减小了50%，作为软相的Pb颗粒均匀分分布于Al-Cu-Si-Zn的硬基体中，在摩擦中起到了自润滑的作用，从而显著降低摩擦系数和磨损量，提高合金的抗咬合性能，可说倾斜板铸造法能获得组织和摩擦性能优异的Al-Pb轴瓦材料。关键词：倾斜板;Al-Pb难混熔合金;组织;摩擦磨损1引言难混溶合金是一类存在液

3、相分离特性的合金，具有很多独特的物化性能和工艺性能。目[1]前已知的含有液相不混溶区的合金达到500多种,难混溶合金的一个明显标志是二元相图中存在一弓形液相不混溶区，当凝固通过该区时，密度不同的两液相将迅速分离，最终形成严重宏观偏析或组元分层的凝固组织，因此，采用常规的地面凝固技术难以制备出任何有工[2～4][5,6]业价值的难混溶合金。均质难混溶合金具有很多优异的物理、化学性能，如可做高矫顽力永磁体、高性能电极、具有良好导热导电性的电接触材料。特别是它具有优良的摩擦学特征，作为金属自润滑材料被广泛用于无油轴承、轴瓦、滑块、衬套、活塞、阀门座和轴[7]承保持架

4、等，已经成为汽车工业中一种理想的轴瓦合金。如在铝合金基体中弥散分布软相(Bi,Pb)的材料是最有发展前景的自润滑汽车轴瓦材料，且铝铅合金综合性能优于目前普遍[8-10]使用的铝锡合金,而且价格便宜，为使铅能均匀分布到铝合金中，各国科研工作者都致力于其理论和实际应用研究。但现有的工艺，诸如快速凝固工艺、快速凝固/粉末冶金工艺、搅拌铸造法等相继研发，其中现行制备铝铅轴瓦材料的工艺为快速凝固/粉末冶金工艺，成[11～13]本很高，限制了其产品的大规模应用。而倾斜板技术，结合了铸造和快速凝固的优点，具有低成本和可大批量生产的优势，可以说是一种制备Al-Pb难混溶合金的

5、新方法。2实验设备及方法2.1实验设备实验设备主要有倾斜板和尺寸为Ф15mm×150mm和Ф45mm×150mm的金属模具，倾斜板示意图见图1。倾斜板采用不锈钢管机加工而成，内径为Ф90mm，壁厚10mm，长1.5m。o倾斜板的倾角和长度可根据试验需要调整，本实验采用45角和浇注位置为1.2m进行试验。倾斜板和金属模具均采用白垩粉和水玻璃涂料刷涂。2.2实验过程所用的Al-Pb合金（除Pb的所有合金元素）成分见表1。6242009中国铸造活动周论文集表1基体合金的化学成分(体积分数)CuSiZnAl0.833.5余量熔炼过程如下：在坩埚中加入基体合金，使其熔化

6、，在适当的温度下，用六氯乙烷精炼，扒渣，加入分别为10wt%、20wt%、30wt%的铅，加入3wt%的稀土盐类覆盖剂，保温30min，以便获得均匀的Al-Pb合金溶液，然后，在合金熔液温度为1200℃和浇注位置为1.2m，利用倾斜板铸造方法浇注入不同的金属型。浇注试样尺寸为Ф15mm×150mm。图1倾斜板浇注系统示意图截取各试样的中间位置，制备金相试样。利用光学显微镜观测Al-Pb合金的显微组织及Pb颗粒的分布，用Imageproplus定量测定了Pb颗粒的尺寸和体积分数。摩擦磨损试验在中科院兰州化物所M-2000摩擦磨损试验机上进行干摩擦试验。上试样为铝

7、铅合金，尺寸为30.5mm×6mm×7mm，对磨摩擦副为Ф40mm×10mm的45号钢磨轮。上试样固定不动，对磨磨轮转速200r/min，试验载荷200N，磨损时间30min。通过测定摩擦系数、体积磨损率评定摩擦磨损性能。用扫描电镜分析摩擦试样磨损表面形貌。3试验结果与分析3.1显微组织结构图2为不同含铅量铸态合金的金相组织图，图中黑色颗粒为铅，铅颗粒分布于铝基体中。对图2的金相图进行分析，（a）图中铅颗粒的体积分数2.74%，理论值为3.08%，铅颗粒的平均晶粒尺寸为3.14μm；（b）图中铅颗粒的体积分数5.62%，理论值为5.99%，铅颗粒的平均晶粒尺寸

8、为3.46μm；（c）图中铅颗粒的体积