CN101935775A

CN101935775A - 一种含稀土的轴承合金及其制备方法

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Publication number: CN101935775A
Application number: CN2009100540329A
Authority: CN
Inventors: 吴建华; 张忠民; 韩鹰; 沈嘉麟; 顾秀峰; 朱卫敏
Original assignee: SHANGHAI FEILUN NON-FERROUS SMELTERY
Current assignee: SHANGHAI FEILUN NON-FERROUS SMELTERY
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2011-01-05

Abstract

本发明公开了一种含稀土的轴承合金，含有锑、铜、稀土和锡，其中，所述的锑在所述的轴承合金中的重量百分比为7～15％，所述的铜在所述的轴承合金中的重量百分比为4～10％，所述的稀土在所述的轴承合金中的重量百分比为0.001～2.0％，余量为所述的锡。本发明还提供了一种含稀土的锡基轴承合金材料的制备方法，本发明的轴承合金常温硬度可达31.3HB、抗压强度可达133.7MPa，抗压屈服强度可达54.5MPa。相比现有的锡基轴承合金，该轴承合金具有更好的硬度和强度，具有良好的热强性和高温稳定性，能提高轴承的耐磨性和抗疲劳性能，比较适应用于大型发电机、压缩机、汽轮机等高速、高载设备的轴承。

Description

一种含稀土的轴承合金及其制备方法

技术领域：

本发明涉及冶金领域，尤其涉及制作滑动轴承双金属轴瓦减磨层的锡基合金，特别是一种含稀土的轴承合金及其制备方法。

技术背景：

锡基和铅基合金统称为巴氏合金，它通常被浇注在钢壳(钢背)上，作为双金属轴瓦材料使用。从工业革命时期至今，巴氏合金作为滑动轴承合金中比较理想的材料，被普遍应用于各种工业设备和动力机械上。锡基合金是以锡为基础，加入锑、铜等元素组成的合金，该类合金的特点是在软基体上分布着硬质点，硬质点用来承受摩擦，而软的基体用以满足其他性能要求。

随着现代工业和科技的进步，内燃机、汽轮机、大容量发电机、高速蒸汽机、涡轮压缩机等工业设备正朝着大型、大马力、高速、高负载方向迅速发展，这对滑动轴承合金材料提出了更高的要求，它要求轴承合金具有合适的硬度、良好的塑性和韧性、足够的抗压强度和抗疲劳性能、良好的减摩性、良好的储备润滑油的功能、良好的磨合性、良好的导热性和耐蚀性、良好的工艺性能等。而锡基轴承合金虽然具有良好的磨合性、嵌入性、抗咬合性和耐蚀性，但在使用过程中，存在轴承合金的冲击韧性差、高温硬度和疲劳强度低等缺陷，因而不能用于浇注薄层和承受较大振动载荷的轴承。另外，在目前的滑动轴承使用过程中常遇到的磨损、疲劳和腐蚀问题与轴承材料关系密切。还有一个问题就是在锡基轴承合金的生产过程，由于各种金属元素的比重各不相同，导致了轴承合金偏析问题的存在，虽然轴承合金中含有铜，能有效地防止锑的偏析，但铜的比重偏析问题又会经常出现。

为了解决上述问题，业内人士都在对此进行着研究。以前国内外的研究曾通过在传统的锡基轴承合金中添加元素砷来细化轴承合金晶粒、防止轴承合金成分偏析，通过添加元素镉来提高轴承合金的抗压强度、提高轴承合金高温时的硬度和耐蚀性、改善锡相抗氧化的能力，但现在看来这些元素的弊端不容忽视，如镉的加入就易造成轴承合金层与钢壳之间的结合不良。更重要的是，这些元素都有毒，这不仅是因为在熔铸这些含有毒金属的合金时，会产生大量危害人体健康的有毒气体，而且还因为在轴承使用过程中，有毒金属会污染润滑油。因此随着各国政府对环境保护的日益重视，淘汰含铅、镉、砷等有毒金属已成为轴承材料选用的一个重要考虑因素。

发明内容：

本发明的目的在于一种含稀土的轴承合金及其制备方法，所述的这种含稀土的轴承合金及其制备方法要解决现有技术中的锡基轴承合金冲击韧性差、高温硬度和疲劳强度低的技术问题，同时要解决现有技术中的轴承合金熔铸时会产生大量危害人体健康的有毒气体的技术问题。

本发明一种含稀土的轴承合金，含有锑、铜、稀土和锡，锑在所述的轴承合金中的重量百分比为7～15％，所述的铜在所述的轴承合金中的重量百分比为4～10％，所述的稀土在所述的轴承合金中的重量百分比为0.001～2.0％，余量为所述的锡。

进一步的，所述的轴承合金中含有银，所述的银在所述的轴承合金中的重量百分比为0.001～5.0％。

进一步的，所述的锑在所述的轴承合金中的重量百分比为7～9％，所述的铜在所述的轴承合金中的重量百分比为5～8％，所述的稀土在所述的轴承合金中的重量百分比为0.01～1.5％，余量为所述的锡。

进一步的，所述的轴承合金中含有银，所述的银在所述的轴承合金中的重量百分比为0.01～1.0％。

进一步的，其特征在于：所述的轴承合金中含有杂质铅，所述的杂质铅在所述的轴承合金中的重量百分比小于等于0.02％。

本发明还提供了制备上述含有稀土轴承合金的方法，所述的方法中，首先按照重量百分比称取各成分，然后将60％～70％的锡投入到轴承合金锅中，然后投入全部的铜，加热熔化升温，锡液加热升温到570～600℃，待锅内的铜全部熔化到锡液中后，将全部金属锑加入到轴承合金液中，待完全熔化后，再将所需的稀土-锡中间合金和银加入到轴承合金液中，最后将剩余的锡投入轴承合金锅内，所有原料熔化完毕后，搅拌均匀，轴承合金液在480～500℃下静置定温30～80分钟，然后搅匀出炉浇注，浇注温度为480～490℃，所述的稀土——锡中间合金中，稀土在中间合金中的重量百分比含量为5～12％，余量为锡。

本发明通过加入稀土和银，提高了轴承合金的硬度和抗压强度，提高了轴承合金的高温稳定性。稀土和银加入到合金中后，能分别和锡形成La_xSn_y和Ag_xSn化合物，它们都属于高熔点化合物，能在合金中起到高温晶核的作用，且在合金中均匀弥散分布，彼此抑制金属间化合物的长大。另外，稀土加入到合金中后，部分稀土能和元素铜生成金属间化合物，它同Cu_xSn_y化合物一样，为高温硬质点。因此合金中的稀土、银和铜，都能形成高熔点的金属间化合物，且都可以作为硬质点均匀分布在轴承合金中，使轴承合金具有均匀细致的晶相结构，进而提高了轴承合金的硬度、强度等力学性能以及热疲劳性能和高温稳定性。

本发明的发现通过添加稀土元素，解决了轴承合金的比重偏析问题，使轴承合金成分更加均匀。由于稀土或锡-稀土化合物的密度与锡接近，因此凝固过程中它可以作为高温质点均匀的悬浮分布在轴承合金中，能有效地防止和解决轴承合金中锑铜元素的比重偏析，进而使轴承合金成分均匀，硬度均匀，使轴承的磨损均匀，避免了轴颈的不均匀磨损，延长了轴承的使用寿命。

本发明的另一个发现是通过添加稀土和银，可以取代其他锡基合金专利中的有毒元素镉，达到细化合金晶粒、提高合金力学性能和抗腐蚀性能的目的，从而起到了清洁环保的作用。

本发明的另一个发现是通过对合金中有毒杂质元素铅含量的控制，来降低和避免环境污染。同时铅含量的降低，降低了合金的热脆性，提高了合金的高温韧性和稳定性，这对大型设备轴瓦的机械性能而言是至关重要的。锡基轴承合金的国内外标准中，对铅的含量一般都控制在不大于0.35％，我们为了尽可能的控制铅在轴承合金中的含量，降低轴承合金的污染风险，将铅杂质含量定为不大于0.02％。研制过程中我们发现，铅含量的下降，不但避免了铅污染问题，而且使轴承合金的高温韧性得到了提高，这无疑减少了轴承合金的热脆性，提高了轴承合金的抗压性能。另外，杂质铅含量的减少，还降低了轴承合金的抗腐蚀性能。

本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明克服了现有锡基轴承合金的不足，提供了一种硬度高、耐磨性能和抗压性能好的锡基轴承合金。本发明轴承合金的硬度可达31.3HB、抗压强度可达133.7MPa，抗压屈服强度可达54.5MPa。相比现有的锡基轴承合金，该轴承合金具有更好的抗压强度，能提高轴承的耐磨性和抗疲劳性能，使轴承合金适用于浇铸薄层和承受较大振动载荷的轴承，比较适应用于大型的发电机、压缩机、汽轮机等高速、高载设备的轴承。

附图说明：

图1是本发明的一种含有稀土的轴承合金的晶相图。

具体实施方式：

实施例1：

配料比例：锑11％，铜6％，铈1.4％，锡余量

先将350Kg锡和60kg铜一起放入到合金锅中加热熔化(锡放在下面，铜放在上面)，当温度达到570～600℃时，铜完全熔化完，加入110kg锑，熔完后再加入280kg锡-铈(5％)中间合金，最后加入200kg锡。全部熔完后，搅拌均匀，静置定温后，再次搅匀，出炉浇铸，浇注温度480～490℃。

实施例2：

配料比例：锑8％，铜7％，铈1.4％，银1％，锡余量

先将380Kg锡和70kg铜一起放入到合金锅中加热熔化(锡放在下面，铜放在上面)，当温度达到570～600℃时，铜完全熔化完，加入80kg锑，熔完后再加入280kg锡-铈(5％)中间合金和10kg银，最后加入180kg锡。全部熔完后，搅拌均匀，静置定温后，再次搅匀，出炉浇铸，浇注温度480～490℃。

实施例3：

配料比例：锑8％，铜8％，铈0.05％，锡余量

先将550Kg锡和80kg铜一起放入到合金锅中加热熔化(锡放在下面，铜放在上面)，当温度达到570～600℃时，铜完全熔化完，加入80kg锑，熔完后再加入10kg锡-铈(5％)中间合金，最后加入280kg锡。全部熔完后，搅拌均匀，静置定温后，再次搅匀，出炉浇铸，浇注温度480～490℃。

实施例4：

配料比例：锑8％，铜7％，铈0.1％，银1％，锡余量

先将550Kg锡和70kg铜一起放入到合金锅中加热熔化(锡放在下面，铜放在上面)，当温度达到570～600℃时，铜完全熔化完，加入80kg锑，熔完后再加入20kg锡-铈(5％)中间合金和10kg银，最后加入270kg锡。全部熔完后，搅拌均匀，静置定温后，再次搅匀，出炉浇铸，浇注温度480～490℃。

实施例5：

配料比例：锑8％，铜7.5％，铈0.05％，银0.1％，锡余量

先将553.75Kg锡和75kg铜一起放入到合金锅中加热熔化(锡放在下面，铜放在上面)，当温度达到570～600℃时，铜完全熔化完，加入80kg锑，熔完后再加入6.25kg锡-铈(8％)中间合金和1kg银，最后加入284kg锡。全部熔完后，搅拌均匀，静置定温后，再次搅匀，出炉浇铸，浇注温度480～490℃。

实施例6：

配料比例：锑7.99％，铜7.73％，铈0.036％，银0.069％，Sn余量

先将553.6Kg锡和77.3kg铜一起放入到合金锅中加热熔化(锡放在下面，铜放在上面)，当温度达到570～600℃时，铜完全熔化完，加入79.9kg锑，熔完后再加入3.6kg锡-铈(10％)中间合金和0.69kg银，最后加入284.91kg锡。全部熔完后，搅拌均匀，静置定温后，再次搅匀，出炉浇铸，浇注温度480～490℃。

图1是本实施例的晶相图。

Claims

1.一种含稀土的轴承合金，其特征在于：所述的轴承合金含有锑、铜、稀土和锡，锑在所述的轴承合金中的重量百分比为7～15％，所述的铜在所述的轴承合金中的重量百分比为4～10％，所述的稀土在所述的轴承合金中的重量百分比为0.001～2.0％，余量为所述的锡。

2.如权利要求1所述的含稀土的轴承合金，其特征在于：所述的轴承合金中含有银，所述的银在所述的轴承合金中的重量百分比为0.001～5.0％。

3.如权利要求1所述的含稀土的轴承合金，其特征在于：所述的锑在所述的轴承合金中的重量百分比为7～9％，所述的铜在所述的轴承合金中的重量百分比为5～8％，所述的稀土在所述的轴承合金中的重量百分比为0.01～1.5％，余量为所述的锡。

4.如权利要求3所述的含稀土的轴承合金，其特征在于：所述的轴承合金中含有银，所述的银在所述的轴承合金中的重量百分比为0.01～1.0％。

5.如权利要求1、或2、或3、或4所述的含稀土的轴承合金，其特征在于：所述的轴承合金中含有杂质铅，所述的杂质铅在所述的轴承合金中的重量百分比小于等于0.02％。

6.一种制备如权利要求1所述的含有稀土轴承合金的方法，其特征在于：首先按照重量百分比称取各成分，然后将60％～70％的锡投入到合金锅中，然后投入全部的铜，加热熔化升温，锡液加热升温到570～600℃，待锅内的铜全部熔化到锡液中后，将全部金属锑加入到合金液中，待完全熔化后，再将所需的稀土——锡中间合金加入到合金液中，最后将剩余的锡投入合金锅内，所有原料熔化完毕后，搅拌均匀，合金液在480～500℃下静置定温20～45分钟，然后搅匀出炉浇注，浇注温度为480～490℃，所述的稀土——锡中间合金中，稀土在中间合金中的重量百分比含量为5～12％，余量为锡。

7.如权利要求6所述的含有稀土轴承合金的制备方法，其特征在于：首先按照重量百分比称取各成分，然后将60％～70％的锡投入到合金锅中，然后投入全部的铜，加热熔化升温，锡液加热升温到570～600℃，待锅内的铜全部熔化到锡液中后，将全部金属锑加入到合金液中，待完全熔化后，再将所需的稀土——锡中间合金和银加入到合金液中，最后将剩余的锡投入合金锅内，所有原料熔化完毕后，搅拌均匀，合金液在480～500℃下静置定温20～45分钟，然后搅匀出炉浇注，浇注温度为480～490℃。