CN107052074A - 大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金‑钢复合板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金‑钢复合板的制备方法,将铝锭、锡锭和中间合金进行熔炼浇铸得到板坯,板坯初轧得到高锡铝初轧板,并经退火、打磨后用退火处理的纯铝板覆铝轧制,得到高锡铝合金覆铝板;将其与经退火、打磨处理的钢板铆接并冷轧复合得到良好机械结合的高锡铝合金‑钢复合板,然后对高锡铝合金‑钢复合板进行扩散退火处理,以得到高锡铝合金‑钢复合板成品,最后按照轴瓦规格裁切所得到的高锡铝合金‑钢复合板。本方法采用水冷模制备高锡铝合金锭坯,经铣面、初轧、覆铝、与钢背冷轧复合、退火处理等,制备出大规格、界面结合强度和剪切强度高的高锡铝合金‑钢复合板,可满足大型低速柴油机国产化的需求。
Description
技术领域
本发明属于金属复合板加工领域,具体涉及应用于大型低速柴油机轴瓦的高锡铝合金-钢复合板的制备方法。
背景技术
铝合金是大型重载柴油机广泛应用的轴瓦材料。高锡铝合金因其摩擦系数低、疲劳强度高、抗咬合性好、紧急运行特性好而应用于大型低速柴油机薄壁轴瓦。高锡铝合金通常指Sn含量大于20%的铝锡合金。随着锡含量增加,铝锡合金的硬度和疲劳强度有一定下降,但抗咬合性,镶嵌性,顺应性随之增加,抗咬合负荷可随之增大,轴颈磨损相应降低。即使在润滑不良,油膜无法建立的条件下,锡也能在轴颈表面形成一种保护膜,克服摩擦力的急剧变化,能较好保持润滑油膜的连续性,不致引起轴瓦局部负荷急剧升高。铝锡合金通常含有1%左右Cu元素,可强化铝基体,并减少铝锡合金中锡的偏析。随着Cu含量增加,硬度和疲劳强度提高,但表面性能下降,磨合状况恶化。高锡铝合金由于强度较低,在重载荷下易发生变形,造成油层间隙减小,油膜中断以致引起主轴咬死等。所以,通常将铝锡合金覆到钢背上,形成双金属复合板。为了提高铝锡合金与钢背的结合强度,在钢与铝锡合金之间增加一层纯铝作为中间层。该结构的铝锡合金轴瓦使用性能优异,寿命一般可达6000~10000小时。
我国每年生产数百台低速船舶柴油机,所用高锡铝合金轴瓦全部进口奥地利Miba等国外公司产品,成为制约大型低速柴油机国产化率的关键部件之一。造成这一局面的根本原因在于国内尚不能生产大规格高锡铝合金-钢复合板。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,采用水冷模制备高锡铝合金锭坯,经铣面、初轧、覆铝、与钢背冷轧复合、退火处理等,制备出大规格、界面结合强度和剪切强度高的高锡铝合金-钢复合板,满足大型低速柴油机国产化的需求。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,包括如下步骤:
步骤一:在石墨坩埚中将铝锭熔化,再加入AlCu50中间合金,待熔体温度降至690℃~710℃时,分批加入预热的锡锭,每次加入锡锭后充分搅拌,并将熔体温度控制在690℃~710℃,精炼扒渣后得到待浇铸的合金液;
步骤二:将步骤一得到的合金液浇铸在水冷金属模中成型并脱模,得到板坯,在浇铸的过程中,每次浇铸前对石墨坩埚内的熔体充分搅拌,并控制浇铸温度在690℃~710℃;
步骤三:将步骤二得到的板坯铣面后进行初轧,以板材边部不开裂为准,经多道次轧制得到高锡铝初轧板;
步骤四:对步骤三得到的高锡铝初轧板进行退火处理,退火后空冷,并打磨表面待用;
步骤五:将纯铝板进行退火处理,退火后空冷,并将纯铝板的待复合面打磨至失去金属光泽,再除去表面铝屑,清洗后覆在步骤四经打磨的高锡铝初轧板表面,并在咬入端铆接后,送入轧机进行覆铝轧制得到高锡铝合金,控制覆铝轧制首道次轧制变形量为35%~55%;
步骤六:在首道次覆铝轧制后,对高锡铝合金进行退火,退火后空冷,再进行轧制,得到高锡铝合金覆铝板,每道次轧制变形量不超过25%,以板材边部不开裂为准,并在板材边部临近开裂之前进行退火后再进行轧制;
步骤七:对步骤六得到的高锡铝合金覆铝板进行打磨并清洗,备用;
步骤八:将裁切后的钢板进行退火处理,退火后炉冷,炉温低于500℃后打开炉门冷却;
步骤九:对步骤八处理后的钢板进行打磨,除去钢板表面碎屑后进行清洗,并与步骤七处理后的高锡铝合金覆铝板在咬入端进行铆接后,进行冷轧复合,形成机械结合的高锡铝合金-钢复合板;
步骤十:将步骤九机械结合的高锡铝合金-钢复合板进行扩散退火以在界面形成冶金结合,退火后炉冷至200℃,开炉即可得到高锡铝合金-钢复合板成品。
进一步的,所述铝锭选用99.7wt%Al,锡锭选用99.99wt%Sn,铝锭和锡锭锯切成小块,每块重量不超过0.5kg,AlCu50中间合金每块重量不超过0.1kg。
进一步的,在步骤三中每道次轧制的变形量不超过12%。
进一步的,在步骤四中,退火条件是:退火温度300℃~350℃,退火时间1~4h。
进一步的,在步骤五中,退火的条件是:退火温度400℃~500℃,退火时间2h~5h。
进一步的,在步骤六中,退火的条件是:退火温度300℃~350℃,退火时间1h~4h。
进一步的,在步骤八中,钢板的退火条件是:退火温度750℃~930℃,退火时间2h~5h,升温速率≤300℃/h。
进一步的,所述扩散退火的条件是:退火温度400℃~500℃,退火时间1h~5h。
进一步的,在所述步骤五和步骤七中,采用不锈钢抛光轮进行打磨。
本发明的技术效果是:
本发明通过石墨坩埚和电阻炉严格控制合金中Fe、Mn、Si杂质元素含量;通过水冷铸模实现了高锡铝板坯的Sn元素偏析控制;以不锈钢抛光轮代替酸碱洗,清除待复合表面的氧化物等污物;以大首道次变形量实现高锡铝合金板覆铝及其与钢板的复合。所制备高锡铝合金-钢复合板具有如下特点:
(1)制备Sn含量35%~42%和45%~52%的高锡铝合金-钢复合板;
(2)铝锡合金层中杂质元素Fe、Si、Mn均小于0.1%;
(3)钢背材料为08Al、10号碳钢,含碳量提高至0.13%;
(4)高锡铝合金-钢复合板厚度可达12mm,宽度可达180mm;
(5)间接法测得复合板粘结强度达64.8MPa,断粘结面;
(6)直接法测得复合板粘结强度达58MPa;
(7)复合板剪切强度达86MPa。
附图说明
图1是进口轴瓦在标尺为100微米的金相组织图;
图2是进口轴瓦在标尺为20微米的金相组织图;
图3是利用本发明方法制备的大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板在标尺为100微米的金相组织图;
图4是利用本发明方法制备的大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板在标尺为100微米的扫描电镜图;
图5是利用本发明方法制备的大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板在标尺为20微米的扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,包括如下步骤:
(1)合金熔炼
铝锭选用99.7wt%Al,锡锭选用99.99wt%Sn,Cu以中间合金AlCu50的形式加入;锡锭和铝锭锯切成小块,每块重量不超过0.5kg,AlCu50中间合金每块重量不超过0.1kg;采用电阻炉和300#石墨坩埚进行熔炼,将石墨坩埚加热至450℃,然后加入铝锭,升温至720℃使铝锭全部熔化,加入AlCu50中间合金;之后将熔体温度降至690℃,分批加入预热的锡锭,每次加入锡锭后充分搅拌,温度控制在690℃,精炼扒渣后开始浇铸;
(2)板坯浇铸
采用水冷金属模进行板坯浇铸,板坯采用立式浇铸,规格为25mm×200mm×190mm,水冷金属模模具内表面喷涂脱模剂,每次浇铸之前对石墨坩埚内的熔体充分搅拌,浇铸温度控制在690℃;
(3)初轧
将所获得的板坯铣面至20mm×195mm×160mm后进行初轧,以板材边部不开裂为准,共轧制5道次,每道次下压量为2mm、2mm、1.5mm、1.5mm、1mm,道次变形量分别为10%、11.1%、9.4%、10.3%、7.7%,将板坯由20mm轧制到12mm,得到高锡铝初轧板;
(4)退火
采用带循环风的干燥箱对步骤(3)所得的12mm的高锡铝初轧板进行退火,退火温度350℃,退火时间2h,退火后空冷,采用砂带机和P40砂带打磨表面后待用;
(5)覆铝轧制
采用1.2mm的纯铝板进行覆铝,纯铝板退火温度450℃,退火时间5h,退火后空冷,采用手动不锈钢抛光轮打磨铝板待复合面,直到铝板均匀失去金属光泽为止,除去铝板表面铝屑,用丙酮清洗后与经步骤(4)处理后的高锡铝初轧板在咬入端铆接,然后采用二辊轧机轧制,首道次轧制变形量35%;
(6)退火→冷轧→退火
首道次覆铝轧制后高锡铝初轧板厚度为9.4mm,先进行退火,退火温度350℃,退火时间2h,退火后空冷,再进行5道次轧制,得到高锡铝合金覆铝板;下压量依次为1.5mm、1.5mm、1.4mm、1mm、1mm,变形量依次为16%、19%、22%、20%、25%,以板材边部不开裂为准,并在每2道次轧制后退火一次;最终高锡铝合金覆铝板总厚度为3.2mm~3.4mm,覆铝层厚度为0.3mm~0.4mm;
(7)表面打磨
采用手动不锈钢抛光轮打磨高锡铝合金覆铝板待复合表面,打磨后板厚2.1mm~3.3mm;
(8)钢板退火
钢板选用08Al优质碳素结构钢热轧板,厚度为12mm,钢板裁切为200mm×700mm的条带后进行退火,退火温度750℃,退火时间3h,升温速率≤300℃/h,退火后炉冷,炉温低于500℃后打开炉门冷却;
(9)钢板表面打磨
采用砂带机和P40砂带打磨退火处理后的钢板表面,直至露出光亮新鲜金属,并除去表面碎屑;
(10)与高锡铝合金覆铝板铆接
将步骤(7)处理后的高锡铝合金覆铝板裁切为宽180mm,长500mm,与步骤(9)打磨后的钢板一同用丙酮清洗后在咬入端进行铆接后,进行冷轧复合;
(11)冷轧复合
冷轧复合采用二辊轧机,首道次下压量为5mm,变形量32.7%,以形成良好的机械结合的高锡铝合金-钢复合板;
(12)扩散退火
高锡铝合金-钢复合板的机械结合不够牢固,需要扩散退火使界面形成还冶金结合,退火温度500℃,退火时间1h,炉冷至200℃后开炉,得到高锡铝合金-钢复合板成品;
(13)裁切
按照轴瓦规格裁切所得到的高锡铝合金-钢复合板。
对以上方法所制备的高锡铝合金-钢复合板进行检测,其结果为:Sn:35.75%~37.63%,Fe:0.073%,Mn:<0.010%,Si:0.086%;高锡铝合金板厚3.2mm~3.4mm,覆铝层厚度0.2mm~0.3mm;复合板厚度10.95mm~11.59mm;间接法测得结合强度64.8MPa,断粘结面;直接法测得结合强度58MPa,剪切强度86MPa。
实施例2
大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,包括如下步骤:
(1)合金熔炼
铝锭选用99.7wt%Al,锡锭选用99.99wt%Sn,Cu以中间合金AlCu50的形式加入;锡锭和铝锭锯切成小块,每块重量不超过0.5kg,AlCu50中间合金每块重量不超过0.1kg;采用电阻炉和300#石墨坩埚进行熔炼,将石墨坩埚加热至450℃,然后加入铝锭,升温至720℃使铝锭全部熔化,加入AlCu50中间合金;之后将熔体温度降至710℃,分批加入预热的锡锭,每次加入锡锭后充分搅拌,温度控制在710℃,精炼扒渣后开始浇铸;
(2)板坯浇铸
采用水冷金属模进行板坯浇铸,板坯采用立式浇铸,规格为25mm×200mm×190mm,水冷金属模模具外壁设置水冷通道,进水管接循环冷却水,模具内表面喷涂脱模剂,每次浇铸之前对石墨坩埚内的熔体充分搅拌,并控制浇铸温度在710℃;
(3)初轧
将所获得的板坯铣面至20mm×195mm×160mm后进行初轧,以板材边部不开裂为准,共轧制6道次,每道次下压量为1.5mm、1.5mm、1.5mm、1.5mm、1mm、1mm,道次变形量分别为7.5%、8.1%、8.8%、9.7%、7.1%、7.7%,将板坯由20mm轧制到12mm,得到高锡铝初轧板;
(4)退火
采用带循环风的干燥箱对步骤(3)所得的12mm的高锡铝初轧板进行退火,退火温度350℃,退火时间3h,退火后空冷,采用砂带机和P40砂带打磨表面后待用;
(5)覆铝轧制
采用1mm的纯铝板进行覆铝,纯铝板退火温度450℃,退火时间4h,退火后空冷,采用手动不锈钢抛光轮打磨铝板待复合面,直到铝板均匀失去金属光泽为止,除去铝板表面铝屑,用丙酮清洗后与经步骤(4)处理后的高锡铝初轧板在咬入端铆接,然后采用二辊轧机轧制,首道次轧制变形量40%;
(6)退火→冷轧→退火
首道次覆铝轧制后高锡铝初轧板厚度为8.4mm,先进行退火,退火温度350℃,退火时间2h,退火后空冷,再进行4道次轧制,得到高锡铝合金覆铝板;下压量依次为1.4mm、1.5mm、1mm、1mm,变形量依次为16.7%、21.4%、18.2%、22.2%,以板材边部不开裂为准,并在每2道次轧制后退火一次;最终高锡铝合金覆铝板总厚度为3.4mm~3.5mm,覆铝层厚度为0.3mm~0.4mm;
(7)表面打磨
采用手动不锈钢抛光轮打磨高锡铝合金覆铝板待复合表面,打磨后板厚3.2mm~3.4mm;
(8)钢板退火
钢板选用10号优质碳素结构钢热轧板,厚度为12mm,钢板裁切为200mm×800mm的条带后进行退火,退火温度750℃,退火时间3h,升温速率≤300℃/h,退火后炉冷,炉温低于500℃后打开炉门冷却;
(9)钢板表面打磨
采用砂带机和P40砂带打磨退火处理后的钢板表面,直至露出光亮新鲜金属,并除去表面碎屑;
(10)与高锡铝合金覆铝板铆接
将步骤(7)处理后的高锡铝合金覆铝板裁切为宽180mm,长550mm,与步骤(9)打磨后的钢板一同用丙酮清洗后在咬入端进行铆接后,进行冷轧复合;
(11)冷轧复合
冷轧复合采用二辊轧机,首道次下压量为7.7mm,变形量50%,以形成良好的机械结合的高锡铝合金-钢复合板;
(12)扩散退火
高锡铝合金-钢复合板的机械结合不够牢固,需要扩散退火使界面形成还冶金结合,退火温度500℃,退火时间2h,炉冷至200℃后开炉,得到高锡铝合金-钢复合板成品;
(13)裁切
按照轴瓦规格裁切所得到的高锡铝合金-钢复合板。
对以上方法所制备的高锡铝合金-钢复合板进行检测,其结果为:Sn含量49.17%~51.92%,Fe:0.096%,Mn:<0.010%,Si:0.037%;高锡铝合金板厚3.4mm~3.5mm,覆铝层厚度0.2mm~0.3mm;复合板厚度7.7mm~7.9mm;间接法测得结合强度60.2MPa,断粘结面;直接法测得结合强度54MPa,剪切强度79MPa。
实施例3
大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,包括如下步骤:
(1)合金熔炼
铝锭选用99.7wt%Al,锡锭选用99.99wt%Sn,Cu以中间合金AlCu50的形式加入;锡锭和铝锭锯切成小块,每块重量不超过0.5kg,AlCu50中间合金每块重量不超过0.1kg;采用电阻炉和300#石墨坩埚进行熔炼,将石墨坩埚加热至450℃,然后加入铝锭,升温至720℃使铝锭全部熔化,加入AlCu50中间合金;之后将熔体温度降至700℃,分批加入预热的锡锭,每次加入锡锭后充分搅拌,温度控制在700℃,精炼扒渣后开始浇铸;
(2)板坯浇铸
采用水冷金属模进行板坯浇铸,板坯采用立式浇铸,规格为25mm×200mm×190mm,水冷金属模模具外壁设置水冷通道,进水管接循环冷却水,模具内表面喷涂脱模剂,每次浇铸之前对石墨坩埚内的熔体充分搅拌,并将浇铸温度控制在700℃;
(3)初轧
将所获得的板坯铣面至20mm×195mm×160mm后进行初轧,以板材边部不开裂为准,共轧制6道次,下压量依次为1.5mm、1.5mm、1.5mm、1.5mm、1mm、1mm,道次变形量分别为7.5%、8.1%、8.8%、9.7%、7.1%、7.7%,将板坯由20mm轧制到12mm,得到高锡铝初轧板;
(4)退火
采用带循环风的干燥箱对步骤(3)所得的12mm的高锡铝初轧板进行退火,退火温度300℃,退火时间1h,退火后空冷,采用砂带机和P40砂带打磨表面后待用;
(5)覆铝轧制
采用1mm的纯铝板进行覆铝,纯铝板退火温度400℃,退火时间2h,退火后空冷,采用手动不锈钢抛光轮打磨铝板待复合面,直到铝板均匀失去金属光泽为止,除去铝板表面铝屑,用丙酮清洗后与经步骤(4)处理后的高锡铝初轧板在咬入端铆接,然后采用二辊轧机轧制,首道次轧制变形量45%;
(6)退火→冷轧→退火
首道次覆铝轧制后高锡铝初轧板厚度为7.7mm,先进行退火,退火温度300℃,退火时间1h,退火后空冷,再进行4道次轧制,得到高锡铝合金覆铝板;下压量依次为1.1mm、1.1mm、1mm、1mm,变形量依次为14.3%、16.7%、18.2%、22.2%,以板材边部不开裂为准,并在每2道次轧制后退火一次;最终高锡铝合金覆铝板总厚度为3.4mm~3.5mm,覆铝层厚度为0.3mm~0.4mm;
(7)表面打磨
采用手动不锈钢抛光轮打磨高锡铝合金覆铝板待复合表面,打磨后板厚3.2mm~3.4mm;
(8)钢板退火
钢板选用10号优质碳素结构钢热轧板,厚度为12mm,钢板裁切为200mm×800mm的条带后进行退火,退火温度930℃,退火时间2h,升温速率≤300℃/h,退火后炉冷,炉温低于500℃后打开炉门冷却;
(9)钢板表面打磨
采用砂带机和P40砂带打磨退火处理后的钢板表面,直至露出光亮新鲜金属,并除去表面碎屑;
(10)与高锡铝合金覆铝板铆接
将步骤(7)处理后的高锡铝合金覆铝板裁切为宽180mm,长550mm,与步骤(9)打磨后的钢板一同用丙酮清洗后在咬入端进行铆接后,进行冷轧复合;
(11)冷轧复合
冷轧复合采用二辊轧机,首道次下压量为6.9mm,变形量45%,以形成良好的机械结合的高锡铝合金-钢复合板;
(12)扩散退火
高锡铝合金-钢复合板的机械结合不够牢固,需要扩散退火使界面形成还冶金结合,退火温度400℃,退火时间5h,炉冷至200℃后开炉,得到高锡铝合金-钢复合板成品;
(13)裁切
按照轴瓦规格裁切所得到的高锡铝合金-钢复合板。
对以上方法所制备的高锡铝合金-钢复合板进行检测,其结果为:Sn含量38.14%~39.02%,Fe:0.065%,Mn:<0.010%,Si:0.039%;高锡铝合金板厚3.4mm~3.5mm,覆铝层厚度0.23mm~0.33mm;复合板厚度8.3mm~8.5mm;间接法测得结合强度62MPa,断粘结面;直接法测得结合强度55MPa,剪切强度77MPa。
实施例4
大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,包括如下步骤:
(1)合金熔炼
铝锭选用99.7wt%Al,锡锭选用99.99wt%Sn,Cu以中间合金AlCu50的形式加入;锡锭和铝锭锯切成小块,每块重量不超过0.5kg,AlCu50中间合金每块重量不超过0.1kg;采用电阻炉和300#石墨坩埚进行熔炼,将石墨坩埚加热至450℃,然后加入铝锭,升温至720℃使铝锭全部熔化,加入AlCu50中间合金;之后将熔体温度降至690℃,分批加入预热的锡锭,每次加入锡锭后充分搅拌,温度控制在690℃,精炼扒渣后开始浇铸;
(2)板坯浇铸
采用水冷金属模进行板坯浇铸,板坯采用立式浇铸,规格为25mm×200mm×190mm,水冷金属模模具内表面喷涂脱模剂,每次浇铸之前对石墨坩埚内的熔体充分搅拌,并将浇铸温度控制在690℃;
(3)初轧
将所获得的板坯铣面至20mm×195mm×160mm后进行初轧,以板材边部不开裂为准,共轧制5道次,每道次下压量为2mm、2mm、1.5mm、1.5mm、1mm,道次变形量分别为10%、11.1%、9.4%、10.3%、7.7%,将板坯由20mm轧制到12mm,得到高锡铝初轧板;
(4)退火
采用带循环风的干燥箱对步骤(3)所得的12mm的高锡铝初轧板进行退火,退火温度320℃,退火时间4h,退火后空冷,采用砂带机和P40砂带打磨表面后待用;
(5)覆铝轧制
采用1.2mm的纯铝板进行覆铝,纯铝板退火温度500℃,退火时间2h,退火后空冷,采用手动不锈钢抛光轮打磨铝板待复合面,直到铝板均匀失去金属光泽为止,除去铝板表面铝屑,用丙酮清洗后与经步骤(4)处理后的高锡铝初轧板在咬入端铆接,然后采用二辊轧机轧制,首道次轧制变形量55%;
(6)退火→冷轧→退火
首道次覆铝轧制后高锡铝初轧板厚度为6.5mm,先进行退火,退火温度320℃,退火时间4h,退火后空冷,再进行3道次轧制,得到高锡铝合金覆铝板;下压量依次为1.3mm、1.2mm、1mm,变形量依次为20%、23.1%、25%,以板材边部不开裂为准,并在每2道次轧制后退火一次;最终高锡铝合金覆铝板总厚度为2.9mm~3.1mm,覆铝层厚度为0.25mm~0.35mm;
(7)表面打磨
采用手动不锈钢抛光轮打磨高锡铝合金覆铝板待复合表面,打磨后板厚2.8mm~3.0mm;
(8)钢板退火
钢板选用08Al优质碳素结构钢热轧板,厚度为12mm,钢板裁切为200mm×700mm的条带后进行退火,退火温度850℃,退火时间5h,升温速率≤300℃/h,退火后炉冷,炉温低于500℃后打开炉门冷却;
(9)钢板表面打磨
采用砂带机和P40砂带打磨退火处理后的钢板表面,直至露出光亮新鲜金属,并除去表面碎屑;
(10)与高锡铝合金覆铝板铆接
将步骤(7)处理后的高锡铝合金覆铝板裁切为宽180mm,长500mm,与步骤(9)打磨后的钢板一同用丙酮清洗后在咬入端进行铆接后,进行冷轧复合;
(11)冷轧复合
冷轧复合采用二辊轧机,首道次下压量为6mm,变形量40%,以形成良好的机械结合的高锡铝合金-钢复合板;
(12)扩散退火
高锡铝合金-钢复合板的机械结合不够牢固,需要扩散退火使界面形成还冶金结合,退火温度450℃,退火时间3h,炉冷至200℃后开炉,得到高锡铝合金-钢复合板成品;
(13)裁切
按照轴瓦规格裁切所得到的高锡铝合金-钢复合板。
对以上方法所制备的高锡铝合金-钢复合板进行检测,其结果为:Sn含量46.57%~47.82%,Fe:0.071%,Mn:<0.010%,Si:0.041%;高锡铝合金板厚2.9mm~3.1mm,覆铝层厚度0.25mm~0.35mm;复合板厚度8.9mm~9.1mm;间接法测得结合强度60MPa,断粘结面;直接法测得结合强度56MPa,剪切强度83MPa。
对利用本发明所制得的高锡铝合金-钢复合板采用以下检测方法进行检测:
(1)采用光谱法ICP进行Sn、Cu、Fe、Si、Mn元素的化学成分分析;
(2)采用两种方法测试复合板的粘结强度:间接法和直接法,间接法参照《GB/T 8642-2002 热喷涂 抗拉结合强度的测定》,若断裂部位为铝钢界面,则结合强度为界面的结合强度;若断裂部位为粘结面,则界面结合强度大于测量值;直接法参照《GB/T 6396-2008 复合钢板力学及工艺性能试验方法》;
(3)复合板的剪切强度测试参照《GB/T 6396-2008 复合钢板力学及工艺性能试验方法》;
(4)金相组织分析参照《GB/T 13298-1991 金属显微组织检验方法》。
检测结果如下:
(1)制备的高锡铝合金-钢复合板Sn含量35%~42%和45%~52%;
(2)铝锡合金层中杂质元素Fe、Si、Mn均小于0.1%;
(3)钢背材料为08Al、10号碳钢,含碳量提高至0.13%;
(4)高锡铝合金-钢复合板厚度可达12mm,宽度可达180mm;
(5)间接法测得复合板粘结强度达64.8MPa,断粘结面;
(6)直接法测得复合板粘结强度达58MPa;
(7)复合板剪切强度达86MPa。
Claims (8)
1.大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一:在石墨坩埚中将铝锭熔化,再加入AlCu50中间合金,待熔体温度降至690℃~710℃时,分批加入预热的锡锭,每次加入锡锭后充分搅拌,并将熔体温度控制在690℃~710℃,精炼扒渣后得到待浇铸的合金液;
步骤二:将步骤一得到的合金液浇铸在水冷金属模中成型并脱模,得到板坯,在浇铸的过程中,每次浇铸前对石墨坩埚内的熔体充分搅拌,并控制浇铸温度在690℃~710℃;
步骤三:将步骤二得到的板坯铣面后进行初轧,以板材边部不开裂为准,经多道次轧制得到高锡铝初轧板;
步骤四:对步骤三得到的高锡铝初轧板进行退火处理,退火后空冷,并打磨表面待用;
步骤五:将纯铝板进行退火处理,退火后空冷,并将纯铝板的待复合面打磨至失去金属光泽,再除去表面铝屑,清洗后覆在步骤四经打磨的高锡铝初轧板表面,并在咬入端铆接后,送入轧机进行覆铝轧制得到高锡铝合金,控制覆铝轧制首道次轧制变形量为35%~55%;
步骤六:在首道次覆铝轧制后,对高锡铝合金进行退火,退火后空冷,再进行轧制,得到高锡铝合金覆铝板,每道次轧制变形量不超过25%,以板材边部不开裂为准,并在板材边部临近开裂之前进行退火后再进行轧制;
步骤七:对步骤六得到的高锡铝合金覆铝板进行打磨并清洗,备用;
步骤八:将裁切后的钢板进行退火处理,退火后炉冷,炉温低于500℃后打开炉门冷却;
步骤九:对步骤八处理后的钢板进行打磨,除去钢板表面碎屑后进行清洗,并与步骤七处理后的高锡铝合金覆铝板在咬入端进行铆接后,进行冷轧复合,形成机械结合的高锡铝合金-钢复合板;
步骤十:将步骤九机械结合的高锡铝合金-钢复合板进行扩散退火以在界面形成冶金结合,退火后炉冷至200℃,开炉即可得到高锡铝合金-钢复合板成品。
2.根据权利要求1所述的大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,其特征在于:所述铝锭选用99.7wt%Al,锡锭选用99.99wt%Sn,铝锭和锡锭锯切成小块,每块重量不超过0.5kg,AlCu50中间合金每块重量不超过0.1kg。
3.根据权利要求1所述的大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,其特征在于:在步骤三中每道次轧制的变形量不超过12%。
4.根据权利要求1所述的大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,其特征在于:在所述步骤四和步骤六中,退火条件是:退火温度300℃~350℃,退火时间1h~4h。
5.根据权利要求1所述的大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,其特征在于:在步骤五中,退火的条件是:退火温度400℃~500℃,退火时间2h~5h。
6.根据权利要求1所述的大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,其特征在于:在步骤八中,钢板的退火条件是:退火温度750℃~930℃,退火时间2h~5h,升温速率≤300℃/h。
7.根据权利要求1所述的大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,其特征在于:所述扩散退火的条件是:退火温度400℃~500℃,退火时间1h~5h。
8.根据权利要求1所述的大型低速柴油机轴瓦用高锡铝合金-钢复合板的制备方法,其特征在于:在所述步骤五和步骤七中,采用不锈钢抛光轮进行打磨。
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