铜铅合金轴瓦材料的连续浇铸工艺及组织性能研究
发布时间：2021-07-13 04:52
铜铅合金作为广泛应用的具有高承载能力的减摩耐磨轴瓦材料,其在大型重载机车、舰船、高速赛车的轴承中的地位至今是不可取代的。从20世纪初英国学者发明了铜铅合金并成功应用在铁路领域以来,英、美、德、日等国普遍采用效率高、成本低的连续浇铸工艺生产重载轴承铜铅轴瓦,是目前最合适的生产重载铜铅轴瓦的工艺。国内目前没有研发出具有自主产权的连续浇铸铜铅轴瓦生产线,并且对此工艺的研究存在较大欠缺,使用的铜铅轴瓦基本依靠进口。为了给国内连续浇铸工艺的发展提供可参考的经验,推动连续浇铸铜铅轴瓦生产线具有自主知识产权的研发,本论文在项目支持下对此工艺进行较为全面、深入的研究,首次搭建了铜铅轴瓦材料的连续浇铸设备,并以CuPb22Sn2合金为实验合金成分的标准,研究了连续浇铸工艺参数对铜铅轴瓦材料的组织及性能的影响规律,为国内暂时空白的连续浇铸工艺研究提供一些参考。论文得到的主要结论如下:铜铅合金室温下的组织为α铜基体+（α+β）共析体+Pb单质,Pb与Cu熔点相差大,不互溶,因此Pb是以单质存在于铜基体上,起到良好的润滑作用。Pb受连续浇铸工艺参数的影响会以不同形貌分布在铜基体上,Sn含量为1.6%时,Pb以...
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１径向滑动轴承结构??
?１绪论???１．２．４铜铅合金的组织??对双金属轴瓦材料来说，合金层的组织影响着合金的力学性能，不同的组织对应的??性能也会有变化。由Ｃｕ＿Ｐｂ二元相图（图１．２）可知，铜的熔点为１０８３°Ｃ，铅的熔点为??３２７．５°Ｃ，铅几乎不溶于铜，铜铅二元合金为偏晶型合金，铅含量为３６％以下时，随着??温度降低到９５５°Ｃ发生偏晶反应Ｕ—ａ＋Ｌ２，从铜铅合金液中析出ａ铜相，在９５５°Ｃ￣３２６°Ｃ??之间，富铅的Ｌ２相不断析出ａ相，在３２６°Ｃ发生共晶反应Ｌ２—ａ＋Ｐｂ，开始析出Ｐｂ相，??此时ａ相可以看作是纯铜，因此常温下铜铅合金的组织为ａ铜晶体及填满铜枝晶间隙的??Ｐｂ。铜基体里有以自由态存在的铅金属，由于铅相较柔软且易受摩擦损耗，当轴瓦磨损??时，润滑油会以油层形式存在于磨损的表面，形成可以保护合金材料的保护层，这样可??以起到提高合金减摩性的作用，但铅的存在同时也会降低材料的强度等机械性能，因此??在硬基体中加入软质点的轴瓦合金中通常会加入少量硬质相使基体的强度不至于被降低。??因为铜铅合金中的铅溶点低且软，即使在润滑较差的条件下依然能够提供一定的润滑能??力，所以在高速发动机的轴承中使用较多。??１０８９．５°??１１００?ｐ－?????１——１????Ｌｌ?Ｌ｜＋?卜?９９ｐ?？６３?Ｌ２??１?￣上?＆??３６?９５５°?Ｈ??９００?－－＞??—?＾＿?一—ｆ??＼??８００??????—ｒ??ｐ?７〇〇?ｆＨ??—Ｈ??狀?ａ?＋?Ｌ?３?Ｉ??｜?６００?－?￣??＾??！??５００?——?????—??
?１绪论???表１．３几种工艺制造出的铜铅合金性能［５０］??生产方法?牌号?抗拉强ｆ?结合强ｆ?酿（ＨＶ）??（ｋｇｆ／ｍｍ＇）?（ｋｇｆｍｍ２）??离心铸造?ＫＣ３０?１２?６＾５?３３￣??带形连续浇铸?Ｆ１４?１５?＞１２?３６??带形烧结?ＫＳ３０?１４．５?８．５?４５??１．３．１静力浇铸工艺??静力饶铸的工艺过程为钢壳与铁模经碱洗脱脂、酸洗除锈和清洗后，在它们的表面??涂上溶剂（硼砂水溶液），然后把它们按图１．４所示装配起来，在电炉内加热到??１０００°Ｃ？１１００°Ｃ。为防止氧化，电炉内要铺一层木碳。将加热好的铸型使浇口朝上地放??在浇铸台上，通过饶口将熔化好的合金注入。饶铸后，静置５？７ｓ，以使气体逸出和使氧??化物或其他的非金属夹杂物漂浮起来。之后，用空气和水冷却。为使冷却均匀，使烧铸??台和浇铸好的毛坯一起旋转，转速为８？１０ｒ／ｍｉｎ。冷却后，取下饶好的毛坯。??静力浇铸法所用的设备简单，易于生产，但铅偏析严重，生产效率低，适用于厚壁、??大直径轴承的单件小批量生产。??ｄ向??２?，??！丄＿??图１．４钢壳与铁模装配图Ｍ??１－钢壳；２－铁模??１．３．２离心铸紅艺??离心铸造法是利用离心力将熔融的铜或铜合金液附着在旋转的钢背上，金属液经过??快速冷却后与钢背牢固结合的工艺。常规离心铸造工艺过程大致为：钢背的机械加工一??碱洗、酸洗和清洗钢背一预热钢背一挂硼砂一熔炼铜铅合金一离心浇铸一快速冷却。离??心铸造设备分为立式和卧式，如图１．５。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]双金属复合止推轴承离心熔铸工艺的研究[J]. 李娄明,徐贵宝,陈红圣,谭东,夏少华. 电力机车与城轨车辆. 2015(S1)
[2]铜/钢双金属复合制备工艺技术研究现状[J]. 刘越,张太正,孙爱新,朱丽娟. 材料导报. 2015(15)
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[8]感应加热·颗粒离心熔铸工艺制备钢背铜铅合金滑动轴承的研究[J]. 唐建达,李娄明,朱正锋,马良,施旗红. 机车车辆工艺. 2012(04)
[9]滑动轴承聚合物基自润滑材料的开发与应用进展[J]. 刘勇,蒋斌,郝明凤,丁玉梅,杨卫民,屈兴荣. 工程塑料应用. 2010(01)
[10]国外内燃机滑动轴承材料无铅化及其应用[J]. 李鹏. 汽车工艺与材料. 2009(07)
硕士论文
[1]基于ABAQUS的强力旋压滑动轴承残余应力分析研究[D]. 王瑞瑞.中北大学 2019
[2]高性能无铅铜基轴承合金的制备及其性能研究[D]. 邢继权.华南理工大学 2016
[3]铜镍与铜铅轴承材料的摩擦学性能研究[D]. 唐红跃.合肥工业大学 2016
[4]铜/钢双金属复合材料的制备及其界面研究[D]. 张太正.沈阳大学 2015
[5]Cu-Fe基摩擦材料中润滑组元形态的控制及其影响[D]. 刘倚天.东北大学 2015
[6]多元合金化低锡铝基轴承合金的研究[D]. 徐洁.合肥工业大学 2015
[7]不同工况条件下含银铜铋轴承材料的摩擦学特性研究[D]. 李芸芸.合肥工业大学 2014
[8]含WS2铜—钢双金属无铅固体自润滑材料的制备及其摩擦学性能研究[D]. 赵林.中南大学 2013
[9]铜铋石墨滑动轴承材料摩擦学特性研究[D]. 梁建钊.合肥工业大学 2013
[10]高强铜/钢双金属复合导板的成形工艺研究[D]. 张平.武汉科技大学 2012
本文编号：3281386
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１径向滑动轴承结构??
?１绪论???１．２．４铜铅合金的组织??对双金属轴瓦材料来说，合金层的组织影响着合金的力学性能，不同的组织对应的??性能也会有变化。由Ｃｕ＿Ｐｂ二元相图（图１．２）可知，铜的熔点为１０８３°Ｃ，铅的熔点为??３２７．５°Ｃ，铅几乎不溶于铜，铜铅二元合金为偏晶型合金，铅含量为３６％以下时，随着??温度降低到９５５°Ｃ发生偏晶反应Ｕ—ａ＋Ｌ２，从铜铅合金液中析出ａ铜相，在９５５°Ｃ￣３２６°Ｃ??之间，富铅的Ｌ２相不断析出ａ相，在３２６°Ｃ发生共晶反应Ｌ２—ａ＋Ｐｂ，开始析出Ｐｂ相，??此时ａ相可以看作是纯铜，因此常温下铜铅合金的组织为ａ铜晶体及填满铜枝晶间隙的??Ｐｂ。铜基体里有以自由态存在的铅金属，由于铅相较柔软且易受摩擦损耗，当轴瓦磨损??时，润滑油会以油层形式存在于磨损的表面，形成可以保护合金材料的保护层，这样可??以起到提高合金减摩性的作用，但铅的存在同时也会降低材料的强度等机械性能，因此??在硬基体中加入软质点的轴瓦合金中通常会加入少量硬质相使基体的强度不至于被降低。??因为铜铅合金中的铅溶点低且软，即使在润滑较差的条件下依然能够提供一定的润滑能??力，所以在高速发动机的轴承中使用较多。??１０８９．５°??１１００?ｐ－?????１——１????Ｌｌ?Ｌ｜＋?卜?９９ｐ?？６３?Ｌ２??１?￣上?＆??３６?９５５°?Ｈ??９００?－－＞??—?＾＿?一—ｆ??＼??８００??????—ｒ??ｐ?７〇〇?ｆＨ??—Ｈ??狀?ａ?＋?Ｌ?３?Ｉ??｜?６００?－?￣??＾??！??５００?——?????—??
?１绪论???表１．３几种工艺制造出的铜铅合金性能［５０］??生产方法?牌号?抗拉强ｆ?结合强ｆ?酿（ＨＶ）??（ｋｇｆ／ｍｍ＇）?（ｋｇｆｍｍ２）??离心铸造?ＫＣ３０?１２?６＾５?３３￣??带形连续浇铸?Ｆ１４?１５?＞１２?３６??带形烧结?ＫＳ３０?１４．５?８．５?４５??１．３．１静力浇铸工艺??静力饶铸的工艺过程为钢壳与铁模经碱洗脱脂、酸洗除锈和清洗后，在它们的表面??涂上溶剂（硼砂水溶液），然后把它们按图１．４所示装配起来，在电炉内加热到??１０００°Ｃ？１１００°Ｃ。为防止氧化，电炉内要铺一层木碳。将加热好的铸型使浇口朝上地放??在浇铸台上，通过饶口将熔化好的合金注入。饶铸后，静置５？７ｓ，以使气体逸出和使氧??化物或其他的非金属夹杂物漂浮起来。之后，用空气和水冷却。为使冷却均匀，使烧铸??台和浇铸好的毛坯一起旋转，转速为８？１０ｒ／ｍｉｎ。冷却后，取下饶好的毛坯。??静力浇铸法所用的设备简单，易于生产，但铅偏析严重，生产效率低，适用于厚壁、??大直径轴承的单件小批量生产。??ｄ向??２?，??！丄＿??图１．４钢壳与铁模装配图Ｍ??１－钢壳；２－铁模??１．３．２离心铸紅艺??离心铸造法是利用离心力将熔融的铜或铜合金液附着在旋转的钢背上，金属液经过??快速冷却后与钢背牢固结合的工艺。常规离心铸造工艺过程大致为：钢背的机械加工一??碱洗、酸洗和清洗钢背一预热钢背一挂硼砂一熔炼铜铅合金一离心浇铸一快速冷却。离??心铸造设备分为立式和卧式，如图１．５。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]双金属复合止推轴承离心熔铸工艺的研究[J]. 李娄明,徐贵宝,陈红圣,谭东,夏少华. 电力机车与城轨车辆. 2015(S1)
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[3]浅谈内燃机曲轴轴承(轴瓦)合金层材料及其双金属[J]. 张宝义. 内燃机与配件. 2014(11)
[4]柴油机滑动轴瓦工作原理及常见故障分析[J]. 周勇,朱鹏树,陈星. 内燃机. 2014(04)
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[6]铅青铜轴瓦离心铸造工艺及组织性能分析[J]. 历长云,王英,张锦志,米国发. 特种铸造及有色合金. 2013(07)
[7]滑动轴承材质研究[J]. 张宏林. 科技资讯. 2012(27)
[8]感应加热·颗粒离心熔铸工艺制备钢背铜铅合金滑动轴承的研究[J]. 唐建达,李娄明,朱正锋,马良,施旗红. 机车车辆工艺. 2012(04)
[9]滑动轴承聚合物基自润滑材料的开发与应用进展[J]. 刘勇,蒋斌,郝明凤,丁玉梅,杨卫民,屈兴荣. 工程塑料应用. 2010(01)
[10]国外内燃机滑动轴承材料无铅化及其应用[J]. 李鹏. 汽车工艺与材料. 2009(07)
硕士论文
[1]基于ABAQUS的强力旋压滑动轴承残余应力分析研究[D]. 王瑞瑞.中北大学 2019
[2]高性能无铅铜基轴承合金的制备及其性能研究[D]. 邢继权.华南理工大学 2016
[3]铜镍与铜铅轴承材料的摩擦学性能研究[D]. 唐红跃.合肥工业大学 2016
[4]铜/钢双金属复合材料的制备及其界面研究[D]. 张太正.沈阳大学 2015
[5]Cu-Fe基摩擦材料中润滑组元形态的控制及其影响[D]. 刘倚天.东北大学 2015
[6]多元合金化低锡铝基轴承合金的研究[D]. 徐洁.合肥工业大学 2015
[7]不同工况条件下含银铜铋轴承材料的摩擦学特性研究[D]. 李芸芸.合肥工业大学 2014
[8]含WS2铜—钢双金属无铅固体自润滑材料的制备及其摩擦学性能研究[D]. 赵林.中南大学 2013
[9]铜铋石墨滑动轴承材料摩擦学特性研究[D]. 梁建钊.合肥工业大学 2013
[10]高强铜/钢双金属复合导板的成形工艺研究[D]. 张平.武汉科技大学 2012
本文编号：3281386
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