鍛造工藝對鋁合金軸承蓋性能的影響

楊博

摘 要：通過對鋁合金機(jī)械軸承蓋進(jìn)行了不同鍛造溫度、鍛造速度和變形程度的鍛造，同時對鍛件的耐磨性和耐腐蝕性進(jìn)行了測試和分析。結(jié)果表明，隨著鍛造溫度由350℃提高到500℃左右時，鍛造速度由30mm/min提高到了120mm/min，變形程度由7，左右提高到了19，鋁合金機(jī)械軸承蓋的耐磨性能和耐蝕性能均出現(xiàn)了先提高后下降的現(xiàn)象。所以鋁合金機(jī)械軸承蓋的鍛造溫度優(yōu)選為475 ℃鍛造速度優(yōu)選為90 mm/min、變形程度優(yōu)選為17。

關(guān)鍵詞：新型鋁合金;機(jī)械軸承蓋;鍛造工藝

軸承是現(xiàn)代機(jī)械中最重要的部件之一，它支撐著旋轉(zhuǎn)體，能保證旋轉(zhuǎn)的精度，減少摩擦。軸承蓋是指位于曲軸滑動軸承上的軸承端面的蓋，是機(jī)械壓力機(jī)的重要組成部分。其作用是承受軸承的載荷和沖擊，固定曲軸，保證密封連接，防止灰塵等異物的侵入和外力的破壞。由于軸承蓋承受往復(fù)運(yùn)動多方面產(chǎn)生的交變載荷力，容易出現(xiàn)疲勞、磨損和失效，因此軸承蓋的質(zhì)量、性能和精度將直接影響機(jī)器的使用效率和壽命。近年來，鋁合金以其密度低、耐腐蝕、易導(dǎo)熱、塑性強(qiáng)等優(yōu)點在機(jī)械、汽車、航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

一、鑄件驗收技術(shù)要求及工藝設(shè)計

1.1驗收技術(shù)要求

（1）鑄件應(yīng)無縮孔、縮松、氣孔、砂眼等鑄造缺陷。

（2）未注鑄造圓角為r5-r8。

（3）澆注溫度700-720℃。

（4）鑄件應(yīng)無粘砂、裂紋等缺陷。

（5）當(dāng)金屬液充滿冒口沉凹處時，需用鋁液填補(bǔ)冒口，隨后撒赭石粉保溫。

（6）鑄件在砂型中冷卻24小時后，經(jīng)人工處理后，方可打開。

（7）冷鐵表面不得有油污、銹蝕等，與金屬液接觸的表面需涂刷耐火涂料。

1.2試樣材料與方法

試樣材料是機(jī)械軸承蓋用Al-10Si-0.5Cr-0.3In新型鋁合金，其化學(xué)成分經(jīng)EDX1800C型射線熒光光譜儀普分析。在50k中頻感應(yīng)電爐內(nèi)進(jìn)行Al-10Si-0.5Cr-0.3In新型鋁合金的熔煉出爐。軸承蓋具體的工藝流程為：毛坯→模鍛→切邊→正火→加熱→淬火→時效處理。鍛造成形的鋁合金機(jī)械軸承蓋的尺寸為：φ 460mm（外徑）×φ 320mm（內(nèi)徑）×120mm（高度）壁厚90mm，螺栓孔直徑 50mm，如圖 1 所示。本文所述的變形程度是指軸承蓋外徑圓周上1/2高度處鍛造前后橫截面面積的百分比。軸承蓋的正火工藝：280℃×3h保溫后空冷： 淬火工藝515℃×4h 保溫后急速進(jìn)入放入60～80%水中急冷;時效處理工藝：180℃×6h。

1.3試驗方法

磨損試驗：用線切割切取磨損試樣，切取的試樣為圓片狀，尺寸為φ20mm×6mm，試樣磨損取樣位置如圖1所示。磨損試驗在THT型摩擦磨損試驗機(jī)上進(jìn)行，于室溫下展開測試，磨輪轉(zhuǎn)速為250r/min、磨損時間為 10min、相對滑動速度為90mm/min、載荷為100N，并記錄試樣的磨損體積，以表征耐磨損性能。

腐蝕試驗：用線切割切取磨損試樣，切取的試樣為圓片狀，尺寸為φ18mm;5mm，試樣腐蝕取樣位置如圖1所示。 試樣的電化學(xué)腐蝕試驗在Reference3000 型電化學(xué)工作站展開測試。 并于室溫下進(jìn)行測試，選用三電極體系，并以3.5wt%的NaC1 溶液為電解液，掃描速度則設(shè)定成 0.002V/s，用腐蝕電位來表征試樣的耐腐蝕性能。 試樣的表面腐蝕形貌用PX-15 型金相顯微進(jìn)行觀察。

二、試驗結(jié)果及討論

2.1不同鍛造工藝對試樣耐磨損性能的影響

鋁合金機(jī)械軸承蓋試樣在不同的鍛造溫度下的磨損試驗結(jié)果如圖2（a）所示。 從圖2（a）可以看出，隨鍛造溫度從350℃增加至500℃，磨損體積先減小后增大，耐磨損性能先提升后下降。當(dāng)鍛造溫度為350℃時，試樣的磨損體積為39×10-3 mm3 ，此時的磨損體積最大，耐磨損性能最差;當(dāng)鍛造溫度為400℃時，試樣的磨損體積為32×10-3 mm3 ，較 350℃鍛造減小18%;當(dāng)鍛造溫度為450℃時，試樣的磨損體積為27×10-3 mm3 ，較350℃鍛造減小31%;當(dāng)鍛造溫度為475℃時，試樣的磨損體積為21×10-3 mm3 ，較350℃鍛造減小 46%，此時的磨損體積最小，耐磨損性能最佳;當(dāng)鍛造溫度繼續(xù)增加至500℃時，試樣的磨損體積較350℃，鍛造有所增大，耐磨損性能呈現(xiàn)下降趨勢。綜上所述，當(dāng)鍛造溫度為475℃時，磨損體積最小，耐磨損性能最佳。

鋁合金機(jī)械軸承蓋試樣，在不同的鍛造速度下的磨損試驗結(jié)果如圖2（b）所示。從圖2（b）可以看出，隨鍛造速度從30mm/min增加至120mm/min，磨損體積先減小后增大，耐磨損性能先提高后下降。當(dāng)鍛造速度為30mm/min時，試樣的磨損體積為33×10-3 mm3 ，此時的磨損體積最大，耐磨損性能最差;當(dāng)鍛造速度為60mm/min時，試樣的磨損體積為28×10-3 mm3 ，較30mm/min鍛造減小15%;當(dāng)鍛造速度為90 mm/min時，試樣的磨損體積為21×10-3mm3 ?，較30mm/min鍛造減小36%，此時的磨損體積最小，耐磨損性能最佳;當(dāng)鍛造速度繼續(xù)增加至120mm/min時，試樣的磨損體積較90mm/min鍛造有所增大，耐磨損性能下降。綜上所述，當(dāng)鍛造速度為90mm/min時，磨損體積最小，耐磨損性能最佳。

鋁合金機(jī)械軸承蓋試樣（9、10、11、4、12）在不同的變形程度下的磨損試驗結(jié)果如圖 2（c）所示。從圖2（c）可以看出，隨變形程度從7%增加至19%，磨損體積先減小后增大， 耐磨損性能先提高后下降的趨勢。綜上所述，當(dāng)變形程度為17%時，磨損體積最小，耐磨損性能最佳。因此，從提高Al-10Si-0.5Cr-0.3In新型鋁合金耐磨損性能出發(fā)，鍛造溫度、鍛造速度和變形程度分別優(yōu)選為475℃90mm/min、17%。

結(jié) ?語：

（1）隨鍛造溫度從350℃增加至500℃、鍛造速度從30mm/min增加至120mm/min、變形程度從7%增加至19%，Al-10Si-0.5Cr-0.3In新型鋁合金機(jī)械軸承蓋的磨損體積先減小后增大、腐蝕電位先正移后負(fù)移，軸承蓋的耐磨損和耐腐蝕性能均先提高后下降。

（2）當(dāng)鍛造溫度為475℃時，機(jī)械軸承蓋的磨損體積和腐蝕電位較350℃鍛造時分別減小46%、正移0.117V。

（3）為了提高鋁合金機(jī)械軸承蓋的耐磨損性能和耐腐蝕性能，鍛造溫度優(yōu)選為475℃、鍛造速度優(yōu)選為90mm/min、變形程度優(yōu)選為17%。

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（撫順東華鍛壓廠 遼寧 ?撫順 ?113007）