鋁錫銅合金材料及齒輪泵體的生產

李濤等

摘 要：研究了鋁錫銅合金的鑄造及擠壓工藝，并對其耐磨性進行分析。結果表明：465℃/5h均火較440℃/5h均火更為徹底，同時，擠壓溫度450℃，擠壓速度4.5mm/s的擠壓工藝能夠滿足擠壓生產。在載荷800N，轉速1600r/min，保壓1h的情況下，鋁錫銅合金僅有輕微磨損，重量相對試驗前減輕0.2612g。

關鍵詞：鋁錫銅合金；鑄造工藝；擠壓；耐磨性

齒輪泵是一種常用的液壓泵，以其結構簡單，制造方便，成本低，體積小，重量輕，自吸性能強等特點，被廣泛用于采礦、冶金、建筑、航空、航海、農林等機械的中、高壓液壓系統中。隨著經濟和技術的發展，人們不斷追求高質量的油泵。

目前國內部分企業已經開始采用鋁錫銅合金作為重要基礎材料而用于制備汽車發動機滑動軸承，但尚無資料顯示用于齒輪泵體材料，現國外一些發達國家已研發出鋁錫銅合金擠壓齒輪泵泵體，以替代傳統的6005、6082鋁合金齒輪泵體。

鋁錫銅合金是一種綜合性能良好的合金，它具有良好的抗粘咬性、耐磨減摩性、耐腐蝕性、順應性和嵌入性等綜合性能，同時又具有密度小、導熱性好、承載能力大、疲勞強度高等優越性，因而正越來越多的應用以代替傳統的錫青銅和巴氏合金[1-2]。鋁錫銅合金在高速機床、柴油發動機等高速重載機械設備中廣泛使用。鋁錫銅合金由于其優異的性能，實際應用越來越廣，充分顯示出鋁基合金是目前最有前途的材料。開發、研究鋁錫銅合金是國際領域的發展方向之一。因此，我們對鋁錫銅合金的擠壓性能及生產工藝進行了試驗分析。

1 試驗材料及檢測

試驗用鋁棒為中色（天津）特種材料有限公司鋁事業部熔鑄車間生產，采用同水平熱頂鑄造設備鑄得。

使用擠壓車間10MN擠壓機進行擠壓生產。使用SPECTROMAXx直讀光譜儀對鑄棒成分進行控制及檢驗，并用WDW-5微機控制電子萬能試驗機進行抗拉強度及延伸率的檢測。

2 試驗方法

表1為鋁錫銅合金鑄棒的成分。

擠壓溫度及擠壓速度對合金影響較大，所以，擠壓溫度的確定是其擠壓生產的關鍵點。

本試驗確定擠壓溫度為450℃，棒坯溫度為448℃，模具溫度為457℃，擠壓筒內套溫度設定為440℃。鑄錠長度為500mm。擠壓參數如表2所示。

3 結果與分析

3.1 鋁錫銅合金的鑄造

由于Sn的熔點為231.89℃，Cu的熔點為1083.4℃，鑄造溫度的確定將是鑄造的難點。本實驗中，由于銅的熔點較高，所以選用Al-Cu中間合金，在填料過程中，由于Sn熔點較低，為了降低其損耗，在熔煉后期加入。本試驗選用鑄造溫度710℃，鑄造速度120mm/Min水流量180t/h。并對其進行440℃/5h以及465℃/5h均火處理，圖1為其高倍圖片，由此圖可以看出，通過對其均火處理，440℃/5h晶界處偏析現象比較嚴重，均火不徹底。465℃/5h鑄棒晶粒較為均為，晶界處存在輕微的大顆粒聚集現象，相較于低溫均火，465℃/5h更為徹底。從圖中可以看出，465℃均火的晶粒明顯較大，這是由于高溫有助于晶粒的增長，這同時使得顆粒聚集現象相對突出，致使大顆粒的存在。鋁錫銅合金是由硬基體鋁和軟質點錫所組成，均勻化處理后，合金中的Sn、Si發生聚集，原來呈連續網狀分布于晶界上的Sn變成離散的島狀分布。

3.2 鋁錫銅合金的擠壓生產

鋁錫銅合金由于Sn與Cu的存在，擠壓生產難度相對較大，擠壓溫度的確定相對較難。由于Sn熔點較低，過燒現象是擠壓生產中尤為突出的問題，本實驗確定的擠壓溫度是450℃，通過試驗發現，此溫度能夠對合金進行擠壓且沒有過燒現象。同時，通過反復擠壓，并對模具進行維修后，完成了鋁錫銅合金的成功擠壓，尺寸合格。

3.3 鋁錫銅合金的摩擦磨損試驗

我們對鋁錫銅合金及6061合金的耐磨性進行測試，試驗參數如下：

試驗時間設定為1h，前10min轉速設定200r/min，載荷200N；10min后轉速設定1600r/min，載荷800N。

通過試驗可發現，鋁錫銅合金在載荷800N，轉速1600r/min，保壓1h的情況下，僅有輕微磨損，分別為7.5倍和40倍放大倍數顯微鏡下的磨損形貌。6061在轉速為200r/min，載荷200N的狀態下正常，將轉速及載荷提高后，出現粘著現象，試驗終止。通過試驗得出鋁錫銅的摩擦系數為0.102。

我們對試驗前及試驗后的試樣進行稱重：試驗前重量為25.1349g，試驗后重量為24.8737g。通過試驗數據發現，鋁錫銅的耐磨性較好。

4 結束語

（1）由于鋁錫銅合金中各主要元素的熔點相差較大，采取的鑄造方法為添加Al-Cu中間合金，并在熔煉后期加入Sn。

（2）465℃/5h均火較440℃/5h均火更為徹底，晶粒相對較為均勻，偏析現象減弱。同時，隨著溫度的升高，晶粒有明顯長大現象，并出現輕微的大顆粒聚集。

（3）擠壓溫度450℃，擠壓速度4.5mm/s的擠壓工藝能夠滿足擠壓生產，同時沒有過燒現象的存在。

（4）在載荷800N，轉速1600r/min，保壓1h的情況下，6061合金出現嚴重粘著現象，而鋁錫銅合金僅有輕微磨損，且重量相對試驗前減輕0.2612g。

參考文獻

[1]Lepper K，et al. Sliding Behavior of Selected Aluminum Alloys[J].Wear，1997，203-204：46-56.

[2]蔣玉琴，侯福建.鋁錫合金軸瓦在CA6102發動機上的應用[J].汽車工藝與材料，1993，3：16-19.