[发明专利]铝轴承合金

说明书

技术领域

本发明涉及通常用于汽车和工业机械中大功率发动机的轴承的一种铝轴承合金。

背景技术

上述类型的铝合金通常包含Sn以提供磨合性。Pb也提供铝合金磨合性。然而，Pb不易于均匀分布于合金中，并且是有害的元素之一。由于此原因，不使用Pb。

含Sn的板型铸铝轴承合金包覆到一支撑钢板上以便用于轴承。使用上述铝轴承合金制造轴承时，为了提高轴承合金的韧性和轴承合金与支撑钢板之间的粘附强度，包覆之后的退火是必需的。当退火使含Sn铝轴承合金处于高温条件时，合金组织中的Al晶粒和Sn相粗化以致于铝轴承合金的高温硬度和疲劳强度降低。

基于以上问题，已建议微小硬粒子，例如，具有直径小于5μm的Si颗粒应包含在铝合金中以便阻止Sn相和Al晶粒的粗化，并且提高Al基体的强度，因此铝轴承合金在高负荷和高温条件下提供好的轴承特性。

再者，JP-A-58-64332和JP-A-58-67841各自对上述相同目的出于不同于强化铝基体的考虑建议包含硬粒子。前者，JP-A-58-64332，揭示Si颗粒用做硬粒子，Si颗粒的尺寸和分布应使轴承特性特别是磨合性和抗擦伤性(anti-seizure)在高负荷和高温条件下快速地提高。常规Si颗粒大体上直径小于5μm。然而，作为热处理等条件改进的结果可以获得具有直径范围5μm和40μm的粗Si颗粒。粗Si颗粒在最初滑动阶段刮去轴表面的突起和轴表面上类似于环绕球状石墨的飞边的边，导致轴承平滑滑动(研磨)。结果，甚至在高负荷条件下擦伤也被阻止，因此，抗擦伤特性显著提高。

另一方面，后一公开，JP-A-58-67841，揭示含有Mn，Fe，Mo，Ni，Zr，Co，Ti，Sb，Cr和Nb中至少之一或由其组成的颗粒结晶成一单独金属或与铝析出或形成含Mn等的金属间化合物。其进一步揭示具有直径范围5到40μm的析出的金属间化合物或结晶的单独金属具有与上述JP-A-58-64332中Si颗粒相同的效果。例如，当加入到铝合金时，虽然不能确定结晶性，但含Mn等的硬粒子确定存在，或Mn等结晶成单独金属。这样，JP-A-58-64332建议Mn，Fe等在不含Si的合金中作为加速合金中硬粒子的形成的元素。

考虑含Si合金，仅仅Si颗粒是通常在铝轴承合金中结晶出的硬粒子。考虑不含Si的合金，加入的金属在初始条件下结晶，或者建议结晶两元金属间化合物而不具体描述结晶物质。此外，粗硬粒子引起轴的研磨，因此，抗擦伤特性提高。

Al中含有的硬粒子为了提高强度通常均匀地分布。随着颗粒尺寸变小，产生大的效果。因此，当硬粒子如Si象上述公开中的粗化时，铝基体的强度降低以致于抗疲劳性降低。换言之，对于结晶颗粒的尺寸，当为了提高抗疲劳强度而减小结晶颗粒的直径时，抗擦伤性并不能提高。相反，结晶颗粒的直径增加以使抗擦伤性提高时，抗疲劳强度不能提高。

发明内容

因此，本发明的目的是提供铝轴承合金，通过硬粒子提高其抗擦伤特性而不降低其抗疲劳性。

在铝轴承合金中上述目的可以通过结晶Al-Si-Fe的三元金属间化合物或Al-Si-Fe基的多元金属间化合物实现。更确定地，本发明提供铝轴承合金，其特征在于，以质量计，3～40％的Sn，0.5～7％的Si，0.05～2％的Fe，余量为Al，以及不可避免的杂质，并且其中包含Al-Si-Fe的三元金属间化合物和Si颗粒作为硬粒子。

第一种优选形式中，铝轴承合金进一步的特征在于，具有其量或总量为0.01～3％的Mn，V，Mo，Cr，Co，Ni和W中的至少一种或多种，其中所述Mn，V，Mo，Cr，Co，Ni和W中的一种或多种加入到Al-Si-Fe中以获得作为硬粒子的多元金属间化合物。

在第二种优选形式中，在轴承表面硬粒子具有最大直径为1～20μm，每1mm²硬粒子的数量为6～100个。

在第三种优选形式中，所述合金包含，以质量计，0.01～2％的至少一或多种B，Ti和Zr。

在第四种优选形式中，所述合金包含，以质量计，0.1～5％的至少一或多种Cu，Mg和Zn。

下面描述Al-Si-Fe金属间化合物的结晶。首先，在众所周知的三元态Al-Si-Fe中，三元共晶化合物是Fe₂Al₉Si₂相，以及具有573℃的结晶温度。共晶反应表示成。