[发明专利]用于连铸铝轴承合金的方法及设备

说明书

本发明一般涉及一种方法和设备，通过带式连铸装置将熔融铝连铸成板状轴承合金，更尤其涉及可防止晶体粗化的此类铸造方法和设备。

作为在相对低温熔融的金属如铝、铝合金、锌等的连铸设备，公知带式连铸机，其中铸造通过一对环形输送带实现。在已知的带式连铸机中，每一根输送带通过或环绕多个辊子。水平或略微倾斜的铸造空间被限定在输送带基本上水平的部分之间。在通过冷却系统冷却的同时输送带通过驱动辊驱动以便传送。熔融金属输送到铸造空间，通过输送带冷却，因此凝固成板状。板状材料连续输送出铸造空间。前述可移动铸模型带式连铸机比固定铸模的连铸机在铸造速度和进而的产量方面优越。

衬有铝轴承合金的轴承，称为“铝合金轴承”，通常用于汽车或工业机械的引擎。铝合金轴承按顺序通过铸造、轧制、包覆、热处理和机加工步骤制造。更特别地，熔融金属铸造成板状。在轧制步骤中轧制该铸板。随后将铸板(cast plate)包覆在薄钢板上以形成双金属。退火双金属以提高铸板和薄钢板间的结合强度。随后，机加工双金属以最后制成半滚柱或滚柱轴承。

引擎轴承的制造商使用前述带式连铸机用于连铸铝合金制成铸板以提高产量。然而，在带式连铸机中由于铸造速度快而使铸板冷却速率低。这样，带式连铸机呈现获得慢的冷却状态。结果，在含Sn和Si等的铝合金中容易发生晶体如结晶的Sn和Si的粗化和偏析。此外，在含为提高轴承特性的多种元素的铝合金中，金属间化合物的晶体也易于粗化和偏析。在铝合金中当晶体粗化和偏析时合金的塑性降低。结果，在随后的进行塑性变形的轧制和包覆工序步骤中合金产生裂纹。此外，作为合金轴承特性的疲劳强度和耐磨性的降低减弱了为提高轴承特性而加入的多种元素的效果。

因此，本发明的目的之一是提供用于连铸铝轴承合金的方法和设备，其中，在铝轴承合金连铸成板状时阻止了晶体的粗化和偏析。

根据本发明的第一特征，提供一种熔融铝轴承合金的连铸方法，其中，铸造空间被限定在一对传送环形输送带的基本上平行相对的部分之间，以及熔融的铝轴承合金被供到铸造空间以连铸成板状，其特征在于在铝轴承合金凝固过程中控制冷却速度ΔT，以使冷却速度ΔT在3～6℃/sec。其中，ΔT＝(T-500)/t，T是铝轴承合金铸造开始时的温度，t是以秒计量的从铸造开始到铝轴承合金的温度降至500℃之间的冷却时间。

按照上述方法，3～6℃/sec的冷却速度高于任何一种传统的带式连铸机的1～2℃/sec的冷却速度。当铝合金以如此高的冷却速度凝固时，晶体不粗化和不偏析。进一步，在随后的轧制和包覆过程中可阻止裂纹的发生。此外，也防止了轴承特性的降低。

在第二个特征中，铝轴承合金包含，以质量计，3～40％的Sn，0.5～7％的Si，0.05～2％的Fe，余量为Al和不可避免的杂质，以及使Al-Si-Fe三元金属间化合物结晶。在第三个特征中，铝轴承合金包含，以质量计，3～40％的Sn，0.5～7％的Si，0.05～2％的Fe和至少一种或多种0.01～3％的Mn、V、Mo、Cr、Co、Ni和W，余量为Al和不可避免的杂质，以及使含所述至少一种或多种Mn、V、Mo、Cr、Co、Ni和W的Al-Si-Fe多元金属间化合物结晶。

在第四个特征中，铝轴承合金包含至少一种或多种0.01～2％的B、Ti和Zr。在第五个特征中，铝轴承合金包含至少一种或多种为0.1～5％的Cu、Mg和Zn。

在此描述前述新颖铝合金开发的技术背景。随着最近高性能引擎的开发，引擎轴承需要进一步提高疲劳强度和耐磨性。关于疲劳强度，元素如Cu、Mn和V加入铝合金中以进行强化。为提高耐磨性，JP-A-58-64332公开了在铝合金中加入Si以及控制铝合金中结晶的Si质点的尺寸和分布。进一步，JP-A-58-67841公开了在铝合金中加入Mn、Fe、Mo、Ni等以便在铝合金中结晶Mn等和Al之间的金属间化合物。这两个情形提出了对铝合金磨合性和抗擦伤性的改进，据此，提高耐磨性。

上述JP-A-58-64332和JP-A-58-67841公开了当Si质点和金属间化合物的尺寸各自在5μm～40μm之间时可以获得所需要的效果。通常，Al中包含的硬质点均匀分布以强化铝合金，当质点尺寸变小时该效果更明显。然而，在前述两个例子中，当控制Si和金属间化合物的尺寸达到5μm～40μm的范围时，随着Si和金属间化合物的尺寸相对大，Al基体的强度和相应的Al合金疲劳强度降低。这样，当为了提高疲劳强度而使结晶颗粒变小时不能提高抗擦伤性。另一方面，当为了提高抗擦伤性和相应的耐磨性而使结晶颗粒变大时不能提高疲劳强度。