[发明专利]一种耐磨含Mg铝锡轴瓦合金

说明书

一种耐磨含Mg铝锡轴瓦合金，属于金属合金材料技术领域。含Mg铝锡轴瓦合金，各组分重量百分比为Sn占8～12％，Si占2.5～4％，Mg占0.5～1.5％，余量为Al和不可避免的杂质元素。本发明，在Al‑Sn轴瓦合金中加入了少量的Mg元素，明显细化了合金的微观组织，并使Al‑Sn轴瓦合金的硬度提升了大约12％，大载荷下磨损量降低了大约20％，小载荷下磨损量降低了大约30％。

技术领域

本发明属于金属合金材料技术领域，尤其涉及一种耐磨含Mg铝锡轴瓦合金。

背景技术

铝基轴瓦合金具有较高的强度重量比，良好的耐腐蚀性、抗咬合性等，是常用的金属基轴瓦材料之一。其中，Al-Sn轴瓦合金因具有良好的耐磨减摩性且无毒害成为最具发展前景的铝基轴瓦合金之一。Al-Sn合金属于典型的互不溶体系，Sn在铝基体中的固溶度极小，合金中Sn元素主要以β(Sn)相的形式存在。一方面，β(Sn)相质软，在变形过程中与铝基体之间具有良好的变形协调性，使合金具有良好的加工性能。另一方面，在摩擦过程中，摩擦表面的温度会升高，低熔点β(Sn)相会被软化甚至熔融，可以在润滑油失效的情况下充当润滑剂，使合金具有良好的耐磨减摩性。Al-Sn轴瓦合金根据锡含量的不同又分为高锡合金(Sn含量为15～25wt.％)、中锡合金(Sn含量为8～14wt.％)以及低锡合金(Sn含量为6～7wt.％)。其中中锡合金既具有良好的顺应性、嵌入性、抗咬合性，又具有较高的承载能力，较好的耐磨性，应用最为广泛。

随着机械效率的不断提高，发动机也朝着“高转速、高载荷、小型化、轻量化”的标准发展，对轴瓦合金的综合性能有了更高的要求，提高Al-Sn轴瓦合金的承载能力以及耐磨减摩性成为重要的研究方向之一。向Al-Sn合金中添加元素，结合合理的工艺处理可以有效调控合金的微观组织，进而改善合金的性能。向合金中添加1～4wt.％的Si元素，并对合金进行合理的热处理，可以使合金中形成“β(Sn)包Si”的“包晶”式结构，没有其他的化合物生成。在“β(Sn)包Si”结构中，外层的β(Sn)相有助于提高合金的表面性能，使合金具有良好的抗咬合性、嵌入性以及顺应性；核心的Si粒子有助于提高合金的硬度与强度，改善合金的耐磨性能。变形过程中，β(Sn)相还可以延迟其与Si粒子界面处萌生的裂纹的扩展。值得注意的是，合金中的Sn、Si元素的含量对该种结构的形成具有较大影响，当Sn/Si的值在3～4之间时，Al-Sn-Si合金中的“β(Sn)包Si”结构具有最大的体积分数，且分布较为均匀，此时合金具有最好的摩擦学性能。

Mg在铝基体中具有较大的固溶度，向Al-Sn合金中添加Mg元素，一方面可以通过固溶强化提高合金基体的硬度，另一方面，Mg元素与合金中Sn元素易于形成Mg₂Sn相，可以通过第二相强化提高合金的硬度。此外，由于富Sn端的Sn-Mg共晶组织熔点较低，在摩擦过程中国同样会由于温度的升高而软化或熔融，进而使合金具有较好的表面性能。

发明内容

本发明的主要目的是设计合理的Al-Sn-Si合金的成分，使Sn/Si的值在3～4之间，并向合金中加入少量的Mg元素，结合合理的热处理工艺调控合金的微观组织结构，形成均匀分布的“包晶”式结构，进而提高合金的硬度、强度以及摩擦学性能。

一种耐磨含Mg铝锡轴瓦合金，其特征在于：各组分重量百分比为Sn占8～12％，Si占2.5～4％，Mg占0.5～1.5％，余量为Al和不可避免的杂质元素；令合金在479～490℃保温3.5～4.5小时，调控合金的微观组织结构为均匀分布的“包晶”式结构。

其具体制备过程以及热处理工艺如下：

设计合理的合金成分，把纯铝、纯锡、纯镁和Al-21Si(wt.％)中间合金按设计的重量百分比称重配好，将纯铝以及Al-Si中间合金先行放入熔炼炉中熔融，待其全部熔化后，将用铝箔包裹的纯锡和纯镁加入，锡块和镁块熔化后，除渣、搅拌，在760℃～820℃温度区间内浇注，水冷，将铸锭在470℃～490℃范围内保温3.5～4.5小时。

观察均匀化后合金的微观组织结构，测量其力学性能以及摩擦学性能。