[发明专利]轴承材料生产工艺

说明书

本发明涉及轴承材料生产工艺，特别是涉及铝基轴承材料，这种材料所含有的合金添加剂，举例说，包括铜、硅和象锡一类的比较软的相。

一种以铝为基、组成大致为20%（重量）Sn和1%（重量）Cu的轴承材料是众所周知的，並得到了广泛的应用，例如，在汽车制造业中用于生产普通轴颈轴承。虽然这种材料的疲劳强度和相容性，即抗轴承合金和旋转轴之间局部焊合的能力，在大部分应用中都是满足要求的，但是，当把这种材料用于高速引擎时，就会出现疲劳问题。此外，当用于同铸铁轴相配合时，这种材料的相容性稍低于所要求的值。通常，铸铁轴轴颈上可达到的表面光洁度比钢轴的光洁度差，从而铸铁轴倾向于比钢轴更易于磨损。

另一种比Al-Sn20-Cu1合金疲劳强度高的熟知的铝基材料是Al-Si11-Cu1合金，通常，硅是作为一种遍及基体均匀分布的颗粒存在于合金之中。尽管由于基体较硬的特性使这种材料有高的疲劳强度，但它的适应性却相当差。为解决适应性问题，亦即使轴承合金具有调节其自身和旋转轴之间小的不同轴性的能力，后者的材料在工作时表面上常带有电解沉积层，例如，pb-Sn10电解沉积层，而且在沉积层和轴承合金之间还有镍的中间层。这种软的沉积层既可解决适应性问题，又有吸入污垢的能力。

吸入污垢的能力正变得愈加重要，因为现代柴油机越来越倾向于用次精燃油进行工作，由次精柴油排出的燃烧产物对软的沉积层产生磨蚀和腐蚀作用，从而导致使用寿命的缩短。而且，沉积层被磨损之处，露出大面积镍的中间层，这种迹象暗示轴承卡住的危险性增大。

在使用铸铁轴的汽车发动机中，沉积层磨损的速率还将进一步增加。

广泛的研究证明，将硅加入铝基轴承材料中，可以改善疲劳强度，改善它同铸铁轴的适应性和相容性，与此同时，基体中仍保留有软相。我们待审批的专利申请GB2，144，149介绍了其中含有8～35%（重量）锡、1～11%（重量）硅和0.2～3%（重量）铜的铝基轴承材料，这类材料所具有的疲劳强度及同铸铁轴的相容性优于Al-Sn20-Cu1合金，其适应性优于无镀层的Al-Si11-Cu1合金。然而，这类合金的疲劳强度不如下面所介绍的材料的疲劳强度高。

对于需要附加镀层处理的Al-Si11-Cu1材料的另一问题是要对经镀层的最终轴承表面进行车削或其它形式的机加工，它不同于另外较便宜的镗孔工艺，因而导致生产过程成本的增加。

本发明的一个目的是提供疲劳强度有很大改善、同铸铁轴的相容性超过Al-Sn20-Cu1的一种轴承材料。另一个目的是提供一种疲劳强度相当于Al-Si11-Cu1的无镀层轴承材料，并能以镗孔工艺加工到最终尺寸。

曾意外地发现，通过适当的热处理，处于GB2，144，149所公布的范围内的合金，就有可能达到上述目的。而且，通过在规定范围内调整热处理工艺，就可以控制轴承材料的最终性能，使其适合于特殊的用途。

按照本发明的一个方面，对于成分处于如下范围的轴承材料（以重量百分数表示）：8～35锡、1～3铜、2～10硅、除伴随的杂质外，其余皆为铝，它的生产工艺包括以下步骤：把所需合金铸成适当的形状，增高合金的温度使其超过400℃、但低于525℃，随后最低限度以50℃/分的冷却速度使合金冷却、至少使局部温度降到环境温度。

最佳锡含量可能处于9～13%（重量）和15～25%（重量）两个范围中的一个，与此类似，最佳铜含量在1.5～2.5%（重量）范围之内。当锡含量在9～13%（重量）范围内时，硅含量最好在3～5%（重量）的范围内。而当锡含量在15～25%（重量）范围内时，硅含量最好在2～4%（重量）的范围内。

合金最好以至少50℃/分的冷却速度冷到200℃以下的温度，在此之后，必要时可以改变冷却速度。

以上给出的工艺通常适用于单一形式的合金，然而，当采用双金属形式的轴承材料时，例如，当把轴承合金与像钢一类的高强度背衬材料结合在一起，用来生产所谓的薄壁轴承时，本发明具有最大的优越性。

与背衬材料（例如钢）相连的铝基合金，通常是通过连续或半连续生产工艺制成的，其中为了最终加工成单个轴承，需要制成双金属的大型带卷。

对与铁基衬底相连的铝基合金进行热处理时，一个最重要的需要考虑的问题是在或靠近铝和钢之间的界面处，有可能形成金属间化合物。这种化合物的形成对轴承合金和钢之间结合的牢度会产生灾难性的影响，况且，在所形成的金属间化合物长大到光学显微镜下可见的程度以前，这种灾难性的影响就会发生。