铸造 锌基 耐磨 合金.doc

铸造锌基耐磨合金
铸造锌基耐磨合金ZZnAlCu─6#
在机械制造的维修方面的应用
易武陵
一九八六年十月
内容提要
材料科学技术革命是技术革命的又一内容,它被视为现代文明三大革命的支柱之一。上信息和能源革命的物质基础。所谓材料科学是研究材料的形成、应用、处理,其中包括微观结构及材料加工,工艺与应用之间的关系。在今年近年的技术革命热潮中,新材料逐步受到人们的重视,因为新材料是发展先进科学技术的重要物质基础。本文着重地介绍了我们研制成功的铸造锌基耐磨合金:ZZnAlCu-6#,近年来在机械制造和设备维修方面的应用情况及有关该合金的工艺设计、熔炼、操作、粘结等情况,仅供参考。
前言
延长与经过重新改装的机器与机械使用寿命,是提高产品质量总任务的一个重要环节,首要的问题是降低磨擦构件的磨损与提高它的耐用性。
为开发我国富产锌资源,多年来我们曾做了一定的工作。对应用较广,又节省能源,工艺简单,成本低廉的锌合金进行了研究和生产,成功地研制了锌基耐磨合金:ZZnAl1225及ZZnAlCu3-6#,两种国内新牌号。经长期与生产实践结合中ZZnAlCu3-6#,优于ZZnAl122合金在重力铸造中的应用。到目前为止,已得到国内九个省近400家用户的欢迎,现还在继续扩大推广。该合金不仅由于它机械性能(如耐磨、硬度、熔炼配制等)优于铜基合金,而且多种工艺性能(如铸造、加工、粘结等)也优于铜基合金。该合金铸造的铸件成品率高达98%以上,生产成本大幅度下降,其工艺及所需设备非常简单。因此可以预计,这种合金必将以二十世纪末代时髦的机械工程材料服务于人类。
一、锌基耐磨合金特点及磨损的基本形式
磨擦与磨损是材料力学中不能忽视的一个重要方面。五十年代以来,国外对磨擦磨损和润滑的研究及实践是非常重视的,因为这方面已经给他们带来了巨大的经济效益。,美国达120~160亿美元,西德达100亿马克。可见研究作为轴瓦应用的耐磨材料来延长磨擦磨损的寿命具有何等重要意义。
自1980年以来,我们将锌基耐磨合金广泛的应用于CW6136、CW6140、CW6163,车床和B665牛头刨床及钻床中的轴套、轴瓦、蜗轮、齿轮花键套等零件上,替代原锡青铜ZQSn6-6-3、ZQSn10-1和ZQAl9-4等铜合金牌号使用。由于以上机床工作载荷轻,磨擦磨损时受力均匀(一般很难发生异常现象),使用效果良好,受到用户欢迎(见后面附件资料)。
有人认为磨擦过程不是一些等效接触行为堆砌,而是由一种状态向另一种状态有规则过度的总和。因此我们必须从磨擦副的载荷谈起。轻载轴瓦磨擦磨损时由于受力效轻,能形成均匀磨擦,磨损效小。而重载荷轴瓦承受的负荷繁重,所承受的压强度一般都在50公斤·力/平方厘米以上,并还常受冲击、高温、粉尘、润滑条件较差的恶劣条件下工作,轴瓦表面常出现擦伤、变形犁沟,严重时到硬相碎裂而引起烧坏。我们常碰到过这种情况。现以长沙钢厂制品分厂的一台O150两辊式冷轧机为例。
该厂O150n/n两辊式冷轧钢机,按图纸要求采用ZQSn10-1磷青铜制作轴瓦,润滑条件为边界润滑。原该机正常工作时,开机不到两小时轴与瓦配合部份明显升温,工作不到三小时发烧严重,必须停机换瓦或刮瓦,再重新工作。即使这样开开停停,一付轴瓦最长时间只能用五个班左右,严重影响正常工作和生产效率。这显然与工作条件和轴瓦的材质有关。一般来讲,轴瓦在磨擦磨损工作时,软相基件被轴的表面凸峰擦伤和刮伤,而硬相暴露起作支撑的作用,如图一所示:由于砂模散热效慢(凝固速度低于金属模铸造的30倍),铜合金凝固后形成粗晶状结构,使其生成大块硬相的聚集,再加上铸造缺陷如:气孔、夹渣缩孔、缩松等,都会直接影响瓦的磨损。在重载的情况下,大块硬相受重压磨擦后能导致影响与基体裂纹,压碎及脱落。由于磨擦面增加了磨粒(硬相脱落),就似雪崩一样不可阻挡,磨擦热急剧上升,直到将轴瓦烧伤。经市冶金局建议,采用我所锌基耐磨合金试试看,我们与该厂配合下,用锌基耐磨合金加工的轴瓦装机试车,连续运转五个班,无异常现象发生,工作平稳正常,后来该机轴瓦全部改用锌基耐磨合金(见后附表该厂写的使用情况报告)。
人们在分析磨擦偶件的工作时,注意力只集中在机械接触的作用力和材料对它的抗力上。而磨损力又取决于磨擦副材料成分,可是却忽视了亚组织的作用,更很少考虑到组织在磨擦过程的变化。直到进几年来才注意到用金相方法分析锌基合金在磨擦过程中发生的组织变化。因此ZZnALCu3-6#合金中加入微量的高熔点金属,使其在合金开始结晶时起核心作用,即在最短的时间内析出初生晶格,使合金形成组织,由于晶粒的细化,能生成新的细小的硬化相,均匀分布在基体中,(磨擦面既无硬相压碎且无脱落现象,呈似均匀磨损),使合金性