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滑动轴承合金用于制造滑动轴承的材料。滑动轴承合金的组织是在软相基体上均匀分布着硬相质点,或硬相基体上均匀分布着软相质点。滑动轴承合金具有足够的抗压强度和抗疲劳性能;良好的减摩性(摩擦系数要小);良好的储备润滑油的功能;良好的磨合性;良好的导热性和耐蚀性;良好的工艺性能,使之制造容易,价格便宜。
锡基轴承合金(又称巴氏合金)的表示方法与其它铸造非铁金属的牌号表示方法相同,例如ZSnSb4Cu4表示含锑的平均质量分数为4%、含铜的平均质量分数为4%的锡基轴承合金。巴氏合金的价格较贵,且力学性能较低,通常是采用铸造的方法将其镶铸在钢(08钢)的轴瓦上形成双金属轴承使用。
(1)锡基轴承合金是以锡为基础,加入锑、铜等元素组成的合金。其优点是具有良好的塑性、导热性和耐蚀性,而且摩擦系数和膨胀系数小,适合于制作重要轴承,如汽轮机、发动机和压气机等大型机器的低速轴瓦。缺点是疲劳强度低,工作温度较低(不高于150℃),这种轴承合金价最较贵。
(2)铅基轴承合金是以铅为基体,加入锑、锡、铜等合金元素组成的合金。铅基轴承合金的强度、硬度、导热性和耐蚀性均比锡基轴承合金低,而且摩擦系数较大,但价格便宜。适合于制造中、低载荷的轴瓦,如汽车、拖拉机曲轴轴承、铁路车辆轴承等。
铜基轴承合金通常有锡青铜与铅青铜。铜基轴承合金具有高的疲劳强度和承载能力,优良的耐磨性,良好的导热性,摩擦系数低,能在250℃以下正常工作。适合于制造高速、重载下工作的轴承,如高速柴油机、航空发动机轴承等。
铝基轴承合金是以铝为基础,加入锡等元素组成的合金。这种合金的优点是导热性、耐蚀性、疲劳强度和高温强度均高,而且价格便宜。缺点是膨胀系数较大,抗咬合性差。目前以高锡铝基轴承合金应用最广泛。适合于制造高速(13m/s)、重载(3200MPa)的发动机轴承。
1、足够的强度和硬度;2、高的耐磨性和小的摩擦系数;3、足够的塑性和韧性,较高的抗疲劳强度;4、良好的耐热性级耐蚀性;5、良好的磨合性。
滑动轴承合金应具备软硬兼备的理想的组织:(1)软基体和均匀分布的硬质点(2)硬基体上分布着软质点。轴承在工作时,软的组织首先被磨损下凹,可储存润滑油,形成连续分布的油膜,硬的组成部分则起着支承轴颈的作用。这样,轴承与轴颈的实际接触面积大大减少,使轴承的摩擦减少。
1)滑动轴承(滑动轴承),在轴承的滑动摩擦工作。轴承平稳,可靠,无噪音。在液体润滑条件下,滑动面是分开的,而不是在与油直接接触,但也可以大大减小摩擦损失和表面磨损,该膜还具有一定的振动吸收能力。但起动...
也叫无油轴承,就是一个黄铜衬套其实,上面有石墨镶嵌
轴承不外乎滑动轴承和滚动轴承,滑动轴承没有动圈,就一轴套,直接和轴接触,轴会有磨损,滚动轴承有可以滚动动圈,与轴连接,轴不会有磨损。
用于制造滑动轴承的铝合金
世界专利WO2006 131129中公布了一种德国技术人员研制的新型偏晶Al轴承合金。除Al之外,该合金中主要合金元素包括(质量分数):Bi 5%~20%、Zn 3%~20%和Cu 1%~4%,此外合金中还含有Mn、V、Nb、Ni、Mo、Co、Fe、W、Cr、Ag、Ca、Sc、Ce、Be、Sb、B、Ti、C或Zr中的一种或一种以上的元素,其总含量不超过5%。该合金采用连续铸造、轧制和热处理(270~400℃)工艺制造。合金显微组织的特点是:合金中由于轧制加工而拉长的Bi颗粒或片晶重新沉淀后形成了粒径不超过20μm的均匀分布的细球形颗粒。
【学员问题】合金在齿轮泵上的应用研究?
【解答】摘要:本文提出了TZS88滑动轴承合金的成分特点和优良性能,用它取代ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuSn10P1等锡青铜制造轴瓦、轴套,简化了制造工艺,降低生产成本50%以上,成功地在较高滑动速度和较高工作温度的齿轮泵上应用。
关键词:滑动轴承 轴承合金 锡青铜 齿轮泵
1、引言
我国各种机械设备上的轴瓦、轴套,长期广泛采用锡青铜制造,例如,各种型号的齿轮泵,以前一直采用ZCuSn6Pb6Zn3或ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜铸造轴套毛坯,采用机械加工再经镀铅处理的工艺,然后装配使用,生产工艺复杂,成本高。针对这种情况,我们研制了新型滑动轴承合金(代号TZS88),取代锡青铜铸造轴瓦、轴套毛坯,机械加工后直接装配使用,工艺简单,降低50%以上的轴套生产成本。
2、TZS88合金的成分与性能
(1)TZS88合金的成分
该合金以铝为基,含有Cu、Sn、Ni、Fe、Ti…等元素,经过适当的处理,使它具有较高强度、硬度、塑性和优越的滑动轴承性能。
(2)TZS88合金的性能
测试出TZS88合金的多项性能数据,列入表1中,与常用的几种传统滑动轴承合金进行对比。从表1中看出,TZS88合金的强度、硬度、塑性与锡青铜相当;它的摩擦系数却比锡青铜低得多,与锡基巴氏合金接近;热导率明显优于锡青铜和锡基巴氏合金;密度只是锡青铜的1/3.表1中的数据说明了TZS88合金具有优良的滑动轴承性能,可以取代锡青铜制造整体材质的轴瓦、轴套等机械零件。
3、TZS88合金轴套在齿轮油泵中的生产应用
(1)TZS88合金轴套装配齿轮泵的开发性试验
选CB50型齿轮油泵为试验对象,额定转速n=1500r/min,额定压力p=10MPa和p=16MPa两种。1993年5月,对上述两种齿轮油泵的TZS88合金轴套毛坯,按原设计图纸加工合格,分别装配100台供抽样试验。根据原国家机械工业委员会颁布的齿轮泵行业标准的规定,对上述两种齿轮泵都分别进行空载排量试验、效率试验、超速试验、超压试验、高温试验、高温冲击试验、高温超载试验、外渗漏检查试验和解体检查试验。顺利完成上述试验项目后,对所试验的上述两种齿轮泵的解体检查认为:各主要零件没有疲劳损伤,各摩擦副没有烧伤、剥落和明显划伤等现象,泵体扫膛痕迹没有超过两轴中心连线,符合齿轮泵行业标准的规定。
(2)TZS88合金轴套装配齿轮油泵的耐久性试验
上述两种齿轮泵的开发性试验成功后,再随机各抽一台进行耐久性试验。
①试验设备:CB50泵寿命试验台。
②试验条件
试验压力:齿轮泵的额定压力分别为p=10MPa和p=16MPa两种;
试验转速:n=1500r/min;
试验油液:N46#抗磨液压油(粘度ν40=39.9m㎡/s);
试验油温:80℃~90℃;
冲击频率:25T/min.
③齿轮泵的耐久性试验情况
在上述试验条件下,分别对上述两种CB50型齿轮泵先后连续进行耐久性冲击试验。在试验过程中,所试验的齿轮泵均无外渗漏和其它异常现象。两种齿轮泵的冲击次数均超过了40万次,在50℃时,测得p=10MPa的齿轮泵的容积效率为92.3%,p=16MPa的齿轮泵的容积效率为92.20%.
4、TZS88合金轴套装配齿轮泵的生产应用情况
用TZS88合金轴套装配额定转速n=1500r/min,额定压力分别为p=10MPa和p=16MPa两种类型的CB50型齿轮泵,在开发性试验和耐久性试验成功后,再各装配100台,通过出厂检验,打上记号投放市场跟踪收集使用效果的信息。经过用户长达一年的使用,表明效果很好。于是,就逐步扩大TZS88合金轴套的生产量,装配齿轮泵投放市场。自1993年以来,用TZS88合金取代ZCuSn6Pb6Zn3、 ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜生产轴套装配CB50齿轮泵,到1998年12月,投放市场的数量累计已达到5万台以上。
5、TZS88合金轴套的经济效益分析
TZS88合金的密度仅是锡青铜的1/3,相同重量的TZS88合金和锡青铜相比,前者的体积是后者的三倍,前者所能制造相同尺寸的轴套数目也必然是后者的三倍。熔炼锡青铜的主要原材料电解铜比TZS88合金的主要原材料纯铝高得多;TZS88合金的熔炼温度低于800℃,锡青铜的熔炼温度高于1100℃,显然,前者的能量消耗低于后者;用锡青铜制造齿轮泵轴套,机械加工后还必须进行内孔镀铅处理,而用TZS88合金制造的轴套却不需要镀铅。综合以上因素,可以认为用TZS88合金取代锡青铜制造齿轮泵轴套,至少能够降低50%以上的生产成本。
6、结论
TZS88滑动轴承合金,具有优良的滑动轴承性能,完全能够取代部分铜合金(例如ZCuSn6Pb6Zn3、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuSn10P1等)制造整体材质的轴瓦、轴套,完全可以用在较高滑动速度和较高工作温度(例如齿轮泵等)的工况条件下。
用TZS88合金取代部分锡青铜制造轴瓦、轴套等机械零件,至少可以降低50%以上的轴套生产成本。
以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成,供参考,如有问题请及时沟通、指正。
名词解释:
巴氏合金(babbitt-metal),是一种抗摩擦的含锡锑铜铅的滑动轴承合金。由美国人巴比特发明而得名,因其呈白色,又称“白合金”。合金的主要成分是锡、铅、锑、铜;锡和铅是用以改善合金的减摩性能,锑和铜是用以提高合金的强度和硬度。
巴氏合金的组织特点是在软相基体上均匀分布着硬相质点,软相基体使合金具有非常好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性,并在磨合后形成软基体内凹、硬质点外凸,使滑动面之间形成微小间隙而成为贮油空间和润滑油通道,有利于减摩;上凸的硬质点起支承作用,有利于承载。
巴氏合金除制造滑动轴承外,因其质地软、强度低,常将其丝或粉喷涂在钢等基体上制成轴瓦使用。
按国家标准,巴氏合金可以分为锡基合金和铅基合金两种。铅基合金的强度和硬度比锡基合金低,耐蚀性也差。所以客户在关键及重要部位使用巴氏合金的时候,通常选用锡基合金;其他大部分场合许多客户仍然选择使用铅基合金,尽管铅基合金的性能没有锡基合金好,但它使用起来比锡基合金更经济。
图1 巴氏合金1
图2 巴氏合金2
图3 巴氏合金3
一、锌基合金的发展1930年"二战"前夕,德国为了解决铜资源紧缺和高成本的问题,开始寻找锡青铜、铅黄铜及巴氏合金的替代品,启动了新一代滑动轴承合金的研究。
1935年,德国经过近五年的研究,发现铸造锌基合金和铸造铝基合金的力学性能和减摩性能均可以超过铜基合金和巴氏合金。
1938年德国成功地使用铸造锌基合金替代锡青铜、铝青铜和使用铸造铝基合金替代了巴氏合金等用来制造轴瓦(套)产品,而且装备到军事坦克和汽车中并取得良好的效果。
1939-1943年"二战"期间,德国铸造锌基合金和铸造铝基合金的年使用总量由7800吨猛增到49000吨,这一变化引起了国际铅锌组织的高度关注和重视。
1959年,国际铅锌组织成员单位联合启动了一项科研计划,命名为"LONG-S PLAN",其宗旨是研发一种比铜基合金和巴氏合金的性能更高、使用寿命更长的新一代减摩合金,在该计划中将此研发中的减摩合金称之为long-s metal。
1961-1963年间,国际铅锌组织成员单位率先研制出铝基long-s metal减摩合金,牌号分别为AS7、AS12、AS20等。铝基合金AS7、AS12首先被应用在汽车上替代了传统的铜基合金轴瓦,使汽车的高速性能得到了很大提高,促进了汽车工业快速发展;在此之后铝基合金AS20又在大、中型电动机、汽轮机、水轮机、工业泵、鼓风机、压缩机等高速、中低载荷的工况下得到了应用,替代了传统的巴氏合金,促进了装备制造业的快速发展。
上世纪70年代初期,加拿大Norand Mines Limied研究中心与美国Zastern公司合作,研制出锌基long-s metal减摩合金ZA8、ZA12、ZA27等,并将ZA27减摩合金应用在轧钢机、压力机、齿轮箱、磨煤机、空调、精密机床等低速、重载的工作场合,全面替代了传统的铜基合金减摩材料。
新一代long-s metal减摩合金的问世受到国际上广大用户的极大关注,许多工业发达国家都在long-s metal研发上投入更多的人力、物力,仅美国就有数十家公司开发long-s metal铝基、锌基等系列减摩合金。
由于long-s metal具有优良的减摩性、较好的经济性,在制造业领域迅速得到推广并全面替代铜基合金、巴氏合金等传统减摩合金,具有很强的市场竞争力。
后来人们称long-s metal轴承合金为新型减摩合金。
美国Zastern公司技术顾问Mr.Bess在其介绍"LONG-S PLAN"文章中指出:研制经济型long-s metal锌基合金的目的,不仅仅是要在传统轴承合金能够胜任的场合替代它们,更重要的是通过long-s技术,使long-s metal应用于铜基合金和巴氏合金在强度、耐磨性不能满足要求的场合。
据Mr.Bess当时的预测:"long-s metal锌基合金在近期会有一个很大的发展,其生产规模和销售市场将迅速扩大,二十一世纪将是long-s metal 锌基合金的全盛时期。"
二、国内锌基合金的发展
缘于新型long-s metal锌基合金与传统的巴氏合金皆可用于制造滑动轴承,而且制造成本远远低于巴氏合金,故long-s metal被国内音译为"龙氏合金",业内称long-s metal为新型减摩合金,更多人习惯称之为新型轴承合金。
1982年,国家铸造技术的归口单位沈阳铸造研究所,引进了美国ASTM B791-1979标准中long-s metal ZA27锌基合金,经过近二年的消化吸收,开发出了国产锌基ZA27新型轴承合金,国家标准代号为ZA27-2,标志了我国新型减摩合金的发展拉开了序幕。
1985年,由时任辽宁省副省长陈淑芝女士的倡导和沈阳铸造研究所有关领导的大力支持下,成立了由沈阳铸造研究所的技术精英组成的沈阳轴瓦材料研究所,专门从事引进国外先进的long-s metal技术,以推动国内"龙氏合金"技术的发展及推广。
1991年,沈阳轴瓦材料研究所首先在锌基ZA27-2合金的基础上,研究开发了高铝锌基ZA303合金材料,解决了ZA27-2低温脆性等缺点,并与当年通过了沈阳市科学技术委员会科学技术成果鉴定,自此"龙氏合金"技术在国内各大高等院校和科研单位进行大范围的扩散和技术交流,推动了我国"龙氏合金"的快速发展。
三、锌基合金进入了"微晶合金"时代
1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生,该会议正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。
1999年,纳米技术走向市场,基于纳米技术的产品全球年总营业额高达到500亿美元;一些国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心,把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点;德国专门建立纳米技术研究网;美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心;中国也将纳米科技列为中国的"973计划"。
2001年,源自纳米技术所衍生出来的一个技术分支---微纳米应用技术。发达国家的微纳米应用技术在基础材料领域已经得到应用并取得了惊人的成果,尤其是应用微纳米技术制造出的许多微晶合金材料,正在对人类产生深远影响,已彻底改变了人们的思维方式。
2005年,中国微米纳米技术学会正式成立,标志着我国的微纳米应用技术起步,在满足功能材料个性需要方面与发达国家站到了同一起跑线上。
中国微米纳米技术学会会员单位的科研人员将微纳米技术应用在特种减摩合金材料领域,先后开发出了为满足某些单项性能有特殊需求的微晶合金材料,如航空发动机用轻体镁基微晶合金、耐高温的镍基微晶合金、要求高度可靠性的银基微晶合金等。特种微晶轴承材料不仅填补了减摩材料国内的空白,而且从材料的单项性能方面保持了与世界微晶合金技术的同步发展。
2009年,中科院沈阳金属研究所、沈阳铸造研究所、沈阳理工大学等微纳米技术应用研究领域的专家们,开展产学研联合攻关;研发出一整套微合金化处理及低温急冷等联合熔铸工艺技术(俗称三次熔炼工艺法),实现了锌基微晶合金的制备;目前已有四种锌基微晶合金材料在国内已经实现了批量生产,其中包括具有超低减摩系数的微晶锌基合金LZA3805,具有较大PV值特性的微晶锌基合金LZA4008,具有超耐磨特性的微晶锌基合金LZA4205,具有良好抗冲击特性的微晶锌基合金LZA4510等。
锌基微晶合金可以满足单项性能特殊要求的特性,是区别于传统普通减摩合金的重要标志,为装备制造业实现减摩材料的定制化生产,满足了设备制造的个性化需求,为实现装备制造的高效率、高精度、高可靠性、低成本等方面提供了有力的保障。
2010年,采用锌基微晶合金制造的轴瓦、轴套、蜗轮、滑板、丝母等系列减摩产品,已经成功地在锻压设备制造行业、数控机床制造行业、减变速机制造行业、重型矿山设备制造行业、工程机械制造行业中得到了应用。
锌基微晶合金产品以其高可靠性及稳定性成功替代传统减摩合金和新型减摩合金产品,取得了良好的社会效益和巨大的经济效益,标志我国锌基合金的发展进入了"微晶合金"时代!