鍛造工藝對鋁合金軸承蓋性能的影響

楊博

摘 要：通過對鋁合金機械軸承蓋進行了不同鍛造溫度、鍛造速度和變形程度的鍛造，同時對鍛件的耐磨性和耐腐蝕性進行了測試和分析。結果表明，隨著鍛造溫度由350℃提高到500℃左右時，鍛造速度由30mm/min提高到了120mm/min，變形程度由7，左右提高到了19，鋁合金機械軸承蓋的耐磨性能和耐蝕性能均出現了先提高后下降的現象。所以鋁合金機械軸承蓋的鍛造溫度優選為475 ℃鍛造速度優選為90 mm/min、變形程度優選為17。

關鍵詞：新型鋁合金;機械軸承蓋;鍛造工藝

軸承是現代機械中最重要的部件之一，它支撐著旋轉體，能保證旋轉的精度，減少摩擦。軸承蓋是指位于曲軸滑動軸承上的軸承端面的蓋，是機械壓力機的重要組成部分。其作用是承受軸承的載荷和沖擊，固定曲軸，保證密封連接，防止灰塵等異物的侵入和外力的破壞。由于軸承蓋承受往復運動多方面產生的交變載荷力，容易出現疲勞、磨損和失效，因此軸承蓋的質量、性能和精度將直接影響機器的使用效率和壽命。近年來，鋁合金以其密度低、耐腐蝕、易導熱、塑性強等優點在機械、汽車、航天等領域得到了廣泛的應用。

一、鑄件驗收技術要求及工藝設計

1.1驗收技術要求

（1）鑄件應無縮孔、縮松、氣孔、砂眼等鑄造缺陷。

（2）未注鑄造圓角為r5-r8。

（3）澆注溫度700-720℃。

（4）鑄件應無粘砂、裂紋等缺陷。

（5）當金屬液充滿冒口沉凹處時，需用鋁液填補冒口，隨后撒赭石粉保溫。

（6）鑄件在砂型中冷卻24小時后，經人工處理后，方可打開。

（7）冷鐵表面不得有油污、銹蝕等，與金屬液接觸的表面需涂刷耐火涂料。

1.2試樣材料與方法

試樣材料是機械軸承蓋用Al-10Si-0.5Cr-0.3In新型鋁合金，其化學成分經EDX1800C型射線熒光光譜儀普分析。在50k中頻感應電爐內進行Al-10Si-0.5Cr-0.3In新型鋁合金的熔煉出爐。軸承蓋具體的工藝流程為：毛坯→模鍛→切邊→正火→加熱→淬火→時效處理。鍛造成形的鋁合金機械軸承蓋的尺寸為：φ 460mm（外徑）×φ 320mm（內徑）×120mm（高度）壁厚90mm，螺栓孔直徑 50mm，如圖 1 所示。本文所述的變形程度是指軸承蓋外徑圓周上1/2高度處鍛造前后橫截面面積的百分比。軸承蓋的正火工藝：280℃×3h保溫后空冷： 淬火工藝515℃×4h 保溫后急速進入放入60～80%水中急冷;時效處理工藝：180℃×6h。

1.3試驗方法

磨損試驗：用線切割切取磨損試樣，切取的試樣為圓片狀，尺寸為φ20mm×6mm，試樣磨損取樣位置如圖1所示。磨損試驗在THT型摩擦磨損試驗機上進行，于室溫下展開測試，磨輪轉速為250r/min、磨損時間為 10min、相對滑動速度為90mm/min、載荷為100N，并記錄試樣的磨損體積，以表征耐磨損性能。

腐蝕試驗：用線切割切取磨損試樣，切取的試樣為圓片狀，尺寸為φ18mm;5mm，試樣腐蝕取樣位置如圖1所示。 試樣的電化學腐蝕試驗在Reference3000 型電化學工作站展開測試。 并于室溫下進行測試，選用三電極體系，并以3.5wt%的NaC1 溶液為電解液，掃描速度則設定成 0.002V/s，用腐蝕電位來表征試樣的耐腐蝕性能。 試樣的表面腐蝕形貌用PX-15 型金相顯微進行觀察。

二、試驗結果及討論

2.1不同鍛造工藝對試樣耐磨損性能的影響

鋁合金機械軸承蓋試樣在不同的鍛造溫度下的磨損試驗結果如圖2（a）所示。 從圖2（a）可以看出，隨鍛造溫度從350℃增加至500℃，磨損體積先減小后增大，耐磨損性能先提升后下降。當鍛造溫度為350℃時，試樣的磨損體積為39×10-3 mm3 ，此時的磨損體積最大，耐磨損性能最差;當鍛造溫度為400℃時，試樣的磨損體積為32×10-3 mm3 ，較 350℃鍛造減小18%;當鍛造溫度為450℃時，試樣的磨損體積為27×10-3 mm3 ，較350℃鍛造減小31%;當鍛造溫度為475℃時，試樣的磨損體積為21×10-3 mm3 ，較350℃鍛造減小 46%，此時的磨損體積最小，耐磨損性能最佳;當鍛造溫度繼續增加至500℃時，試樣的磨損體積較350℃，鍛造有所增大，耐磨損性能呈現下降趨勢。綜上所述，當鍛造溫度為475℃時，磨損體積最小，耐磨損性能最佳。

鋁合金機械軸承蓋試樣，在不同的鍛造速度下的磨損試驗結果如圖2（b）所示。從圖2（b）可以看出，隨鍛造速度從30mm/min增加至120mm/min，磨損體積先減小后增大，耐磨損性能先提高后下降。當鍛造速度為30mm/min時，試樣的磨損體積為33×10-3 mm3 ，此時的磨損體積最大，耐磨損性能最差;當鍛造速度為60mm/min時，試樣的磨損體積為28×10-3 mm3 ，較30mm/min鍛造減小15%;當鍛造速度為90 mm/min時，試樣的磨損體積為21×10-3mm3 ?，較30mm/min鍛造減小36%，此時的磨損體積最小，耐磨損性能最佳;當鍛造速度繼續增加至120mm/min時，試樣的磨損體積較90mm/min鍛造有所增大，耐磨損性能下降。綜上所述，當鍛造速度為90mm/min時，磨損體積最小，耐磨損性能最佳。

鋁合金機械軸承蓋試樣（9、10、11、4、12）在不同的變形程度下的磨損試驗結果如圖 2（c）所示。從圖2（c）可以看出，隨變形程度從7%增加至19%，磨損體積先減小后增大， 耐磨損性能先提高后下降的趨勢。綜上所述，當變形程度為17%時，磨損體積最小，耐磨損性能最佳。因此，從提高Al-10Si-0.5Cr-0.3In新型鋁合金耐磨損性能出發，鍛造溫度、鍛造速度和變形程度分別優選為475℃90mm/min、17%。

結 ?語：

（1）隨鍛造溫度從350℃增加至500℃、鍛造速度從30mm/min增加至120mm/min、變形程度從7%增加至19%，Al-10Si-0.5Cr-0.3In新型鋁合金機械軸承蓋的磨損體積先減小后增大、腐蝕電位先正移后負移，軸承蓋的耐磨損和耐腐蝕性能均先提高后下降。

（2）當鍛造溫度為475℃時，機械軸承蓋的磨損體積和腐蝕電位較350℃鍛造時分別減小46%、正移0.117V。

（3）為了提高鋁合金機械軸承蓋的耐磨損性能和耐腐蝕性能，鍛造溫度優選為475℃、鍛造速度優選為90mm/min、變形程度優選為17%。

參考文獻：

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（撫順東華鍛壓廠 遼寧 ?撫順 ?113007）