锻造工艺对铝合金轴承盖性能的影响

杨博

摘 要：通过对铝合金机械轴承盖进行了不同锻造温度、锻造速度和变形程度的锻造，同时对锻件的耐磨性和耐腐蚀性进行了测试和分析。结果表明，随着锻造温度由350℃提高到500℃左右时，锻造速度由30mm/min提高到了120mm/min，变形程度由7，左右提高到了19，铝合金机械轴承盖的耐磨性能和耐蚀性能均出现了先提高后下降的现象。所以铝合金机械轴承盖的锻造温度优选为475 ℃锻造速度优选为90 mm/min、变形程度优选为17。

关键词：新型铝合金;机械轴承盖;锻造工艺

轴承是现代机械中最重要的部件之一，它支撑着旋转体，能保证旋转的精度，减少摩擦。轴承盖是指位于曲轴滑动轴承上的轴承端面的盖，是机械压力机的重要组成部分。其作用是承受轴承的载荷和冲击，固定曲轴，保证密封连接，防止灰尘等异物的侵入和外力的破坏。由于轴承盖承受往复运动多方面产生的交变载荷力，容易出现疲劳、磨损和失效，因此轴承盖的质量、性能和精度将直接影响机器的使用效率和寿命。近年来，铝合金以其密度低、耐腐蚀、易导热、塑性强等优点在机械、汽车、航天等领域得到了广泛的应用。

一、铸件验收技术要求及工艺设计

1.1验收技术要求

（1）铸件应无缩孔、缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷。

（2）未注铸造圆角为r5-r8。

（3）浇注温度700-720℃。

（4）铸件应无粘砂、裂纹等缺陷。

（5）当金属液充满冒口沉凹处时，需用铝液填补冒口，随后撒赭石粉保温。

（6）铸件在砂型中冷却24小时后，经人工处理后，方可打开。

（7）冷铁表面不得有油污、锈蚀等，与金属液接触的表面需涂刷耐火涂料。

1.2试样材料与方法

试样材料是机械轴承盖用Al-10Si-0.5Cr-0.3In新型铝合金，其化学成分经EDX1800C型射线荧光光谱仪普分析。在50k中频感应电炉内进行Al-10Si-0.5Cr-0.3In新型铝合金的熔炼出炉。轴承盖具体的工艺流程为：毛坯→模锻→切边→正火→加热→淬火→时效处理。锻造成形的铝合金机械轴承盖的尺寸为：φ 460mm（外径）×φ 320mm（内径）×120mm（高度）壁厚90mm，螺栓孔直径 50mm，如图 1 所示。本文所述的变形程度是指轴承盖外径圆周上1/2高度处锻造前后横截面面积的百分比。轴承盖的正火工艺：280℃×3h保温后空冷： 淬火工艺515℃×4h 保温后急速进入放入60～80%水中急冷;时效处理工艺：180℃×6h。

1.3试验方法

磨损试验：用线切割切取磨损试样，切取的试样为圆片状，尺寸为φ20mm×6mm，试样磨损取样位置如图1所示。磨损试验在THT型摩擦磨损试验机上进行，于室温下展开测试，磨轮转速为250r/min、磨损时间为 10min、相对滑动速度为90mm/min、载荷为100N，并记录试样的磨损体积，以表征耐磨损性能。

腐蚀试验：用线切割切取磨损试样，切取的试样为圆片状，尺寸为φ18mm;5mm，试样腐蚀取样位置如图1所示。 试样的电化学腐蚀试验在Reference3000 型电化学工作站展开测试。 并于室温下进行测试，选用三电极体系，并以3.5wt%的NaC1 溶液为电解液，扫描速度则设定成 0.002V/s，用腐蚀电位来表征试样的耐腐蚀性能。 试样的表面腐蚀形貌用PX-15 型金相显微进行观察。

二、试验结果及讨论

2.1不同锻造工艺对试样耐磨损性能的影响

铝合金机械轴承盖试样在不同的锻造温度下的磨损试验结果如图2（a）所示。 从图2（a）可以看出，随锻造温度从350℃增加至500℃，磨损体积先减小后增大，耐磨损性能先提升后下降。当锻造温度为350℃时，试样的磨损体积为39×10-3 mm3 ，此時的磨损体积最大，耐磨损性能最差;当锻造温度为400℃时，试样的磨损体积为32×10-3 mm3 ，较 350℃锻造减小18%;当锻造温度为450℃时，试样的磨损体积为27×10-3 mm3 ，较350℃锻造减小31%;当锻造温度为475℃时，试样的磨损体积为21×10-3 mm3 ，较350℃锻造减小 46%，此时的磨损体积最小，耐磨损性能最佳;当锻造温度继续增加至500℃时，试样的磨损体积较350℃，锻造有所增大，耐磨损性能呈现下降趋势。综上所述，当锻造温度为475℃时，磨损体积最小，耐磨损性能最佳。

铝合金机械轴承盖试样，在不同的锻造速度下的磨损试验结果如图2（b）所示。从图2（b）可以看出，随锻造速度从30mm/min增加至120mm/min，磨损体积先减小后增大，耐磨损性能先提高后下降。当锻造速度为30mm/min时，试样的磨损体积为33×10-3 mm3 ，此时的磨损体积最大，耐磨损性能最差;当锻造速度为60mm/min时，试样的磨损体积为28×10-3 mm3 ，较30mm/min锻造减小15%;当锻造速度为90 mm/min时，试样的磨损体积为21×10-3mm3  ，较30mm/min锻造减小36%，此时的磨损体积最小，耐磨损性能最佳;当锻造速度继续增加至120mm/min时，试样的磨损体积较90mm/min锻造有所增大，耐磨损性能下降。综上所述，当锻造速度为90mm/min时，磨损体积最小，耐磨损性能最佳。

铝合金机械轴承盖试样（9、10、11、4、12）在不同的变形程度下的磨损试验结果如图 2（c）所示。从图2（c）可以看出，随变形程度从7%增加至19%，磨损体积先减小后增大， 耐磨损性能先提高后下降的趋势。综上所述，当变形程度为17%时，磨损体积最小，耐磨损性能最佳。因此，从提高Al-10Si-0.5Cr-0.3In新型铝合金耐磨损性能出发，锻造温度、锻造速度和变形程度分别优选为475℃90mm/min、17%。

结  语：

（1）随锻造温度从350℃增加至500℃、锻造速度从30mm/min增加至120mm/min、变形程度从7%增加至19%，Al-10Si-0.5Cr-0.3In新型铝合金机械轴承盖的磨损体积先减小后增大、腐蚀电位先正移后负移，轴承盖的耐磨损和耐腐蚀性能均先提高后下降。

（2）当锻造温度为475℃时，机械轴承盖的磨损体积和腐蚀电位较350℃锻造时分别减小46%、正移0.117V。

（3）为了提高铝合金机械轴承盖的耐磨损性能和耐腐蚀性能，锻造温度优选为475℃、锻造速度优选为90mm/min、变形程度优选为17%。

参考文献：

[1]冯苗，黄引平.铝合金轴承座快速铸造工艺设计与验证[J].热加工工艺，2017，46（23）：98-100.

[2]郭立刚，郑勇，韦泉.铝合金轴承端盖低压铸造过程仿真及工艺参数优化[J].装备制造技术，2015（05）：151-153.

（抚顺东华锻压厂 辽宁  抚顺  113007）