铝锡铜合金材料及齿轮泵体的生产

李涛等

摘 要：研究了铝锡铜合金的铸造及挤压工艺，并对其耐磨性进行分析。结果表明：465℃/5h均火较440℃/5h均火更为彻底，同时，挤压温度450℃，挤压速度4.5mm/s的挤压工艺能够满足挤压生产。在载荷800N，转速1600r/min，保压1h的情况下，铝锡铜合金仅有轻微磨损，重量相对试验前减轻0.2612g。

关键词：铝锡铜合金；铸造工艺；挤压；耐磨性

齿轮泵是一种常用的液压泵，以其结构简单，制造方便，成本低，体积小，重量轻，自吸性能强等特点，被广泛用于采矿、冶金、建筑、航空、航海、农林等机械的中、高压液压系统中。随着经济和技术的发展，人们不断追求高质量的油泵。

目前国内部分企业已经开始采用铝锡铜合金作为重要基础材料而用于制备汽车发动机滑动轴承，但尚无资料显示用于齿轮泵体材料，现国外一些发达国家已研发出铝锡铜合金挤压齿轮泵泵体，以替代传统的6005、6082铝合金齿轮泵体。

铝锡铜合金是一种综合性能良好的合金，它具有良好的抗粘咬性、耐磨减摩性、耐腐蚀性、顺应性和嵌入性等综合性能，同时又具有密度小、导热性好、承载能力大、疲劳强度高等优越性，因而正越来越多的应用以代替传统的锡青铜和巴氏合金[1-2]。铝锡铜合金在高速机床、柴油发动机等高速重载机械设备中广泛使用。铝锡铜合金由于其优异的性能，实际应用越来越广，充分显示出铝基合金是目前最有前途的材料。开发、研究铝锡铜合金是国际领域的发展方向之一。因此，我们对铝锡铜合金的挤压性能及生产工艺进行了试验分析。

1 试验材料及检测

试验用铝棒为中色（天津）特种材料有限公司铝事业部熔铸车间生产，采用同水平热顶铸造设备铸得。

使用挤压车间10MN挤压机进行挤压生产。使用SPECTROMAXx直读光谱仪对铸棒成分进行控制及检验，并用WDW-5微机控制电子万能试验机进行抗拉强度及延伸率的检测。

2 试验方法

表1为铝锡铜合金铸棒的成分。

挤压温度及挤压速度对合金影响较大，所以，挤压温度的确定是其挤压生产的关键点。

本试验确定挤压温度为450℃，棒坯温度为448℃，模具温度为457℃，挤压筒内套温度设定为440℃。铸锭长度为500mm。挤压参数如表2所示。

3 结果与分析

3.1 铝锡铜合金的铸造

由于Sn的熔点为231.89℃，Cu的熔点为1083.4℃，铸造温度的确定将是铸造的难点。本实验中，由于铜的熔点较高，所以选用Al-Cu中间合金，在填料过程中，由于Sn熔点较低，为了降低其损耗，在熔炼后期加入。本试验选用铸造温度710℃，铸造速度120mm/Min水流量180t/h。并对其进行440℃/5h以及465℃/5h均火处理，图1为其高倍图片，由此图可以看出，通过对其均火处理，440℃/5h晶界处偏析现象比较严重，均火不彻底。465℃/5h铸棒晶粒较为均为，晶界处存在轻微的大颗粒聚集现象，相较于低温均火，465℃/5h更为彻底。从图中可以看出，465℃均火的晶粒明显较大，这是由于高温有助于晶粒的增长，这同时使得颗粒聚集现象相对突出，致使大颗粒的存在。铝锡铜合金是由硬基体铝和软质点锡所组成，均匀化处理后，合金中的Sn、Si发生聚集，原来呈连续网状分布于晶界上的Sn变成离散的岛状分布。

3.2 铝锡铜合金的挤压生产

铝锡铜合金由于Sn与Cu的存在，挤压生产难度相对较大，挤压温度的确定相对较难。由于Sn熔点较低，过烧现象是挤压生产中尤为突出的问题，本实验确定的挤压温度是450℃，通过试验发现，此温度能够对合金进行挤压且没有过烧现象。同时，通过反复挤压，并对模具进行维修后，完成了铝锡铜合金的成功挤压，尺寸合格。

3.3 铝锡铜合金的摩擦磨损试验

我们对铝锡铜合金及6061合金的耐磨性进行测试，试验参数如下：

试验时间设定为1h，前10min转速设定200r/min，载荷200N；10min后转速设定1600r/min，载荷800N。

通过试验可发现，铝锡铜合金在载荷800N，转速1600r/min，保压1h的情况下，仅有轻微磨损，分别为7.5倍和40倍放大倍数显微镜下的磨损形貌。6061在转速为200r/min，载荷200N的状态下正常，将转速及载荷提高后，出现粘着现象，试验终止。通过试验得出铝锡铜的摩擦系数为0.102。

我们对试验前及试验后的试样进行称重：试验前重量为25.1349g，试验后重量为24.8737g。通过试验数据发现，铝锡铜的耐磨性较好。

4 结束语

（1）由于铝锡铜合金中各主要元素的熔点相差较大，采取的铸造方法为添加Al-Cu中间合金，并在熔炼后期加入Sn。

（2）465℃/5h均火较440℃/5h均火更为彻底，晶粒相对较为均匀，偏析现象减弱。同时，随着温度的升高，晶粒有明显长大现象，并出现轻微的大颗粒聚集。

（3）挤压温度450℃，挤压速度4.5mm/s的挤压工艺能够满足挤压生产，同时没有过烧现象的存在。

（4）在载荷800N，转速1600r/min，保压1h的情况下，6061合金出现严重粘着现象，而铝锡铜合金仅有轻微磨损，且重量相对试验前减轻0.2612g。

参考文献

[1]Lepper K，et al. Sliding Behavior of Selected Aluminum Alloys[J].Wear，1997，203-204：46-56.

[2]蒋玉琴，侯福建.铝锡合金轴瓦在CA6102发动机上的应用[J].汽车工艺与材料，1993，3：16-19.