用于连铸铝轴承合金的方法及设备技术

在熔融铝轴承合金连铸中，由一对传送环行输送带基本上平行相对的部分限定铸造空间，熔融铝轴承合金供应到铸造空间中连续地铸成板状。在铝轴承合金凝固的过程中控制冷却速率ΔＴ以使冷却速率ΔＴ在３～６℃／秒之间。其中ΔＴ＝（Ｔ－５００）／ｔ，Ｔ是铝轴承合金铸造开始时的温度，ｔ是以秒计的铸造开始到铝轴承合金温度降至５００℃时的时间。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种方法和设备，通过带式连铸装置将熔融铝连铸成板状轴承合金，更尤其涉及可防止晶体粗化的此类铸造方法和设备。作为在相对低温熔融的金属如铝、铝合金、锌等的连铸设备，公知带式连铸机，其中铸造通过一对环形输送带实现。在已知的带式连铸机中，每一根输送带通过或环绕多个辊子。水平或略微倾斜的铸造空间被限定在输送带基本上水平的部分之间。在通过冷却系统冷却的同时输送带通过驱动辊驱动以便传送。熔融金属输送到铸造空间，通过输送带冷却，因此凝固成板状。板状材料连续输送出铸造空间。前述可移动铸模型带式连铸机比固定铸模的连铸机在铸造速度和进而的产量方面优越。衬有铝轴承合金的轴承，称为“铝合金轴承”，通常用于汽车或工业机械的引擎。铝合金轴承按顺序通过铸造、轧制、包覆、热处理和机加工步骤制造。更特别地，熔融金属铸造成板状。在轧制步骤中轧制该铸板。随后将铸板(cast plate)包覆在薄钢板上以形成双金属。退火双金属以提高铸板和薄钢板间的结合强度。随后，机加工双金属以最后制成半滚柱或滚柱轴承。引擎轴承的制造商使用前述带式连铸机用于连铸铝合金制成铸板以提高产量。然而，在带式连铸机中由于铸造速度快而使铸板冷却速率低。这样，带式连铸机呈现获得慢的冷却状态。结果，在含Sn和Si等的铝合金中容易发生晶体如结晶的Sn和Si的粗化和偏析。此外，在含为提高轴承特性的多种元素的铝合金中，金属间化合物的晶体也易于粗化和偏析。在铝合金中当晶体粗化和偏析时合金的塑性降低。结果，在随后的进行塑性变形的轧制和包覆工序步骤中合金产生裂纹。此外，作为合金轴承特性的疲劳强度和耐磨性的降低减弱了为提高轴承特性而加入的多种元素的效果。因此，本专利技术的目的之一是提供用于连铸铝轴承合金的方法和设备，其中，在铝轴承合金连铸成板状时阻止了晶体的粗化和偏析。根据本专利技术的第一特征，提供一种熔融铝轴承合金的连铸方法，其中，铸造空间被限定在一对传送环形输送带的基本上平行相对的部分之间，以及熔融的铝轴承合金被供到铸造空间以连铸成板状，其特征在于在铝轴承合金凝固过程中控制冷却速度ΔT，以使冷却速度ΔT在3～6℃/sec。其中，ΔT＝(T-500)/t，T是铝轴承合金铸造开始时的温度，t是以秒计量的从铸造开始到铝轴承合金的温度降至500℃之间的冷却时间。按照上述方法，3～6℃/sec的冷却速度高于任何一种传统的带式连铸机的1～2℃/sec的冷却速度。当铝合金以如此高的冷却速度凝固时，晶体不粗化和不偏析。进一步，在随后的轧制和包覆过程中可阻止裂纹的发生。此外，也防止了轴承特性的降低。在第二个特征中，铝轴承合金包含，以质量计，3～40％的Sn，0.5～7％的Si，0.05～2％的Fe，余量为Al和不可避免的杂质，以及使Al-Si-Fe三元金属间化合物结晶。在第三个特征中，铝轴承合金包含，以质量计，3～40％的Sn，0.5～7％的Si，0.05～2％的Fe和至少一种或多种0.01～3％的Mn、V、Mo、Cr、Co、Ni和W，余量为Al和不可避免的杂质，以及使含所述至少一种或多种Mn、V、Mo、Cr、Co、Ni和W的Al-Si-Fe多元金属间化合物结晶。在第四个特征中，铝轴承合金包含至少一种或多种0.01～2％的B、Ti和Zr。在第五个特征中，铝轴承合金包含至少一种或多种为0.1～5％的Cu、Mg和Zn。在此描述前述新颖铝合金开发的技术背景。随着最近高性能引擎的开发，引擎轴承需要进一步提高疲劳强度和耐磨性。关于疲劳强度，元素如Cu、Mn和V加入铝合金中以进行强化。为提高耐磨性，JP-A-58-64332公开了在铝合金中加入Si以及控制铝合金中结晶的Si质点的尺寸和分布。进一步，JP-A-58-67841公开了在铝合金中加入Mn、Fe、Mo、Ni等以便在铝合金中结晶Mn等和Al之间的金属间化合物。这两个情形提出了对铝合金磨合性和抗擦伤性的改进，据此，提高耐磨性。上述JP-A-58-64332和JP-A-58-67841公开了当Si质点和金属间化合物的尺寸各自在5μm～40μm之间时可以获得所需要的效果。通常，Al中包含的硬质点均匀分布以强化铝合金，当质点尺寸变小时该效果更明显。然而，在前述两个例子中，当控制Si和金属间化合物的尺寸达到5μm～40μm的范围时，随着Si和金属间化合物的尺寸相对大，Al基体的强度和相应的Al合金疲劳强度降低。这样，当为了提高疲劳强度而使结晶颗粒变小时不能提高抗擦伤性。另一方面，当为了提高抗擦伤性和相应的耐磨性而使结晶颗粒变大时不能提高疲劳强度。本专利技术人通过结晶Al-Si-Fe三元金属间化合物或以Al-Si-Fe为基的多元金属间化合物而开发了一种Al合金。该Al合金可以提高抗擦伤性和耐磨性而不降低疲劳强度。Al-Si-Fe三元金属间化合物和以Al-Si-Fe为基的多元金属间化合物非常稳定，其基本形状甚至在用里衬金属包覆之后经热处理也不改变。更特别地，Si以类似于三维连续珊瑚的形式结晶成共晶体。在铸造之后的轧制或用里衬金属包覆轧制过程中结晶Si被压碎成片状。进一步，Si通过随后的热处理还改变其形状。这是Si的一个特性，特别地，在温度超过300℃的热处理中，Si改变成相对圆滑以便降低其表面张力。这种倾向在含大量Sn的材料如Al-Sn轴承合金中更强。然而，前述三元金属间化合物或多元金属间化合物不改变其结晶形状(图3示出了一个实例)并且在通常的热处理温度下也不改变其形状。此外，该三元或多元金属间化合物在带有塑性变形的轧制步骤或轴承制造过程中的包覆步骤中被压碎。然而，作为压碎的结果，金属间化合物呈锋利边如刃具的断片形状。图4表示这种形状的一个实例。虽然Si质点经圆滑和在轧制和热处理步骤被破碎，但前述三元或多元金属间化合物保持具有锋利边的侵入性形状。三元或多元金属间化合物甚至在量很少时对轴也有研磨效果。特别地，三元或多元金属间化合物可稳定具有不稳初始运转的轴和轴承之间的关系。这样，三元或多元金属间化合物可以有效地提高磨合性。更具体地，三元或多元金属间化合物刮去轴表面的凸起和轴表面的尖边如围绕球形石墨的飞边。三元或多元金属间化合物进一步阻止铝合金由于与轴的粘着而引起的磨损，该粘着为铝合金的一个缺点。此外，三元或多元金属间化合物进一步刮去粘着物由此阻止由于粘着物引起的擦伤。再有，三元或多元金属间化合物甚至在轧制步骤之后也较大。细小的粉碎的Si质点分布于Al基体中，因此提高Al基体的强度。因此，耐磨性和抗擦伤性以及疲劳强度均得以改善。按照本专利技术的方法当铸造结晶出所述三元或多元金属间化合物的Al合金时，该Al合金以3～6℃/sec的冷却速度凝固。因此，可以控制金属间化合物以使晶体尺寸在40μm～55μm范围而不粗化金属间化合物。进一步，还可以控制结晶的Si以使其小于或等于40μm。此后，当轧制铸板或在铸板上包覆衬里金属(back metal)时，金属间化合物被粉碎成1～20μm的尺寸，和结晶的Si小于或等于5μm。每一种上述组分的数量限制的原因描述如下。(1)Sn(3～40质量％)Sn提高作为轴承时的表面特性如抗擦伤性、磨合性和可嵌入性。当Sn含量小于3％时，上述效果很小。当其超过40％时，轴承合金的机械性能变坏，造成轴承特性降低。优选Sn含量为6～20％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔融铝轴承合金的连铸方法，其中，由一对行进的环行输送带的基本平行相对的部分限定铸造空间，并将熔融铝轴承合金供到铸造空间中连续地铸成板状，其特征在于，在铝轴承合金凝固的过程中控制冷却速率ΔＴ以使冷却速率ΔＴ在３～６℃／秒之间，其中ΔＴ＝（Ｔ－５００）／ｔ，Ｔ是铝轴承合金铸造开始时的温度，ｔ是以秒计量的在铸造开始到铝轴承合金温度降至５００℃时之间的时间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：笼原幸彦，藤田正仁，山本康一，柴山隆之，
申请(专利权)人：大同轴瓦工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]