铝轴承合金制造技术

本发明专利技术描述了一种铝基轴承合金材料以及由其制备的轴承，该轴承材料的组成包括：５～１０ｗｔ％的锡；０．８～１．３ｗｔ％的铜；０．８～１．３ｗｔ％的镍；１．５～３ｗｔ％的硅；０．１３～０．１９ｗｔ％的钒；０．８～１．２ｗｔ％的锰；０．４～０．６ｗｔ％的铬；除附带的杂质外，余量为铝。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铝轴承合金本专利技术涉及铝基轴承材料和由所述材料制得的滑动轴承产品，特 别地，但不是排他地，本专利技术涉及流体润滑的发动机曲轴轴承。
技术介绍
例如，高速内燃机通常已经使用曲轴轴承，该曲轴轴承包括以某 种方式与坚固衬底或基底材料(如钢)结合的铜基合金或铝基轴承合金。 轴承合金的实际工作表面，即面对发动机曲轴轴颈表面的表面，还经 常具有所谓的包覆涂层，该包覆涂层例如是相对较软的金属合金(如铅-锡、铅-锡-铜或铅-铟)的薄涂层。该包覆涂层的目的是为轴承提供顺应 性和污垢包埋性能。顺应性是使轴承适应轴承与轴表面之间轻微的机 械不同轴的轴承性能，是包覆合金分配外加载荷的能力的度量。污垢 嵌入性能是这样的性能使润滑油中的碎片粒子嵌入软包覆合金中而 不造成伤害(如轴的划痕)。尽管包覆涂层的轴承具有一些技术优点，但 是它们也具有严重缺点制造昂贵，这是因为通常通过电镀或溅射沉 积来沉积包覆层，而电镀或溅射沉积是相对劳动力非常密集的工艺。机动车辆的制造经常要求不具有包覆涂层的轴承，因为它们的价 格比较便宜。然而，尽管一些发动机由于它们的设计而不具有特别高 的比输出功率，但是所述发动机对曲轴轴承施加高的负荷或在轴承和 轴颈之间具有特别薄的油膜，因此易于发生所谓的轴承面"磨损"。 磨损是指在轴颈表面和轴承表面之间发生金属与金属的接触，即接触 点处油膜破裂使得金属与金属相接触。磨损涉及没有实际卡咬(seizure) 的瞬间的金属与金属接触以及随后轴承的失效。然而，尽管包覆涂层 的轴承是特别抗磨损的，但是大部分不使用包覆层的常规铜和铝基合 金在抗磨损性方面相对差。经受磨损的能力是表示合金顺应性的度量。 与磨损相比，卡咬是指合金缺乏相容性，当发生卡咬时通常导致轴承失效(可能是发动机失效)。与此共同拥有的GB 2 358 872描述了用于滑动轴承(主要是流体 润滑的发动机轴承)的铝基轴承合金，所述合金包含5 10wt。/。的锡、 0.7 1.3wt。/。的铜、0.7 1.3wt。/。的镍、1.5 3.5wt。/。的硅、0.1 0.3wt% 的钒、0.1 0.3wt。/。的锰，除附带的杂质外，余量为铝。例如，这种轴 承合金当与坚固的背衬材料(如钢)结合时，与其它已知的高强度铝基轴 承材料相比，所述轴承合金具有良好的疲劳强度，在没有上述包覆涂 层时也具有优良的抗磨损性。然而，高输出发动机近来的发展，比如相对小、高转速涡轮增压 的柴袖机，仍需要高抗磨损和抗卡咬性能的同时，现在还需要增强的 抗疲劳和抗耗损性能，即需要更高的强度。然而，仍然存在成本限制， 这排除了包覆涂层的使用。通常，增加疲劳强度与保持或增加抗磨损 性和/或抗卡咬性这两种要求是矛盾的，较高的强度通常导致抗磨损性/ 抗卡咬性的降低。现在我们已经发现了一种用于铝合金基轴承材料的配方，其能令 人惊讶地满足至今相互矛盾的增加强度与提升抗卡咬性的要求。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种铝基轴承材料合金，所述合金的组成包含5 10wt。/。的锡；0.8 1.3wt。/。的铜；0.8 1.3wt。/。的镍；1.5 3.0wto/o的硅；0.13 0.19wt。/。的钒;0.8 1.2wt。/。的锰;0.4 0.6wt%的铬；除附带的杂质外，余量为铝。在整个说明书中，术语"铝基"是指该组成具有铝作为其中最大 的单个组分。在本专利技术一个优选的实施方案中，锡含量为5.5 7.0wt%。通常，当用作流体润滑条件下的发动机曲轴轴承时，例如，本发 明的合金可以结合到坚固的背衬材料(如钢或青铜)上。用于制造这类材 料的制造方法通常遵循已知的铸造基础铝合金的原理，例如通过热机械方法加工铸造合金使其厚度降至期望的尺寸，然后通过如辊压焊(roll pressure welding)的方法将所述合金结合到坚固的背衬材料上。本专利技术的铝合金轴承材料当处于铸态条件下且当将其处理成最终 的轴承衬里时，其尤其还具有包含MnCrV的金属间相。在该铸造材料 中，所述相在形态上是有尖角的，且最大尺寸通常为50 100pm。在 完全处理的材料中，金属间相为不规则形状、尖角较少且最大尺寸通 常为5 1(Him。最终合金材料中的金属间化合物当结合到坚固的衬底 时，在它们的组成和分布两方面是复杂的。在通过轧制做成的合金中， 例如，该金属间化合物已经被破坏并在轧制方向上在锡的区域内呈现 为伸长的簇，还呈现为如上所述尺寸的离散粒子。该粒子本身富集 铬、钒和锰，有时还有硅；硅和锰；铜和镍。与上述GB 2 358 872中已知的合金相比，本专利技术的轴承合金具有 大约0.75wt。/。以上的锰和另外的含量为0.4 0.6wt。/。的铬。这导致了更 高的固有强度和合金硬度，当为轴承形式时，这提供了较高的疲劳强 度。因此，按照这些，本专利技术的材料非常令人惊讶地保持了(实际上是 提高了)其抗卡咬性。GB 2 358 872的合金具有的典型疲劳和卡咬等级 分别为91MPa和85MPa，然而，本专利技术的轴承合金具有的典型疲劳和 卡咬等级分别为lOOMPa禾[]90MPa。通常，形成的轴承在铝合金与坚固背衬材料之间具有中间层。本 专利技术上下文中的这类中间层材料可以为例如铝或其它铝合金。例如， 可以在加工铸造铝轴承合金期间提供所述中间层，诸如在热机械加工 方法过程中通过辊压结合将期望材料的箔材结合至铝合金上。铝和铝 合金中间层在轴承领域通常是公知的，可用于通常关于提高或保持最终发动机轴承疲劳强度的不同原因。例如，当在合金组合物中使用相 对高含量的软的、低熔点的金属相(如锡)时，已经发现使用中间层能阻 止软相在高温操作期间迁移至轴承合金至钢界面，从而降低疲劳强度。 在某些情况下，已经发现中间层材料本身能够提高轴承的疲劳强度。在本专利技术中，优选的中间层有效地包括插入铝合金轴承材料与坚 固背衬材料之间的两层中间层。这类中间层的例子包括紧邻铝合金轴 承材料的铝-铜-锰合金第一层和紧邻坚固背衬材料的铝-硅材料第二层。所述第一层的组成例如Al/0.05 0.2wt%Cu/l 1.5wt%Mn;所述 第二层的组成例如Al/8wt%Si 。概括地，在轴承中铝合金轴承材料的厚度可为约0.25 0.35mm， 在轴承中中间层的厚度可为约0.025 035mm。所述坚固背衬材料可以 具有约1 mm以上的相对宽的厚度范围，这取决于发动机设计参数。根据本专利技术的第二方面，提供了一种具有根据本专利技术第一方面的 铝基轴承合金材料的衬里的发动机轴承。附图说明为了更加全面地理解本专利技术，现在将参考附图并仅以说明的方式 来给出例子，其中图1为穿过具有本专利技术铝合金轴承材料衬里的轴承的不成比例的 示意性轴向横截面，并显示了组成层；图2为柱状图，显示了具有本专利技术铝合金衬里与其它比较例合金 的轴承的疲劳强度；以及图3为柱状图，显示了具有本专利技术铝合金衬里与其它比较例合金 的轴承的抗卡咬性。具体实施例方式图1显示了穿过典型轴承10的部分的示意性轴向横截面，轴承10具有本专利技术的轴承合金衬里。所述轴承包括钢的坚固背衬材料层12、中间层14和具有滑动轴承表面18的轴承合金衬里层16。中间层14本 身包括两层紧邻轴承合金衬里16的第一层20，第一层20的组成为 Al-0.1Cu-1.2Mn，约占中间层14总厚度的90%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基轴承合金材料，其组成包括：５～１０ｗｔ％的锡；０．８～１．３ｗｔ％的铜；０．８～１．３ｗｔ％的镍；１．５～３ｗｔ％的硅；０．１３～０．１９ｗｔ％的钒；０．８～１．２ｗｔ％的锰；０．４～０．６ｗｔ％的铬；除附带的杂质外，余量为铝。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼斯玛克雷德麦克米金，雷蒙德布里吉曼，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]