CN116855856A

CN116855856A - 一种高锡铝合金板材及其制造方法和应用

Info

Publication number: CN116855856A
Application number: CN202310831050.3A
Authority: CN
Inventors: 王鹏举; 赵淑杰; 陈静; 吕彦明; 倪羽翔; 阳林
Original assignee: Chongqing Yuejin Machinery Co ltd
Current assignee: Chongqing Yuejin Machinery Co ltd
Priority date: 2023-07-07
Filing date: 2023-07-07
Publication date: 2023-10-10

Abstract

本发明涉及轴瓦板材技术领域，具体涉及一种高锡铝合金板材及其制造方法和应用，所述方法为：在高锡铝合金铸坯表面包覆纯铝板，设定轧制工艺参数，在室温条件下对高锡铝合金进行冷轧，得到板材；去除包覆于板材表面的纯铝板，对板材进行退火处理。其能够解决高锡铝合金变形能力差的问题，进而制得微观组织均匀、力学性能优异的高锡铝合金板材，从而满足轴瓦合金材料表面溅射层靶材的生产需求。

Description

一种高锡铝合金板材及其制造方法和应用

技术领域

本发明涉及轴瓦板材技术领域，具体涉及一种高锡铝合金板材及其制造方法和应用。

背景技术

铜铅轴瓦合金材料，具有导热性能好、疲劳强度和承载能力高等特点，在内燃机滑动轴承中得到了广泛的应用。然而，该种合金一般硬度较高，嵌入性和顺应性较差，而且合金中铅相极易受润滑油中有机酸侵蚀。因此，在铜铅轴瓦合金表面往往需要电镀一层铅锡、铅锡铜或者铅锡铜铟等软质金属。但是电镀工艺往往会伴随废气和废液的排放，对人体和环境造成巨大影响。为了解决这一问题，国内外一些科研院所和企业采用磁控溅射的方式来替代电镀，在轴瓦合金表面溅射产生一层性能更高和使用寿命更长的高锡铝合金涂层。

靶材是磁控溅射工艺的核心，也是溅射涂层质量好坏的基础。目前，相关轴瓦制造企业多采用具有铸态组织的高锡铝合金板材作为磁控溅射的靶材。但是，该铝合金初始铸坯厚度较大，不能满足磁控溅射对铝合金靶材形状尺寸的要求，需要进行大量的切割和磨削，这样会对材料产生极大的浪费。而且高锡铝合金铸坯内部锡相呈网状分布，组织粗大且分布不均匀，这会恶化溅射层中锡相的分布，从而影响轴瓦涂层的使用寿命。普通铝合金板材往往采用轧制和热处理的方式来改善其板型大小和内部微观组织。然而，高锡铝合金中锡相和铝基体力学性能差异较大，普通轧制过程中铝锡协同变形困难，极易产生大的边裂或者从板材厚度中间直接裂开，这就给高锡铝合金靶材的大规模批量化生产带来了很大的困难。

因此，为了解决高锡铝合金轧制变形能力差和板材锡相分布不均匀的问题，有必要研发一种提高高锡铝合金轧制变形能力和组织均匀性的制造方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高锡铝合金板材及其制造方法和应用，其能够解决高锡铝合金变形能力差的问题，进而制得微观组织均匀、力学性能优异的高锡铝合金板材，从而满足轴瓦合金材料表面溅射层靶材的生产需求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种高锡铝合金板材的制造方法，在高锡铝合金铸坯表面包覆纯铝板，设定轧制工艺参数，在室温条件下对高锡铝合金进行冷轧，得到板材；去除包覆于板材表面的纯铝板，对板材进行退火处理。

进一步，所述高锡铝合金铸坯按重量百分比计包括如下组分：17~22%的 Sn，0.8~1.3%的 Cu，≤0.1% 的Fe，≤0.1%的 Si，≤0.2%的 Ti，余量Al；所述纯铝皮的纯度≥99.5%。

进一步，所述高锡铝合金铸坯的厚度为20~25mm，纯铝板厚度为0.8~1.2mm。

进一步，对板材进行退火处理具体为：将板材在温度为250~350℃的条件下，保温2~10h。

进一步，所述纯铝板包覆于高锡铝合金铸坯表面前先进行退火处理，退火温度设定为300~400℃，退火时间设定为2~10h。

进一步，所述高锡铝合金铸坯和纯铝板进行包覆处理前先进行表面处理，以保证高锡铝合金铸坯和纯铝板的待结合表面质量。

进一步，在室温条件下对高锡铝合金进行冷轧的轧制道次设定为2~5道次，每道次轧制压下量为20~50%。

进一步，所述高锡铝合金铸坯通过带式连铸机制备，将温度为700~780℃的高锡铝合金熔体经通道进入带式连铸机的前箱，然后经料嘴进入腔体冷却，该腔体包括上、下两条循环转动的水冷钢带或者玻璃纤维，冷却速度设定为60~100℃/s，冷却后的铸坯经夹送辊拉出。

第二方面，本发明提供了一种高锡铝合金板材，采用本发明所述的高锡铝合金板材的制造方法制得。

第三方面，本发明提供了一种所述的高锡铝合金板材在船用低速机轴瓦中的应用。

本发明的有益效果：

1、本发明通过在高锡铝合金铸坯表面包覆纯铝板后再进行冷轧，极大地提高了高锡铝合金铸坯的轧制变性能力，避免了铸坯单独轧制发生大幅度边裂和开裂的现象，提高了材料的利用率。冷轧后再对板材进行退火处理，通过该方法制得的高锡铝合金板材内部锡相由原来铸态组织的网状分布转变为细小、弥散的均匀分布，相较于铸态高锡铝合金，轧制态的高锡铝合金的硬度、抗拉强度和延伸率均得到了提升。

2、本发明所述制造方法具有操作简单、成本低和易实现的优点，在轴瓦板材技术领域，具有推广应用价值。

附图说明

图1为本发明所述高锡铝合金板材的制造方法流程图；

图2为本发明实施例一中的高锡铝合金铸坯原始金相组织图；

图3为本发明实施例三中的高锡铝合金铸坯原始金相组织图；

图4为本发明实施例一中制备的高锡铝合金板材金相组织图；

图5为本发明实施例三中制备的高锡铝合金板材金相组织图；

图6为本发明中实施例一、实施例三原始板坯以及经过处理后板材的工程应力-应变曲线。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一，一种高锡铝合金板材的制造方法，参见图1，具体包括如下步骤：

S1，利用带式水平连铸机制备出厚度为20mm的高锡铝合金铸坯，该高锡铝合金铸坯按重量百分比计包括如下组分：17.5% 的Sn，1.28% 的Cu，0.08%的 Fe，0.09%的 Si，0.17%的 Ti，余量为Al。具体地，将温度为780℃的高锡铝合金熔体经通道进入带式连铸机的前箱，然后经料嘴进入腔体冷却，该腔体包括上、下两条循环转动的水冷钢带或者玻璃纤维，冷却速度设定为100℃/s，冷却后的铸坯经夹送辊拉出。

S2，在高锡铝合金铸坯表面包覆厚度为0.8mm的纯铝板，所述纯铝板的纯度≥99.5%。

所述纯铝板包覆于高锡铝合金铸坯表面前先进行退火处理，退火温度设定为300℃，退火时间设定为10h，该退火处理的目的是为了将纯铝板进一步软化，以便于后续与铝合金铸坯一起进行大压下量轧制。

采用钢丝直径为0.3mm的钢丝刷对纯铝板和高锡铝合金铸坯进行表面刷光处理，主要是为了增加纯铝板和高锡铝合金铸坯的表面摩擦力，提高两个工件的协同变形能力，在轧制过程中，通过上、下表面纯铝板束缚中间高锡铝合金铸坯，有效避免高锡铝合金铸坯产生开裂倾向。

S3，设定轧制工艺参数，在室温条件下对高锡铝合金进行冷轧，得到板材。具体为：采用铝制铆钉将纯铝板和高锡铝合金铸坯进行铆接，防止两种板材因错位降低纯铝板对高锡铝合金的束缚能力，除铆接外，还可以采用金属丝固定或者在轧机辊缝前端加矩形导向装置。

然后送入轧机进行两道次大压下量轧制，第一道次轧制压下量为30%，第二道次轧制压下量约为28%，使得厚度为20mm的高锡铝合金铸坯先轧至14mm，再轧至10mm。本实施例中，轧机为冶金行业常用的二辊冷轧机，轧制力为300吨。

S4，去除包覆于板材表面的纯铝板，对板材进行退火处理，退火处理温度设定为250℃，退火处理时间设定为10h，得到微观组织均匀、力学性能优异的高锡铝合金板材。采用该退火工艺，一方面有利于高锡铝合金中的铝合金基体产生回复与再结晶，降低板材因轧制变形而产生的加工硬化，改善了板材力学性能；另一方面有利于轧制延长的锡带熔化、断开、扩散和聚集，促使锡相重新分布，促使锡相在铝合金基体中均匀分散。

本实施例中，所述纯铝板的退火处理和高锡铝合金板材的退火处理均在热风循环炉中进行。

分别对原始高锡铝合金铸坯和经冷轧-退火处理制得的高锡铝合金板材进行力学性能测试，结果参见图2、图4和图6，通过该方法制备的高锡铝合金，内部锡相由原来铸态组织的网状分布转变为细小、弥散的均匀分布，硬度由原来的27.5HV提高到了46HV，抗拉强度由原来铸态的92MPa提高到了110MPa，增长了19.6%。延伸率由原来铸态的13%提高到了21%，增长了61.5%。

实施例二，一种高锡铝合金板材的制造方法，具体包括如下步骤：

S1，利用带式水平连铸机制备出厚度为23mm的高锡铝合金铸坯，该高锡铝合金铸坯按重量百分比计包括如下组分：19.3%的 Sn，0.85% 的Cu，0.06%的 Fe，0.05%的 Si，0.1%的Ti，余量为Al。具体地，将温度为700℃的高锡铝合金熔体经通道进入带式连铸机的前箱，然后经料嘴进入腔体冷却，该腔体包括上、下两条循环转动的水冷钢带或者玻璃纤维，冷却速度设定为60℃/s，冷却后的铸坯经夹送辊拉出。

S2，在高锡铝合金铸坯表面包覆厚度为1mm的纯铝板，所述纯铝板的纯度≥99.5%。

所述纯铝板包覆于高锡铝合金铸坯表面前先进行退火处理，退火温度设定为350℃，退火时间设定为6h，该退火处理的目的是为了将纯铝板进一步软化，以便于后续与铝合金铸坯一起进行大压下量轧制。

采用80#砂带对纯铝板和高锡铝合金铸坯进行表面刷光处理，主要是为了增加纯铝板和高锡铝合金铸坯的表面摩擦力，提高两个工件的协同变形能力，在轧制过程中，通过上、下表面纯铝板束缚中间高锡铝合金铸坯，有效避免高锡铝合金铸坯产生开裂倾向。

S3，设定轧制工艺参数，在室温条件下对高锡铝合金进行冷轧，得到板材。具体为：采用钢丝将纯铝板和高锡铝合金铸坯进行固定。然后送入轧机进行三道次大压下量轧制，第一道次轧制压下量约为25%，第二道次轧制压下量约为27%，第三道次轧制压下量约为21%，使得厚度为23mm的高锡铝合金铸坯先轧至17.3mm，再轧至12.7mm，最后轧至10mm。本实施例中，轧机为冶金行业常用的二辊冷轧机，轧制力为300吨。

S4，去除包覆于板材表面的纯铝板，对板材进行退火处理，退火处理温度设定为280℃，退火处理时间设定为6h，得到微观组织均匀、力学性能优异的高锡铝合金板材。采用该退火工艺，一方面有利于高锡铝合金中的铝合金基体产生回复与再结晶，降低板材因轧制变形而产生的加工硬化，改善了板材力学性能；另一方面有利于轧制延长的锡带熔化、断开、扩散和聚集，促使锡相重新分布，促使锡相在铝合金基体中均匀分散。

实施例三，一种高锡铝合金板材的制造方法，具体包括如下步骤：

S1，利用带式水平连铸机制备出厚度为25mm的高锡铝合金铸坯，该高锡铝合金铸坯按重量百分比计包括如下组分：21.8%的 Sn，1.05%的 Cu，0.04%的 Fe，0.07% 的Si，0.13%的Ti，余量为Al。具体地，将温度为750℃的高锡铝合金熔体经通道进入带式连铸机的前箱，然后经料嘴进入腔体冷却，该腔体包括上、下两条循环转动的水冷钢带或者玻璃纤维，冷却速度设定为80℃/s，冷却后的铸坯经夹送辊拉出。

S2，在高锡铝合金铸坯表面包覆厚度为1.2mm的纯铝板，所述纯铝板的纯度≥99.5%。

所述纯铝板包覆于高锡铝合金铸坯表面前先进行退火处理，退火温度设定为400℃，退火时间设定为2h，该退火处理的目的是为了将纯铝板进一步软化，以便于后续与铝合金铸坯一起进行大压下量轧制。

采用喷砂的方法对纯铝板和高锡铝合金铸坯进行表面刷光处理，主要是为了增加纯铝板和高锡铝合金铸坯的表面摩擦力，提高两个工件的协同变形能力，在轧制过程中，通过上、下表面纯铝板束缚中间高锡铝合金铸坯，有效避免高锡铝合金铸坯产生开裂倾向。

S4，去除包覆于板材表面的纯铝板，对板材进行退火处理，退火处理温度设定为350℃，退火处理时间设定为2h，得到微观组织均匀、力学性能优异的高锡铝合金板材。采用该退火工艺，一方面有利于高锡铝合金中的铝合金基体产生回复与再结晶，降低板材因轧制变形而产生的加工硬化，改善了板材力学性能；另一方面有利于轧制延长的锡带熔化、断开、扩散和聚集，促使锡相重新分布，促使锡相在铝合金基体中均匀分散。

分别对原始高锡铝合金铸坯和经冷轧-退火处理制得的高锡铝合金板材进行力学性能测试，结果参见图3、图5和图6，通过该方法制备的高锡铝合金，内部锡相由原来铸态组织的网状分布转变为细小、弥散的均匀分布，硬度由原来的28.2HV提高到了47.3HV，抗拉强度由原来铸态的93.6MPa提高到了115MPa，增长了22.8%。延伸率由原来铸态的13.6%提高到了23.5%，增长了72.7%。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高锡铝合金板材的制造方法，其特征在于：在高锡铝合金铸坯表面包覆纯铝板，设定轧制工艺参数，在室温条件下对高锡铝合金进行冷轧，得到板材；

去除包覆于板材表面的纯铝板，对板材进行退火处理。

2.根据权利要求1所述的高锡铝合金板材的制造方法，其特征在于，所述高锡铝合金铸坯按重量百分比计包括如下组分：

17~22%的 Sn，0.8~1.3%的 Cu，≤0.1% 的Fe，≤0.1%的 Si，≤0.2%的 Ti，余量Al；

所述纯铝皮的纯度≥99.5%。

3.根据权利要求1或2所述的高锡铝合金板材的制造方法，其特征在于：所述高锡铝合金铸坯的厚度为20~25mm，纯铝板厚度为0.8~1.2mm。

4.根据权利要求1或2所述的高锡铝合金板材的制造方法，其特征在于，对板材进行退火处理具体为：将板材在温度为250~350℃的条件下，保温2~10h。

5.根据权利要求1或2所述的高锡铝合金板材的制造方法，其特征在于：所述纯铝板包覆于高锡铝合金铸坯表面前先进行退火处理，退火温度设定为300~400℃，退火时间设定为2~10h。

6.根据权利要求1或2所述的高锡铝合金板材的制造方法，其特征在于：所述高锡铝合金铸坯和纯铝板进行包覆处理前先进行表面处理，以保证高锡铝合金铸坯和纯铝板的待结合表面质量。

7.根据权利要求1或2所述的高锡铝合金板材的制造方法，其特征在于：在室温条件下对高锡铝合金进行冷轧的轧制道次设定为2~5道次，每道次轧制压下量为20~50%。

8.根据权利要求1或2所述的高锡铝合金板材的制造方法，其特征在于：所述高锡铝合金铸坯通过带式连铸机制备，将温度为700~780℃的高锡铝合金熔体经通道进入带式连铸机的前箱，然后经料嘴进入腔体冷却，该腔体包括上、下两条循环转动的水冷钢带或者玻璃纤维，冷却速度设定为60~100℃/s，冷却后的铸坯经夹送辊拉出。

9.一种高锡铝合金板材，其特征在于：采用权利要求1~8任一项所述的高锡铝合金板材的制造方法制得。

10.一种权利要求9所述的高锡铝合金板材在船用低速机轴瓦中的应用。