一种低膨胀率自润滑铝合金轴套及其制备工艺

技术领域

本发明涉及型材技术领域，特别是涉及一种低膨胀率自润滑铝合金轴套及其制备工艺。

背景技术

近年来，随着我国的液压元件行业的升级换代，齿轮泵朝着压力大、体积小、噪音小、使用寿命长等方向发展。液压齿轮泵有泵体、端盖、齿轮及轴套组成，其中轴套在齿轮泵高速运转过程中的膨胀系数直接决定着齿轮泵的工作效率。因此作为齿轮的支撑元件轴套需要更高的技术要求——低膨胀系数、自润滑的轴套。

现有常用铝合金ZL111和A380的线性膨胀系数均在23.21E-6/K左右，本发明将提供一种线性膨胀系数低于现有常用铝合金的自润滑铝合金轴套及其制备工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种线性膨胀系数低于现有常用铝合金的低膨胀率自润滑铝合金轴套及其制备工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种低膨胀率自润滑铝合金轴套，由以下质量百分比的成分制成：硅：1.5-3.0％，锰：0.5％-1.5％，铜：3.5-5.0％，锡：3.5-5.5％，镁：0.35-0.65％，铁：≤0.25％，其余为纯铝。

在本发明一个较佳实施例中，所述低膨胀率自润滑铝合金轴套由以下质量百分比的成分制成：硅：3.0％，锰：1.5％，铜：5.0％，锡：5.5％，镁：0.65％，铁：≤0.25％，其余为纯铝。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种制备如上所述低膨胀率自润滑铝合金轴套的工艺，包括以下步骤：

首先，将单晶硅制备成20％的铝硅合金，电解铜制备成50％的铝铜合金，锰制备成15％的铝锰合金；

然后，按照上述比例依次加入纯铝、铝硅合金、铝铜合金、铝锰合金，熔化至680℃时，利用钟罩压入镁块；

接着，精炼变质后，同样利用钟罩压入锡；

最后，搅拌均匀后，浇入模具。

在本发明一个较佳实施例中，浇入磨具之后选用250℃*10H的工艺进行固溶时效处理以达到理想中的铸件。

本发明加入质量百分数1.5-3.0％的硅，使其形成亚共晶硅组织，其存在形态为面心立方晶体，会使合金韧性增加，同时降低合金的膨胀系数；

本发明打破传统的认识：即合金的膨胀系数随着铜含量的降低而增大，在配比中加入3.5-5.0％的铜，在此区间范围内合金的Mg

本发明加入0.5％-1.5％锰后，AL-Mn合金在铝合金中以MnAl

本发明中加入0.35-0.65％镁后，形成β相，通过后续固溶时效处理后，将以连续沉淀方式析出。并且将整个合金的硬度从55HB左右提高至80-85HB硬度。同时降低热裂倾向，显著提高铝合金的抗腐蚀作用。

本发明打破铝合金中锡是杂质的传统认识，通过显著增加锡的含量3.5-5.5％，锡在后期通过250℃的时效处理时将锡打小成分子并存于铝合金晶体间，当齿轮与轴套面高速旋转摩擦时晶体间的锡分子起到一种自润滑效果。为了消除铝合金中的铝对材料产生的腐蚀副作用，通过加入的锰和镁等细化晶体组织，抵消锡的副作用，从而使材料达到耐腐蚀的作用。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所述配方打破常规情况下提高硅和铜在铝合金中的质量百分来降低铝合金的线性膨胀系数的做法，在低铜、低硅的配比下能达到线性膨胀系数小于常规铝合金的23.21E-6/K的膨胀系数；

(2)本发明所述配方可以在-40℃～60℃的工作环境下，具备非常小的尺寸膨胀系数以保证其高效稳定的运转，主要以硅铝基体中加入各种质量比例的合金，通过此配方可达到膨胀系数为19.00E-6～20.50E-6/K之间的自润滑铝合金材料。

附图说明

图1是通过三种铝合金材料的膨胀系数得到铝合金对比膨胀曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

实施例1：

一种低膨胀率自润滑铝合金轴套，由以下质量百分比的成分制成：硅：3.0％，锰：1.5％，铜：5.0％，锡：5.5％，镁：0.65％，铁：≤0.25％，其余为纯铝。

制备如上所述低膨胀率自润滑铝合金轴套的工艺，包括以下步骤：

首先，将单晶硅制备成20％的铝硅合金，电解铜制备成50％的铝铜合金，锰制备成15％的铝锰合金；

然后，按照上述比例依次加入纯铝、铝硅合金、铝铜合金、铝锰合金，熔化至680℃时，利用钟罩压入镁块；

接着，精炼变质后，同样利用钟罩压入锡；

最后，搅拌均匀后，浇入模具。

由于镁在铝合金中溶入后，使得α-AL的晶格产生畸变，故浇入磨具之后选用250℃*10H的工艺进行固溶时效处理以达到理想中的铸件。

通过试验不同温度测量材料ZL111铝、A380铝和本示例所述铝合金的膨胀系数得到如图1所示的铝合金对比膨胀曲线图及表格1。表1中的温度为华氏摄氏度，长度单位为毫米。

表1

每变化1K等同于1℃，通过图表可以计算得出：ZL111铝的膨胀系数为：23.52E-6/K；A380铝的膨胀系数为：23.12E-6/K；自制合金铝的膨胀系数约为：19.28E-6/K。

实施例2：

一种低膨胀率自润滑铝合金轴套，由以下质量百分比的成分制成：硅：3.0％，锰：1.5％，铜：3.5％，锡：5.5％，镁：0.65％，铁：≤0.25％，其余为纯铝。

该低膨胀率自润滑铝合金轴套的制备方法步骤如实施例1中所述，此处不再赘述。

实施例3：

一种低膨胀率自润滑铝合金轴套，由以下质量百分比的成分制成：硅：3.0％，锰：1.5％，铜：5.0％，锡：4.5％，镁：0.45％，铁：≤0.25％，其余为纯铝。

该低膨胀率自润滑铝合金轴套的制备方法步骤如实施例1中所述，此处不再赘述。

实施例4：

一种低膨胀率自润滑铝合金轴套，由以下质量百分比的成分制成：硅：3.0％，锰：1.5％，铜：5.0％，锡：3.0％，镁：0.65％，铁：≤0.25％，其余为纯铝。

该低膨胀率自润滑铝合金轴套的制备方法步骤如实施例1中所述，此处不再赘述。

将以上实施例进行对比，分析得到如下表格2：

表2

实施例2和例1对比：当铜含量百分比降低时膨胀系数明显上升，硬度明显下降；

实施例3和例1对比：当锡和镁含量下降时膨胀系数明显上升，硬度明显下降；

实施例4和例1对比：单纯减少锡的含量，硬度变化不大，但是膨胀系数明显上升。

通过三组试验对比后，分析得出实施例1是最佳实施例。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。