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        電弧增材制造技術在滑動軸承領域的應用(2)

        闡述利用釬焊、激光熔覆、電弧噴涂、電弧堆焊等增材技術替代常規離心鑄造制造滑動軸承的優勢及目前的技術水平,以及隨增材制造技術而研發的高溫抗蠕變巴氏合金線材成分,線徑1.6 mm的細線材加工技術現狀,展望了增材制造應用在滑動軸承領域以及巴氏合金線材成分優化和相關配套技術的發展趨勢,對過細SnSb相是否會加速軸徑的磨損和多次電弧堆焊增材是否會影響結合強度的問題進行了探討。


        2、錫基巴氏合金成分的研究及其線材加工的現狀

        2.1 錫基巴氏合金成分的研究

        錫基巴氏合金以Sn,Sb,Cu為基體,作為軸瓦的減摩層材料,自工業化應用以來有上百年的歷史,GB/T 8740—2013《 鑄造軸承合金錠》、GB/T 1174—1992《 鑄造軸承合金》和ASTM B23:2014“Standard Specification for White Metal Bearing Alloys"給出的通用成分要求均以Sn,Sb,Cu為主成分。隨著工業化的發展,軸瓦材料需適用于高速、重載和高溫工況,近幾十年對錫基巴氏合金成分的優化一直持續進行。


        文獻[21]在錫基巴氏合金( SnSb11Cu6)中添加微量的Ag, 結果表明Ag可提升軸瓦高溫抗蠕變性能。文獻[22]在SnSb12Cu6中添加0.6%Zn和0.1%Ag,然后將制成的軸瓦在100℃下進行耐沖擊試驗,結果表明其耐沖擊性能為含Cd合金的2倍以上,原因為Cd雖可提高強度,但同時使合金脆化,降低了耐沖擊載荷;而添加適量的Zn和Ag可提升高溫強度,達到替代Cd的目的。Cd在軟釬料領域曾廣泛使用,用于降低熔點,提高潤濕性,改善焊點質量,隨著無鉛化進程,其因強烈毒性被嚴格限制使用。


        為提升錫基巴氏合金的高溫強度,文獻[23]添加了微量的Ni,Mn,As,Si,Cd,Fe,Al,V和稀土,但未給出詳細添加作用說明。文獻[24]研究在錫基巴氏合金中添加改良元素,結果表明:添加Ga和P可起到抗氧化作用;添加In可降低熔點和表面張力,提高潤濕性和結合強度;添加Ni可改善鋪展性能并細化晶粒,提高結合強度和耐磨性。文獻[1]介紹了不同元素對錫基巴氏合金的作用:Ni可減少成分偏析,但會降低合金流動性;Cd可細化晶粒,提高合金硬度、強度、耐疲勞性和耐磨性;As可細化合金晶粒,減少合金的偏析,提高合金硬度、強度和耐磨性;適量的P可增加合金鑄造時流動性;混合稀土可提高塑性和韌性;Bi,Pb和Fe為有害元素,應控制其含量。


        在錫基巴氏合金中添加短碳纖維或碳納米管作為錫基巴氏合金增強材料可明顯提高耐磨性,但這2種材料的添加頗為復雜,需要鍍銅后通過粉末冶金方法加入。


        2.2 錫基巴氏合金線材的制造水平現狀

        目前國內軸瓦所用的錫基巴氏合金以鑄錠方式提供,而增材制造用的錫基巴氏合金為線材,一般沿用軟釬料制造技術制取,即合金配制→擠壓鑄錠制取→切除擠壓鑄錠澆鑄帽口和表皮→擠壓成線坯→拉拔減徑。SnSb8Cu4的Sb,Cu含量不高,擠壓線坯容易拉拔減徑,而SnSb8Cu8及其他Sb含量10%以上的錫基巴氏合金用常規技術難以拉拔減徑。常規的擠壓技術難以避免擠壓鑄錠表面涂抹的潤滑脂和空氣進人擠壓線坯內部,拉拔過程中出現油煙、炸火和飛濺物多等現象。拉絲模無法拉拔線徑較細的線材,或拉拔的線材斷后伸長率幾乎為零,易折斷,無法連續正常進行增材堆焊作業。


        隨著增材制造技術的推廣,對錫基巴氏合金線材需求量的不斷增加和要求的不斷提高,2010年以來,紹興市天龍錫材有限公司為配套摩根油膜軸承(上海)有限公司供應商本地化的要求,率先研發了高質量的錫基巴氏合金線材制作工藝。文獻[27]研究了定量澆鑄設備,用于制取擠壓用,錫基巴氏合金鑄錠,內在缺陷較少。文獻[28]研究具有排氣、排油和擠壓鑄錠表皮自動排出功能的擠壓模具,消除了鑄錠擠壓過程夾雜油脂、空氣等缺陷,滿足了低飛濺和低油煙的要求。為解決Sb含量較高的錫基巴氏合金線徑拉拔難題,文獻[29-30]通過輥??蓪⒕€坯拉拔到φ1.60mm左右,拉拔過程不再使用潤滑油脂,進一步減少了線材使用過程中油煙的產生。目前,國內生產的錫基巴氏合金線材已能滿足國內市場需求,使用效果基本與國外同類產品相似。

        圖1 巴氏合金絲(來源百度百科)

        (未完待續,第一部分請見網站:電弧增材制造技術在滑動軸承領域的應用(1))

        (來源:軸承雜志社)



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