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电弧增材制造技术在滑动轴承领域的应用(2)

阐述利用钎焊、激光熔覆、电弧喷涂、电弧堆焊等增材技术替代常规离心铸造制造滑动轴承的优势及目前的技术水平,以及随增材制造技术而研发的高温抗蠕变巴氏合金线材成分,线径1.6 mm的细线材加工技术现状,展望了增材制造应用在滑动轴承领域以及巴氏合金线材成分优化和相关配套技术的发展趋势,对过细SnSb相是否会加速轴径的磨损和多次电弧堆焊增材是否会影响结合强度的问题进行了探讨。


2、锡基巴氏合金成分的研究及其线材加工的现状

2.1 锡基巴氏合金成分的研究

锡基巴氏合金以Sn,Sb,Cu为基体,作为轴瓦的减摩层材料,自工业化应用以来有上百年的历史,GB/T 8740—2013《 铸造轴承合金锭》、GB/T 1174—1992《 铸造轴承合金》和ASTM B23:2014“Standard Specification for White Metal Bearing Alloys"给出的通用成分要求均以Sn,Sb,Cu为主成分。随着工业化的发展,轴瓦材料需适用于高速、重载和高温工况,近几十年对锡基巴氏合金成分的优化一直持续进行。


文献[21]在锡基巴氏合金( SnSb11Cu6)中添加微量的Ag, 结果表明Ag可提升轴瓦高温抗蠕变性能。文献[22]在SnSb12Cu6中添加0.6%Zn和0.1%Ag,然后将制成的轴瓦在100℃下进行耐冲击试验,结果表明其耐冲击性能为含Cd合金的2倍以上,原因为Cd虽可提高强度,但同时使合金脆化,降低了耐冲击载荷;而添加适量的Zn和Ag可提升高温强度,达到替代Cd的目的。Cd在软钎料领域曾广泛使用,用于降低熔点,提高润湿性,改善焊点质量,随着无铅化进程,其因强烈毒性被严格限制使用。


为提升锡基巴氏合金的高温强度,文献[23]添加了微量的Ni,Mn,As,Si,Cd,Fe,Al,V和稀土,但未给出详细添加作用说明。文献[24]研究在锡基巴氏合金中添加改良元素,结果表明:添加Ga和P可起到抗氧化作用;添加In可降低熔点和表面张力,提高润湿性和结合强度;添加Ni可改善铺展性能并细化晶粒,提高结合强度和耐磨性。文献[1]介绍了不同元素对锡基巴氏合金的作用:Ni可减少成分偏析,但会降低合金流动性;Cd可细化晶粒,提高合金硬度、强度、耐疲劳性和耐磨性;As可细化合金晶粒,减少合金的偏析,提高合金硬度、强度和耐磨性;适量的P可增加合金铸造时流动性;混合稀土可提高塑性和韧性;Bi,Pb和Fe为有害元素,应控制其含量。


在锡基巴氏合金中添加短碳纤维或碳纳米管作为锡基巴氏合金增强材料可明显提高耐磨性,但这2种材料的添加颇为复杂,需要镀铜后通过粉末冶金方法加入。


2.2 锡基巴氏合金线材的制造水平现状

目前国内轴瓦所用的锡基巴氏合金以铸锭方式提供,而增材制造用的锡基巴氏合金为线材,一般沿用软钎料制造技术制取,即合金配制→挤压铸锭制取→切除挤压铸锭浇铸帽口和表皮→挤压成线坯→拉拔减径。SnSb8Cu4的Sb,Cu含量不高,挤压线坯容易拉拔减径,而SnSb8Cu8及其他Sb含量10%以上的锡基巴氏合金用常规技术难以拉拔减径。常规的挤压技术难以避免挤压铸锭表面涂抹的润滑脂和空气进人挤压线坯内部,拉拔过程中出现油烟、炸火和飞溅物多等现象。拉丝模无法拉拔线径较细的线材,或拉拔的线材断后伸长率几乎为零,易折断,无法连续正常进行增材堆焊作业。


随着增材制造技术的推广,对锡基巴氏合金线材需求量的不断增加和要求的不断提高,2010年以来,绍兴市天龙锡材有限公司为配套摩根油膜轴承(上海)有限公司供应商本地化的要求,率先研发了高质量的锡基巴氏合金线材制作工艺。文献[27]研究了定量浇铸设备,用于制取挤压用,锡基巴氏合金铸锭,内在缺陷较少。文献[28]研究具有排气、排油和挤压铸锭表皮自动排出功能的挤压模具,消除了铸锭挤压过程夹杂油脂、空气等缺陷,满足了低飞溅和低油烟的要求。为解决Sb含量较高的锡基巴氏合金线径拉拔难题,文献[29-30]通过辊模可将线坯拉拔到φ1.60mm左右,拉拔过程不再使用润滑油脂,进一步减少了线材使用过程中油烟的产生。目前,国内生产的锡基巴氏合金线材已能满足国内市场需求,使用效果基本与国外同类产品相似。

图1 巴氏合金丝(来源百度百科)

(未完待续,第一部分请见网站:电弧增材制造技术在滑动轴承领域的应用(1))

(来源:轴承杂志社)



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