АНТИФРИКЦИОННЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
ANTIFRICTION ALLOY BASED ON ALUMINIUM, AND METHOD FOR ITS PRODUCTION

Изобретение относится к металлургии, в частности к антифрикционным сплавам на основе алюминия и способам их получения.
Наиболее близким к заявляемому сплаву является антифрикционный сплав на основе алюминия (РФ 2441931 C1, C22C 21/00, опубл. 10.02.2012) следующего состава, мас.%: свинец 13,5-15,5, олово 4,5-5,5, медь 0,5-1,5, индий 0,5-1,5, висмут 0,5-1,3, остальное - алюминий.
Недостатком данного сплава является использование для его получения таких дефицитных и дорогостоящих металлов, как олово, индий и висмут.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения сплавов на основе алюминия системы алюминий-свинец-олово (РФ 2452783 C1, C22C 1/02, опубл. 10.06.2012), включающий контактное плавление алюминиевой заготовки и сплава свинца с оловом эвтектического состава при температуре 600-655°C, при времени выдержки при контактном плавлении, составляющем 1 мин на 1 мм толщины алюминиевой заготовки.
Недостатком данного прототипа является использование для его получения дефицитного и дорогостоящего олова и применение свинца при получении сплава в интервале температуры 600-655°C.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании антифрикционного сплава, не имеющего в своем составе дефицитных металлов, обладающего повышенной прочностью и твердостью при снижении линейного износа и коэффициента трения сплава.
Данный результат достигается тем, что антифрикционный сплав на основе алюминия содержит свинец, цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%: свинец 20-40, цинк 7-15, алюминий - остальное.
2
Введение в предложенный сплав цинка и приготовление его в соответствии с предложенным ниже способом обеспечивает повышение предела прочности на растяжение до 270 МПа и твердости HB до 650, снижение линейного износа до 80 мм и коэффициент трения без смазки до 0,12-14.
Технический результат по способу достигался за счет того, что приготовленную заготовку гетерофазного сплава алюминия с цинком с содержанием 20-50 мас.% Zn помещают в расплав свинца при 530-570°C, с выдержкой при контактном плавлении из расчета 1 мин на 5 мм толщины сплава Al-Zn. При контактировании происходит быстрое замещение свинцом из расплава жидких прослоек цинка в сплаве. Образуется сплав на основе алюминия, упрочненный цинком, со свинцом в виде прослоек, равномерно распределенных по объему. Выбор температурного режима 530-570°C обусловлен тем, что при температуре ниже 530°C проникание свинца не происходит, а при температуре выше 570°C происходит интенсивное разрушение легируемого материала.
Для проведения сравнительного анализа механических и антифрикционных свойств известного и предложенного сплавов было изготовлено несколько составов, которые приведены в таблице. Перед определением механических и антифрикционных свойств предложенный сплав подвергли термической обработке по следующему режиму: гомогенизация в течение 15 мин при 400°C, закалка в воду и старение при 150°C в течение 1 ч. Свойства предложенного и известного сплавов приведены в таблице. Испытания на износ проводили в режиме граничной смазки (диаметр ролика 30 мм, ширина 6 мм, число оборотов в 1 мин 180, нагрузка 10 кг, масло индустриальное 20). Коэффициент трения определялся по схеме сфера - кольцевой образец.
Пример получения антифрикционного сплава.
Для получения беспористого антифрикционного сплава состава, мас.%: свинец 30, цинк 10, алюминий - остальное вначале выплавляли сплав Al-Zn, содержащий 40 мас.% цинка, путем непрерывного перемешивания расплава Al-Zn при 700°C (это температура получения сплава Al-Zn) в течение 10 мин и резкого охлаждения расплава на медной водоохлаждаемой пластине. Полученную заготовку толщиной 2 см помещали в расплав свинца, нагретый до 530°C, и выдержали в нем в течение 2 мин. Свойства сплава даны в таблице.
Таблица
Сплав
Состав, №
Содержание компонентов в сплаве, мас.%
Предел прочности на растяжение, МПа
Твердость, НВ
Линейный износ, ×10 мм<sup>2</sup>
Коэффициент трения
Pb
Zn
Cu
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Al
Предложенный
1
20
15
-
-
Ост.
270
650
8
0,14
2
30
10
-
-
-||-
230
600
11
0,13
3
40
7
-
-
-||-
200
530
13
0,12
Сплав, выбранный за прототип
-
20
-
2,5
0.5
Ост.
150
510
14
0,15
Таким образом, с помощью описанного метода можно получить разнообразные сплавы на основе алюминия со свинцом, легированного элементами, упрочняющими алюминий, и обладающие улучшенными антифрикционными свойствами. Сплавы не содержат дефицитного олова и по свойствам превосходят аналогичные оловосодержащие сплавы. Способы производства технологичен, не требует специального оборудования и может быть автоматизирован.
Как следует из приведенных в таблице данных, предложенный сплав на основе алюминия обеспечивает по сравнению с известным сплавом повышение предела прочности на растяжение в 1,3-1,8 раза, твердости (HB) на 4-27%, снижение линейного износа на 7-43% и коэффициента трения на 7-20%.