鉛基軸承合金又稱鉛基巴氏合金。是鉛銻錫銅合金，它的硬度適中，磨合性好，摩擦係數稍大，而韌性很低。主要用於電纜、蓄電池等。一種以鉛和銻為基的軸承合金。其室溫組織為軟基體α固溶體（銻溶入鉛中的固深體）上分布著硬質點β相（鉛溶入銻中的固溶體）。為了提高強度、硬度和耐磨性，通常加入6%～16%錫，為了防止比重偏析，常加入1%~2%銅。此外，加入少量砷和鎘可以細化組織提高合金的高溫硬度。與錫基軸承合金相比，強度、硬度、耐磨性、衝擊韌性均較低，通常製成雙層或三層金屬結構，用作低速、低負荷或靜載下工作的中等負荷的軸承。高速低載荷，溫度低於-150℃的軸承。因此，它適用於澆注受震較小，載荷較輕或速度較慢的軸瓦。
基本介紹
簡介,強韌化對策,鉛基軸承合金軸瓦的鑄造,總結,
簡介
錫和鉛基巴氏合金是減摩性最好的軸承材料，然而由於它們強度較低，近年來在汽車發動機比功率日益提高的情況下，其使用量已愈來愈多地被銅鉛和鋁錫合金取代。
六十年代初，為解決國內市場錫的供應不足和降低材料成本，曾研製了鉛基軸承合金CHPbSb 10-6代替錫基合金供生產汽車發動機軸瓦，儘管該合金比當時流行的蘇聯鉛基合金COC 6-6疲勞強度高，但對於比壓力超過13.7兆帕的軸承。仍然會發生過早疲勞剝落。所以七十年代以來國內研製的汽車發動機，多採用銅鉛或鋁錫合金的軸瓦。然而這兩種合金走合性比巴氏合金差，要求匹配的軸頸硬度不低於HB300和較高加工精度，對機油濾清和更換周期的要求亦高，否則軸瓦易擦傷、軸頸過早磨損。此外，銅或鋁合金軸瓦因材料熱膨脹係數大，與軸頸的配合間隙通常要求比巴氏合金軸瓦大40-50%，不然在高轉速時易發生抱軸或燒瓦，而在較低轉速下由於軸承間隙大，發動機噪聲亦增加。使用鋁合金軸瓦還有加工性能差的問題，在車或撞削加工內表面時，光潔度難達到圖紙要求，採用擠刮工藝則易使合金層表面形變碩化，導致顯微裂紋。鋁錫合金軸瓦手工刮削也比較困難，因而在設備條件較差的維修廠，往往不受歡迎。銅鉛軸瓦國內尚無連續澆鑄的雙金屬帶利生產，採用離心澆鑄則有比重偏析問題，一般只能做到25%以下含鉛量的合金層，軸瓦的減摩性更差、與軸頸亦較難走合，所以往往需要在軸瓦內表面再鍍一層鉛錫合金。
強韌化對策
鉛基軸承合金CHPbSb 10-6是針對蘇聯鉛基合金COC6-6的不足，研究開發出來的。它具有鉛合金特有的低彈性橄數值，但極限弧度高於COC 6-6，極限強度與彈性棋數比值亦高於後者。因而軸瓦在相同彈性應變下合金層中應力較低，而與極限強度成正比的抗疲勞強度又比COC 6-6高，所以抗疲勞剝落性能優越，可與錫基合金B91相當。二十多年來該合金的軸瓦配件在華東等地區解放牌汽車上得到普通使用。但巴氏合金畢竟是軟基體中散布著硬質點的合金，所以疲勞強度在很大程度上受到墓體強度的限制，它是這類合金的共同弱點。一般巴氏合金層厚0.2-0.3毫米的軸瓦，載荷極限只13.7兆帕，若將軸瓦合金層減薄到0.06-0.125毫米，則承受的比壓力可達16.7兆帕。顯然，製造這樣的軸瓦要求很高的加工水平和曲軸精度，在前的國內生產條件下是不可取的。
為了解決軸承合金減摩性能與抗疲勞強度的矛盾，歷來有人做了不少工作。七十年代，自高錫鋁合金Alsn2ocul得到推廣後，國外曾研究將其中含錫量增至30-40%,這時軸瓦對軸勁的擦傷和承順性以及對外來異物的嵌藏性雖有了改替，但合金層的疲勞強度有所下降、與鋼背的結合能力亦降低。因為鈴防礙了鋁與鋼的咬合，使雙金屬帶的軋制變得困難。迄今這種含錫量高達30%以上的鋁合金軸瓦，尚未見在汽車發動機中大量使用。
鉛合金CHPbsb10-6為鉛-銻-錫三元亞共晶合金，鑄態下的組織為鉛固溶體中散布著二元和三元共晶析出相。二元共晶為a-Pb和金屬間化合物SbSn，三元共晶由二元共晶再加銻析出相組成。SbSn和銻相碩度較高但脆，所以軸瓦金相中只容許它們以細小點塊狀均勻散布在a-Pb基體中。鉛固溶體常以樹技狀的初晶體出現，軸瓦的疲勞裂紋往往在這些強度低的枝品中萌發，為此要儘量減少鉛固溶體枝晶在受力截面中的比份，但是靠提高銻、錫含量來增加共晶組分的比例會降低合金塑韌性。因此，生產中對軸瓦澆注合金後採取快速冷卻的措施以獲得儘可能細小的枝晶來減少其不利影響。
為了提高上述合金的強度而又不降低韌性，除避免樹枝狀晶體出現外應使鉛固溶體進一步強化，其次要使硬質中間相細化並均勻分散析出。通過調整合金元素組成，獲得了較理想的金相組織。主要是添加了銅、砷、鎳和鎘等元素，起了強化基體、改變中間相組成及形態和細化程度的作用。
鉛基軸承合金軸瓦的鑄造
鉛基軸承合金製造軸瓦的工藝方法也很簡單，有能力製造錫基軸瓦條件的單位均能製造鉛基軸瓦，但澆注溫度要高於錫基合金60-100℃。為了使軸承合金與鋼殼粘合牢固，在合金與鋼殼交界處鍍上一層錫，使之形成一層互相滲透的過渡區（FeSn，FeSn2），促使巴氏合金與鋼殼牢固的粘合。試製階段曾用掛純錫來澆注鉛基巴氏合金軸瓦，效果不佳，後用焊錫（60%Sn，40%Pb）。掛錫之前對鋼殼內孔清潔度要求是極其嚴格的，不能有油污，氧化物。我廠對批量小的軸瓦一律採用“低速無氧化切削”代替鹼，酸化學清價工藝，方法是：鋼背粗加工後，內孔留有0.5mm加工餘量，在澆注前兩個小時之內，在車床上將內孔進行車削加工，轉速約120轉/分，進刀量約0.9mm，吃車深度0.5mm。車削之前，所用的刀具、量具、夾具要用鹼洗去除油污，車削時不準加潤滑油或冷卻液，經低速加工後的鋼背內表面絕對禁止接觸任何東西，更不能用手摸。這種簡單而實用的工藝方法是上海動力機廠的創造，六十年代中期，曾用這種工藝方法鑄造了大量的巴氏合金軸瓦，從巴氏合金與鋼背粘合磚強度要求來看，此工藝是值得推廣的。經低速切肖。力口工過的鋼背應很快刷上ZnCl2溶液並予雄然後浸入300-320℃的焊錫鑄鐵坩堝內，待焊錫液停止冒泡時可取出裝上法藍盤進行離心鑄造。經鍍過錫的鋼背內表面應呈銀白色，焊錫液能在整個內表面流動。如果出現淡藍色、黃色這說明錫液溫度過高，由於錫液溫度高而造成液面氧化膜多。應嚴格控制爐溫。如果內表面出現黑色斑點，這是由於清潔不徹底所致，要用刮刀除去氧化物，重新刷ZnCl2進行第二次鍍錫。塗刷ZnCl2溶劑的作用是消除鋼背內表面的氧化膜。自製溶劑是將金屬鋅投入工業用鹽酸里，待反應終止，即飽和狀態，去掉液體ZnCl2表面的氧化渣即可使用，從實踐看米，自配ZnCl2溶液的使用效果較佳。為了使巴氏合金與鋼背之間結合牢固，最理想的情況是在結合面形成一層連續的、成分逐漸變化的過渡層合金Sn與Fe形成FeSn或FeSn2。當青銅作瓦背時Sn與Cu形成Cu6Sn3或Cu3Sn化合物。所有化合物均具有很大的硬脆性，巴氏合金就是依靠這些化合物體作為過渡層與鋼背粘合在一起，過渡層不宜太厚，否則要影響粘合強度。錫液溫度低是造成過渡層厚的原因之一，鍍錫層應該是薄而均勻的。
鉛基巴氏合金鑄造性能與結晶溫度範圍有密切關係，而結晶溫度範圍是由合金里含Cu量來決定的，如果添加0.1%Cu的合金，其固相線升高6℃，這是因為Cu量的增加，使合金液開始析出Cu6Sn5的溫度提高而造成的。合金在第一階段結晶時首先析出初生晶體，隨著溫度降低，初生晶體不斷成長而且數量不斷增多。由於初生晶體與母液的比重差，將使合金產生比重偏析。如果在緩慢冷卻的倩況下，合金產生比重偏析更為嚴重，合金結、晶溫度範圍愈大，這種合金偏析愈明顯。因此，為了獲得細小均勻的初生晶體，在合金澆注後，待合金液溫度降至液相線溫度時，就可採用水氣混合冷卻鋼背或用水強制冷卻在30℃/S-80℃/S的冷卻速度下結晶。應考濾順序凝固的條件，合理的凝固方向應由鋼背開始，然後沿著垂直於鋼背的方向逐漸向合金液內部推移，這樣能保證粘合質量。使得靠近工作層的合金組織細化，均勻，避免了氣孔，疏鬆、夾渣等缺陷。
用鉛基巴氏合金鑄造軸瓦工藝並不複雜，但鉛熔化後即有鉛煙散發在空中，很快又凝聚成白色煙霧狀的氣溶膠，熔化溫度越高，揮發量就越大。鉛煙塵既是化學性毒物又是物理性毒物，通過呼吸道、皮膚、消化系統進入人體，對人的危害極大，一旦吸入過量的鉛，沉積淤
肝、肺、腦等，可長期而穩定地存在，臨床表現為腹絞痛，神精衰弱，對神精系統往往有頭痛、煩燥，對消化系統有消化不良、噁心、食欲不振等。為了防止鉛塵的污染，確保工人身體健康，鉛基軸承合金熔煉設備應裝有防塵措施。使作業區的空氣中含鉛的密度小於0.03mg/m3。鉛煙淨化裝置使用後經測定，作業區距爐子一公尺範圍內空氣中含鉛的濃度低於國家允許標準、對有鉛基軸承合金生產的工廠，必須裝置KE型鉛煙淨化裝置，改善作業環境，保障工人身體健康。
總結
1.亞共晶鉛基銻錫軸承合金中加入砷、銅等合金元素並適當調整配比，可使軸瓦承載能力提高30--40%。用於東風牌EQ140汽車的6100汽油發動機，這種合金軸瓦使用壽命超過10萬公里。在工作條件苛刻、流體動力潤滑油膜經常處於較薄情況的旋轉活塞式發動機中，新的鉛基合金軸瓦亦有滿意的使用效果。
2.這種高強度鉛基合金的工藝性能良好，軸瓦澆鑄質量容易控制，用一般熔煉和澆鑄巴氏合金軸瓦的設備即能生產。其原材料成本，初步估算比常用的錫基合金CHSnSb 4.5-4.5低70%左右，作者已掌握用還原法製取金屬砷，大量使用該合金時，原材料成本可進一步降低。
3.砷與鉛固然都是有毒元素，前者的毒性更嚴重，但是在熔煉和澆鑄中採取一定的防護措施是一可以做到安全生產的。
