一、滑塊簡介

1. 萬向接軸是軋鋼機的重要部件之一，它可以傳遞較大的扭矩，在我國的大中型軋機上，特別是必須保證較大工作傾角使軋輥獲得較大的輥縫調整范圍的初軋機，常用十字滑塊式萬向接軸。

2. 在使用過程中，由于結構的限制和工作條件的特殊，使滑塊常常產生早期嚴重磨損，使用壽命短，成為主要的易損件之一。

3. 早期滑塊多選擇使用鋁青銅材質，后經不斷發展先后采用了高錳鋁青銅、高力黃銅等材質，最后選擇了耐磨性、力學性能、鑄造性能、延展性、塑性以及耐蝕性都非常均衡的錫青銅材質作為滑塊的首選材質。

鋁青銅ZCuAl10Fe3

鋁青銅的特性是化學穩定性高，耐酸、堿、蒸氣等腐蝕性物質的侵蝕，同時具有一定的耐磨性和工藝性能，但是鑄件內容易產生難熔的氧化物一氧化鋁，鑄造時較為困難，且在實際使用時發現鋁青銅滑塊耐磨性和強度達不到使用要求，就把目光放在了高錳鋁青銅身上。

高錳鋁青銅ZCuAl8Mn13Fe3

高錳鋁青銅具有很高的強度和硬度，良好的耐磨性能和鑄造性能，合金致密性能高，耐蝕性好，有很高的力學性能，腐蝕疲勞強度高，但是在使用過程中會有嚴重發熱現象和硬度過高對工件本體產生較大的磨損，隨后就有了高力黃銅材質的滑塊。

高力黃銅ZCuZn25Al6Fe3Mn3

高力黃銅有很高的力學性能，鑄造性能良好，耐蝕性較好，可以焊接，適用高強、耐磨零件，如橋梁支撐板、螺母、螺桿、耐磨板、滑塊和渦輪等，錳能顯著提高黃銅的工藝性能、強度和耐蝕性。鋁能在很人 程度上提高黃銅的強度，改善它們對腐蝕的穩定性，但塑性顯著降低。但在使用過程中也發現了高力滑塊的缺點，雖然高力黃銅強度和硬度都很高，但因為材料里面含有大量的鋅，配合鐵、錳、鋁等元素極易造成產品硬而脆，塑性較低，也不能滿足軋機的使用，最終又促成了錫青銅滑塊的產生。

錫青銅12-2 CuSn12Ni2

錫青銅的特點是有高的耐磨性、力學性能、鑄造性能、延展性、塑性以及良好的耐蝕性，是我們最常用的有色合金 之一。合金中的錫的含最一般不超過13% （極少數達15%）,過高則降低其塑性。除錫以外，錫青銅中 一般并含有少量的鋅、鉛、磷、鎳等元素。鋅提高低錫青銅的力學性能和流動性；鉛能改善青銅的耐磨性能和可切削加工性，但卻降低其力學性能；鎳能細化青銅的晶粒，提高力學性能和腐蝕性；磷能提 高青銅的韌性、硬度、耐磨性和流動性。含有磷的錫青銅，叫磷青銅，它的性能比一般錫青銅要好。錫青銅一般多用于鑄造耐磨零件（如軸瓦、軸套、滑塊）和酸堿蒸氣等腐蝕氣體接觸的鑄件。

二、滑塊產品種類

1. 我公司專業鑄造及加工滑塊，在鑄造滑塊工藝及加工水平處于領先地位。依據中華人民共和國國家標準《鑄造銅及銅合金GB/T 1176--2013》、《銅及銅合金鑄件 GB/T  13819--2013》文件，對客戶產品進行鑄造和加工。

2. 我公司現生產滑塊產品材質有：黃銅ZCuZn38、高力黃銅ZCuZn25Al6Fe3Mn3、鋁青銅ZCuAl9Fe4、 ZCuAl9Fe4Ni4Mn2、高錳鋁青銅ZCuAl8Mn13Fe3Ni2、錫青銅ZCuSn12Ni2等。材質種類范圍廣，生產量大。

3. 錫青銅ZCuSn12Ni2材質，為我公司特殊配料，特殊工藝，在運用滑塊產品上得到各客戶的認同，錫青銅ZCuSn12Ni2材質滑塊，具有耐磨系數高、抗高溫、鑄造性能好、塑性高、延展性強等優點。

4. 我公司對現產品銷售于北京首鋼、萊鋼、寶鋼、太鋼、山鋼等國內公司，產品材質及物理檢測性能有很好的范圍，給予長期合作，已達成共識。

三、滑塊的改進工藝

1. 我公司鑄造滑塊工藝為鋼模鑄造，鋼模的優點在于對鑄件冷卻速度快，內部結構致密性好，無窩渣、夾渣、氣孔等缺陷。

2. 在熔煉工藝上，使用現配料方式，以客戶為中心，根據客戶要求提供材質及圖紙尺寸，來滿足要求。

3. 用中頻電爐熔煉，提取試樣及試塊，爐前檢測和物理性能檢測，并做出材質報告，而進行鑄造。用加工設備先初車在進行退火出理，再精加工，工序流程運轉合理。

4. 在高力黃銅的配料上，提高銅的含量，降低鋁、鐵、錳、鋅的含量，在保持一定強度的同時提升滑塊的塑性和延展性；在錫青銅12-2配料上，保持銅和鎳在成分標準的上限，提高塑性和細化晶粒的作用，并且首創加入磷和鉛元素，前者能提高青銅的韌性、硬度、耐磨性和流動性，后者能改善青銅的耐磨性能和可切削加工性，綜合性能遠遠大于常規的錫青銅12-2材質，為我司自主研發的滑塊材質。

5. 為了解決滑塊內部組織晶粒粗大問題，我們聯系了從事銅合金領域研究的各大院校和研究所，通過一系列論證和實驗并根據我們實際情況建議將稀土合金加入到銅合金當中。稀土元素在銅合金中主要產生三大作用：凈化作用、變質作用和合金化作用。稀土與銅中的氧、氫、硫、磷、錫、鉍和鉛等雜質元素的相互作用見表1和表2。

表1稀土元素在銅熔液中與氧、硫元素的熱力學性質研究結果（1200℃）

表2某些雜質元素與稀土元素生成的化合物的熔點

5.1脫氧：稀土金屬與氫作用生成REH型的穩定氫化物，，從而使銅溶液中的氫得到控制，阻止在塑性加工過程中發生"氫脆"的可能。

5.2除雜：稀土的化學活性很強，能與許多易熔成分結合成為難熔的二元或者多元化合物。

5.3變質作用：首先，稀土能夠消除枝狀晶區、急劇細化晶粒，并且稀土高熔點化合物可以呈彌散狀態分布，從而提高其塑性和強度，減少表面裂紋和缺陷。其次，稀土能將金屬和合金中的某些條狀、片狀甚至是塊狀的雜質轉變成點狀或球狀，從而改善或提高其力學性能和加工性能。最后，可使雜質均勻地分布在整個晶體中，提高金屬性能。

綜上所述，將稀土加人銅及銅合金中，可以產生四個作用：

(1)與氧、硫、鉛、鉛等形成高熔點化合物進人渣中，起到除雜凈化作用;

(2)與氫形成穩定的化合物，以固溶體狀態溶于銅中，雖不能降低氫的含量，但起到了固氫作用，從而避免引起"氫脆";

(3)改變某些雜質的存在形態和分布狀況，改善了金相組織;

(4)有明顯的變質作用，從而使加工、力學、焊接、耐磨和耐蝕等性能提高

5.4細化組織：稀土對銅及銅合金顯微組織的影響主要體現為細化晶粒，減少或消除柱狀晶，擴大等軸晶區的作用。

5.5改變雜質形態和分布:減輕或消除合金結構中的樹枝狀晶形和柱狀結晶，使合金中某些呈條狀、片狀甚至塊狀的雜質(如Pb、Bi等，其中有的雜質可形成低熔點共晶)轉變成點狀或球狀，從而改善或提高了銅及其合金的機械及加工性能.使合金中的某些有害雜質(如S、P、Pb、Bi等)由集中分布于枝晶或晶界間，改變為較均勻分布于整個晶體中，使雜質實現在金屬微觀體積上的再分布，或對某些雜質的宏觀偏析發生影響，導致各種性能得以提高。減少合金晶界上低熔點有害雜質的數量，從而減弱合金的高溫回火脆性。

5.6加工性能：在銅合金中加入適量稀土金屬，可以改善銅及銅合金的鑄造性能。具體表現可以改善合金的偏析或逆偏析現象，顯著提高銅合金的高溫延伸率，改善熱加工性能，減輕或消除熱軋開裂現象，可大大改善其切削加工性能，尤為顯著的是降低表面粗糙度、毛刺和刀具磨損。

5.7機械性能：稀土對銅及銅合金機械性能的提高主要表現在硬度、強度、塑性等方面。

5.8抗氧化和耐腐蝕：通過化學熱處理方法將Si、Al、RE元素在850℃滲入銅合金中，在銅合金表面形成具有提高抗氧化性作用的表面膜，并且在銅及銅合金中加入稀土后耐蝕性能均有不同程度的提高。

5.9耐磨性：稀土和銅元素可以形成硬度較高、分布均勻的金屬間化合物，這些化合物成為位錯運動的阻力;而且稀土可以有效地改善夾雜物的存在形式和分布，減少其弱化晶界的可能，減少了承受載荷時沿晶界開裂的幾率，因而提高了耐磨性。

四、滑塊磨損失效形勢分析

1.由于滑塊結構的限制和工作條件的特殊，使滑塊常常產生早期嚴重磨損，使用壽命短。由于滑塊、偏頭、銷軸三者之間存在配合間隙，使滑塊在工作時并不是在整個長度表面接觸，而是在一端局部呈傾斜狀態接觸，在傳遞扭矩時，由于工作傾角存在，滑塊將繞銷軸往復擺動，產生磨損狀態。

2.滑塊工作表面的磨損分為粘著磨損、剝層磨損、磨粒磨損、塑性流動，四種磨損狀態。

3.造成滑塊早期磨損失效是幾種磨損形式共同作用的結果。其中粘著磨損和類似鱗刺的剝層磨損是兩種主要磨損機制。產生上述磨損主要決定以下幾方面：

（1）干摩擦和潤滑不良是造成在較高的接觸應力下粘著磨損的主要原因；

（2）萬向接觸既定工作條件下，采用沒有自潤滑性的銅滑塊與鋼扁頭配副，在無油條件下，銅與鐵的完全焊合，也是造成粘著磨損的主要原因；

（3）未充分考慮滑塊與扁頭在工作時間的接觸特點，滑塊在工作初期與扁頭在邊緣一較小區域接觸，使較大的驅動扭矩由較窄的接觸區承受，局部接觸應力過高，造成滑塊端部嚴重的早期磨損；

（4）滑塊磨損到一定程度不及時更換，使間隙過大，增大了單位壓力并加劇沖擊作用，使磨損更加嚴重。

五、滑塊的改進措施

1.合理選擇滑塊的材料：通過上述分析，我們認為解決潤滑不良、減少滑塊磨損的關鍵問題之一是合理選擇滑塊的材料，滑塊的材料選擇應滿足下列要求：

①工作表面具有較高的耐磨性；

②必須具有較好的自潤滑性，自身耐磨的同時，對配偶件的磨損也應較??；

③具有一定的強度和沖擊韌性；

④工件表面應具有良好的對異物的嵌入性。

2.根據扁頭和叉頭孔的磨損量，調整滑塊配件的配合尺寸：萬向接軸工作中，滑塊磨損的同時，扁頭和叉頭孔也要產生磨損，這一磨損使新滑塊在連接軸中的裝配間隙增大，加速滑塊的磨損。

六、改善萬向接軸的潤滑條件

1.改變油溝的結構，萬向接軸采用脂潤滑時，油溝的合理配置是十分重要的。合理的油溝能減小對工作表面的損傷。

2.采用油罩封閉潤滑技術。為了防止人工定時注入的潤滑脂在工作時被甩出來，降低潤滑效果。

3.加強維護：正確的維護是保證滑塊達到預期使用壽命的關鍵措施之一，要選擇抗擠壓性能好的油脂，并定期潤滑，當扁頭磨損時應及時修復或修改滑塊備件尺寸，以保證最小的裝配間隙，避免滑塊因裝配間隙過大造成早期磨損。

七、結論

1、通過對滑塊式萬向接軸工礦條件的分析，滑塊處于低速重載條件下工作，造成其早期磨損失效是以粘著磨損為主并伴有塑性流動和磨粒磨損等多種形式共同作用的結果。

2.提高萬向接軸滑塊的壽命有多種途徑，如合理選擇滑塊的材料，滑塊備件的配合尺寸應根據扁頭和叉頭孔的磨損量調整，改變油溝的結構，采用油罩封閉潤滑改善萬向接軸的潤滑條件等。