1 前言
工業(yè)上很多產(chǎn)品都需要使用軸承合金，如壓縮機(jī)中的十字頭體、滑塊、活塞以及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、拖拉機(jī)等。生產(chǎn)制造過程中，大量的軸承合金切屑通常被當(dāng)作廢料以每公斤幾元錢的價(jià)格賣掉，而軸承合金的成品價(jià)達(dá)40元/kg.若將軸承合金切屑回收利用，將大大降低產(chǎn)品成本，減少浪費(fèi)，有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本文即對(duì)錫基軸承合金切屑的重熔回收進(jìn)行了研究。
2 切削和熔融金屬過程中氧化損失的分析
2.1 切削時(shí)的氧化
錫基軸承合金亦名錫基巴氏合金。這類合金常溫下不易被空氣氧化。它們的機(jī)械性能比鋼鐵材料的機(jī)械性能要低得很多。所以加工切削時(shí)，應(yīng)采用銳利的工具且轉(zhuǎn)速要高。這樣加工的切屑溫度不會(huì)很高，短時(shí)溫度僅達(dá)70℃～100℃，出來的合金切屑還是亮白色，沒有象被氧化后所出現(xiàn)的灰暗色。因此，切削時(shí)的氧化可以不予考慮。
2.2 熔融金屬的氧化與金屬在熔化時(shí)的損耗
2.2.1工藝損失
無論在熔化或配制合金時(shí)，主要由于生成氧化渣滓而有一些金屬損耗。此外，還有由于金屬的揮發(fā)、扒渣、傾濺等所引起的損耗。用電爐熔煉錫基軸承合金時(shí)，合金總損耗量大約在1.5%～4%.加入松香等有機(jī)物作錫基軸承合金熔煉的熔劑可以減少氧化損耗。
2.2.2 理論方面
2.2.2.1純金屬的氧化
固體金屬氧化的動(dòng)力學(xué)為所形成氧化物的性質(zhì)所支配。若氧化物的體積小于生成這些氧化物所消耗的金屬的體積，則氧化率將不變或與時(shí)俱增。如果氧化物的體積超過了生成它的金屬的體積，在熔化的金屬液面上有緊密和連續(xù)的氧化膜的復(fù)蓋，則氧化率將按W2=kt這一拋物線關(guān)系隨時(shí)間的增長而減少。
2.2.2.2
熔融合金的氧化熔融金屬的氧化特性因加入其他元素而可能有所改變。與氧親和力最大的元素將優(yōu)先被氧化，而這個(gè)元素所生成的氧化膜的性質(zhì)就控制著氧化過程。金屬對(duì)氧的親和力一般可由它的氧化物的生成熱和分解壓力來判斷。氧化物的生成熱愈大，分解壓力愈小，則這一金屬對(duì)氧的親和力也就愈強(qiáng)。表1列出了銅、錫、銻對(duì)氧的親和力（根據(jù)氧化物的生成熱）。從表1中可以看出錫、銻、銅中，銻的氧化物生成熱最大，銻對(duì)氧的親和力也就是最大的。在錫基軸承合金中，合金元素銻將優(yōu)先被氧化，生成的氧化膜的性質(zhì)就控制著氧化過程。
3 切屑回收熔煉工藝
兩種合金牌號(hào)的主要成分是銻、銅和錫，鉛、鐵等都屬于雜質(zhì)。雜質(zhì)對(duì)錫基鈾承合金的性能有很大影響。微量鉛的存在，會(huì)使合金中出現(xiàn)由鉛基固溶體與錫基固熔體所組成的易熔包共晶體（熔點(diǎn)189℃），從而惡化合金的耐熱性和沖擊韌性。微量鉍的存在，會(huì)使合金中出現(xiàn)熔點(diǎn)只有138.5℃的鉍一錫二元共晶體，故更應(yīng)嚴(yán)格控制，否則合金偶然短時(shí)過熱，局部就會(huì)發(fā)生熔化。鐵含量超過0.1%時(shí)，合金中會(huì)形成熔點(diǎn)較高的FeSn2初晶，不但惡化液態(tài)合金的流動(dòng)性，還會(huì)使合金變脆，甚至產(chǎn)生裂紋，故合金中的含鐵量也應(yīng)嚴(yán)格控制。由于熔煉過程中各主要成分元素的氧化速率不一樣，主要成分元素也應(yīng)控制在規(guī)定含量的范圍內(nèi)，必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整，才能保證軸承合金的機(jī)械性能不變。為了達(dá)到以上目的，切屑回收熔煉工藝應(yīng)考慮下面幾點(diǎn)：
3.1 如果工廠中同時(shí)制造兩種以上的軸承，則必需將切屑嚴(yán)格分開存放，以免在熔煉時(shí)混雜在一起。也不能和其他金屬切屑混雜，以免在熔煉提純時(shí)，增加清除雜質(zhì)的困難。
3.2 熔煉溫度一般高出合金的開始結(jié)晶溫度50～100℃較為合適。如軸承合金（ZChSnSb11-6）的熔煉溫度應(yīng)是430℃～480℃為宜。熔煉溫度太高，會(huì)導(dǎo)致合金的晶粒粗大，同時(shí)增加合金氧化損耗。熔煉溫度過低，也不能獲得細(xì)小的晶粒，同時(shí)對(duì)清除雜質(zhì)也不利。
3.3 熔煉時(shí)間與熔爐功率大小和熔煉合金切屑量的多少以及合金切屑中含雜質(zhì)的多少有關(guān)�？傊笕垡簻囟染鶆蚝�，有足夠的時(shí)間清除雜質(zhì)、調(diào)整合金中各元素的含量為宜。
3.4 清除雜質(zhì)利用各物質(zhì)之間的比重、熔點(diǎn)、鐵磁性等性質(zhì)的不同，采用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ㄟM(jìn)行清除雜質(zhì)。
3.4.1 清除切屑中的油污、夾雜物、氧化物。熔煉溫度達(dá)到200℃以上時(shí)，油污即開始揮發(fā)、沸騰，隨后燃燒除掉。余下的殘?jiān)�、夾雜物、氧化物可以利用金屬本身和懸浮物兩者比重的差異可以將后者從金屬中清除出來。
3.4.2 金屬熔煉時(shí)使用熔劑如松香以避免金屬氧化，但熔劑也可以用來消除熔化金屬中懸浮的雜質(zhì)、除氣或改變金屬的成分和結(jié)晶組織。如熔煉錫基軸承合金切屑時(shí)，加入一些氯化氨（NH4Cl）,可除掉合金熔液中的鐵元素及夾雜物等。
產(chǎn)生的氨氣、氫氣或水蒸氣在金屬液體中形成很多小氣泡，懸濁的氧化夾雜物遇到它們時(shí)就吸附在上面隨同上升，或被上升的氣泡推頂?shù)揭好娑磺宄簟?.4.3利用鐵磁性來清除雜質(zhì)。如鑄鐵、鋼鐵細(xì)粒的清除�？衫娩撹F屬于磁性物質(zhì)，能被磁場(chǎng)強(qiáng)烈吸引。而錫基軸承合金屬于抗磁性物質(zhì)，被磁場(chǎng)所微弱排斥。若錫基軸承合金切屑和鐵屑混合在一起時(shí)，可將切屑在熔煉前用強(qiáng)磁場(chǎng)把鐵屑清除掉。分。從表中可以看出，兩種合金牌號(hào)的主要成分是銻、銅和錫，鉛、鉍、鐵等都屬于雜質(zhì)。雜質(zhì)對(duì)錫基軸承合金的性能有很大影響。微量鉛的存在，會(huì)使合金中出現(xiàn)由鉛基固溶體與錫基固熔體所組成的易熔包3.5熔煉結(jié)束前，應(yīng)檢查、分析合金主要成分是否符合該合金牌號(hào)的含量。若某一主要元素缺乏，可將該金屬加入到合金熔液中進(jìn)行冶煉，或用還原劑來還原金屬。如可用硼化鎂作銅的還原劑，其反應(yīng)式是：6Cu2O+Mg3B2→3MgO+B2O3+12Cu.但在選用還原劑時(shí)必須考慮到剩余的還原劑留在金屬中可能影響金屬的質(zhì)量。
4 小結(jié)
綜上所述，錫基軸承合金切屑是可以進(jìn)行重熔回收的。切屑的污染物在熔煉時(shí)被清除掉，熔煉時(shí)合金的損耗量不大，合金的氧化速率按W2=kt這一拋物線關(guān)系隨時(shí)間的增長而減小。所以，將錫基軸承合金切屑回收利用，對(duì)降低產(chǎn)品成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益是十分有利的。
