一、滑块简介

1. 万向接轴是轧钢机的重要部件之一，它可以传递较大的扭矩，在我国的大中型轧机上，特别是必须保证较大工作倾角使轧辊获得较大的辊缝调整范围的初轧机，常用十字滑块式万向接轴。

2. 在使用过程中，由于结构的限制和工作条件的特殊，使滑块常常产生早期严重磨损，使用寿命短，成为主要的易损件之一。

3. 早期滑块多选择使用铝青铜材质，后经不断发展先后采用了高锰铝青铜、高力黄铜等材质，最后选择了耐磨性、力学性能、铸造性能、延展性、塑性以及耐蚀性都非常均衡的锡青铜材质作为滑块的首选材质。

铝青铜ZCuAl10Fe3

铝青铜的特性是化学稳定性高，耐酸、碱、蒸气等腐蚀性物质的侵蚀，同时具有一定的耐磨性和工艺性能，但是铸件内容易产生难熔的氧化物一氧化铝，铸造时较为困难，且在实际使用时发现铝青铜滑块耐磨性和强度达不到使用要求，就把目光放在了高锰铝青铜身上。

高锰铝青铜ZCuAl8Mn13Fe3

高锰铝青铜具有很高的强度和硬度，良好的耐磨性能和铸造性能，合金致密性能高，耐蚀性好，有很高的力学性能，腐蚀疲劳强度高，但是在使用过程中会有严重发热现象和硬度过高对工件本体产生较大的磨损，随后就有了高力黄铜材质的滑块。

高力黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3

高力黄铜有很高的力学性能，铸造性能良好，耐蚀性较好，可以焊接，适用高强、耐磨零件，如桥梁支撑板、螺母、螺杆、耐磨板、滑块和涡轮等，锰能显著提高黄铜的工艺性能、强度和耐蚀性。铝能在很人 程度上提高黄铜的强度，改善它们对腐蚀的稳定性，但塑性显著降低。但在使用过程中也发现了高力滑块的缺点，虽然高力黄铜强度和硬度都很高，但因为材料里面含有大量的锌，配合铁、锰、铝等元素极易造成产品硬而脆，塑性较低，也不能满足轧机的使用，最终又促成了锡青铜滑块的产生。

锡青铜12-2 CuSn12Ni2

锡青铜的特点是有高的耐磨性、力学性能、铸造性能、延展性、塑性以及良好的耐蚀性，是我们最常用的有色合金 之一。合金中的锡的含最一般不超过13% （极少数达15%）,过高则降低其塑性。除锡以外，锡青铜中 一般并含有少量的锌、铅、磷、镍等元素。锌提高低錫青铜的力学性能和流动性；铅能改善青铜的耐磨性能和可切削加工性，但却降低其力学性能；镍能细化青铜的晶粒，提高力学性能和腐蚀性；磷能提 高青铜的韧性、硬度、耐磨性和流动性。含有磷的锡青铜，叫磷青铜，它的性能比一般锡青铜要好。锡青铜一般多用于铸造耐磨零件（如轴瓦、轴套、滑块）和酸碱蒸气等腐蚀气体接触的铸件。

二、滑块产品种类

1. 我公司专业铸造及加工滑块，在铸造滑块工艺及加工水平处于领先地位。依据中华人民共和国国家标准《铸造铜及铜合金GB/T 1176--2013》、《铜及铜合金铸件 GB/T  13819--2013》文件，对客户产品进行铸造和加工。

2. 我公司现生产滑块产品材质有：黄铜ZCuZn38、高力黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3、铝青铜ZCuAl9Fe4、 ZCuAl9Fe4Ni4Mn2、高锰铝青铜ZCuAl8Mn13Fe3Ni2、锡青铜ZCuSn12Ni2等。材质种类范围广，生产量大。

3. 锡青铜ZCuSn12Ni2材质，为我公司特殊配料，特殊工艺，在运用滑块产品上得到各客户的认同，锡青铜ZCuSn12Ni2材质滑块，具有耐磨系数高、抗高温、铸造性能好、塑性高、延展性强等优点。

4. 我公司对现产品销售于北京首钢、莱钢、宝钢、太钢、山钢等国内公司，产品材质及物理检测性能有很好的范围，给予长期合作，已达成共识。

三、滑块的改进工艺

1. 我公司铸造滑块工艺为钢模铸造，钢模的优点在于对铸件冷却速度快，内部结构致密性好，无窝渣、夹渣、气孔等缺陷。

2. 在熔炼工艺上，使用现配料方式，以客户为中心，根据客户要求提供材质及图纸尺寸，来满足要求。

3. 用中频电炉熔炼，提取试样及试块，炉前检测和物理性能检测，并做出材质报告，而进行铸造。用加工设备先初车在进行退火出理，再精加工，工序流程运转合理。

4. 在高力黄铜的配料上，提高铜的含量，降低铝、铁、锰、锌的含量，在保持一定强度的同时提升滑块的塑性和延展性；在锡青铜12-2配料上，保持铜和镍在成分标准的上限，提高塑性和细化晶粒的作用，并且首创加入磷和铅元素，前者能提高青铜的韧性、硬度、耐磨性和流动性，后者能改善青铜的耐磨性能和可切削加工性，综合性能远远大于常规的锡青铜12-2材质，为我司自主研发的滑块材质。

5. 为了解决滑块内部组织晶粒粗大问题，我们联系了从事铜合金领域研究的各大院校和研究所，通过一系列论证和实验并根据我们实际情况建议将稀土合金加入到铜合金当中。稀土元素在铜合金中主要产生三大作用：净化作用、变质作用和合金化作用。稀土与铜中的氧、氢、硫、磷、锡、铋和铅等杂质元素的相互作用见表1和表2。

表1稀土元素在铜熔液中与氧、硫元素的热力学性质研究结果（1200℃）

表2某些杂质元素与稀土元素生成的化合物的熔点

5.1脱氧：稀土金属与氢作用生成REH型的稳定氢化物，，从而使铜溶液中的氢得到控制，阻止在塑性加工过程中发生"氢脆"的可能。

5.2除杂：稀土的化学活性很强，能与许多易熔成分结合成为难熔的二元或者多元化合物。

5.3变质作用：首先，稀土能够消除枝状晶区、急剧细化晶粒，并且稀土高熔点化合物可以呈弥散状态分布，从而提高其塑性和强度，减少表面裂纹和缺陷。其次，稀土能将金属和合金中的某些条状、片状甚至是块状的杂质转变成点状或球状，从而改善或提高其力学性能和加工性能。最后，可使杂质均匀地分布在整个晶体中，提高金属性能。

综上所述，将稀土加人铜及铜合金中，可以产生四个作用：

(1)与氧、硫、铅、铅等形成高熔点化合物进人渣中，起到除杂净化作用;

(2)与氢形成稳定的化合物，以固溶体状态溶于铜中，虽不能降低氢的含量，但起到了固氢作用，从而避免引起"氢脆";

(3)改变某些杂质的存在形态和分布状况，改善了金相组织;

(4)有明显的变质作用，从而使加工、力学、焊接、耐磨和耐蚀等性能提高

5.4细化组织：稀土对铜及铜合金显微组织的影响主要体现为细化晶粒，减少或消除柱状晶，扩大等轴晶区的作用。

5.5改变杂质形态和分布:减轻或消除合金结构中的树枝状晶形和柱状结晶，使合金中某些呈条状、片状甚至块状的杂质(如Pb、Bi等，其中有的杂质可形成低熔点共晶)转变成点状或球状，从而改善或提高了铜及其合金的机械及加工性能.使合金中的某些有害杂质(如S、P、Pb、Bi等)由集中分布于枝晶或晶界间，改变为较均匀分布于整个晶体中，使杂质实现在金属微观体积上的再分布，或对某些杂质的宏观偏析发生影响，导致各种性能得以提高。减少合金晶界上低熔点有害杂质的数量，从而减弱合金的高温回火脆性。

5.6加工性能：在铜合金中加入适量稀土金属，可以改善铜及铜合金的铸造性能。具体表现可以改善合金的偏析或逆偏析现象，显著提高铜合金的高温延伸率，改善热加工性能，减轻或消除热轧开裂现象，可大大改善其切削加工性能，尤为显著的是降低表面粗糙度、毛刺和刀具磨损。

5.7机械性能：稀土对铜及铜合金机械性能的提高主要表现在硬度、强度、塑性等方面。

5.8抗氧化和耐腐蚀：通过化学热处理方法将Si、Al、RE元素在850℃渗入铜合金中，在铜合金表面形成具有提高抗氧化性作用的表面膜，并且在铜及铜合金中加入稀土后耐蚀性能均有不同程度的提高。

5.9耐磨性：稀土和铜元素可以形成硬度较高、分布均匀的金属间化合物，这些化合物成为位错运动的阻力;而且稀土可以有效地改善夹杂物的存在形式和分布，减少其弱化晶界的可能，减少了承受载荷时沿晶界开裂的几率，因而提高了耐磨性。

四、滑块磨损失效形势分析

1.由于滑块结构的限制和工作条件的特殊，使滑块常常产生早期严重磨损，使用寿命短。由于滑块、偏头、销轴三者之间存在配合间隙，使滑块在工作时并不是在整个长度表面接触，而是在一端局部呈倾斜状态接触，在传递扭矩时，由于工作倾角存在，滑块将绕销轴往复摆动，产生磨损状态。

2.滑块工作表面的磨损分为粘着磨损、剥层磨损、磨粒磨损、塑性流动，四种磨损状态。

3.造成滑块早期磨损失效是几种磨损形式共同作用的结果。其中粘着磨损和类似鳞刺的剥层磨损是两种主要磨损机制。产生上述磨损主要决定以下几方面：

（1）干摩擦和润滑不良是造成在较高的接触应力下粘着磨损的主要原因；

（2）万向接触既定工作条件下，采用没有自润滑性的铜滑块与钢扁头配副，在无油条件下，铜与铁的完全焊合，也是造成粘着磨损的主要原因；

（3）未充分考虑滑块与扁头在工作时间的接触特点，滑块在工作初期与扁头在边缘一较小区域接触，使较大的驱动扭矩由较窄的接触区承受，局部接触应力过高，造成滑块端部严重的早期磨损；

（4）滑块磨损到一定程度不及时更换，使间隙过大，增大了单位压力并加剧冲击作用，使磨损更加严重。

五、滑块的改进措施

1.合理选择滑块的材料：通过上述分析，我们认为解决润滑不良、减少滑块磨损的关键问题之一是合理选择滑块的材料，滑块的材料选择应满足下列要求：

①工作表面具有较高的耐磨性；

②必须具有较好的自润滑性，自身耐磨的同时，对配偶件的磨损也应较小；

③具有一定的强度和冲击韧性；

④工件表面应具有良好的对异物的嵌入性。

2.根据扁头和叉头孔的磨损量，调整滑块配件的配合尺寸：万向接轴工作中，滑块磨损的同时，扁头和叉头孔也要产生磨损，这一磨损使新滑块在连接轴中的装配间隙增大，加速滑块的磨损。

六、改善万向接轴的润滑条件

1.改变油沟的结构，万向接轴采用脂润滑时，油沟的合理配置是十分重要的。合理的油沟能减小对工作表面的损伤。

2.采用油罩封闭润滑技术。为了防止人工定时注入的润滑脂在工作时被甩出来，降低润滑效果。

3.加强维护：正确的维护是保证滑块达到预期使用寿命的关键措施之一，要选择抗挤压性能好的油脂，并定期润滑，当扁头磨损时应及时修复或修改滑块备件尺寸，以保证最小的装配间隙，避免滑块因装配间隙过大造成早期磨损。

七、结论

1、通过对滑块式万向接轴工矿条件的分析，滑块处于低速重载条件下工作，造成其早期磨损失效是以粘着磨损为主并伴有塑性流动和磨粒磨损等多种形式共同作用的结果。

2.提高万向接轴滑块的寿命有多种途径，如合理选择滑块的材料，滑块备件的配合尺寸应根据扁头和叉头孔的磨损量调整，改变油沟的结构，采用油罩封闭润滑改善万向接轴的润滑条件等。