CN102062149B - 高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承及其生产工艺。旨在提供一种适用于高承载低速度条件下的旋转、摆动和直线往复运动，同时也适用于传统润滑无法达到或被禁止使用的场合。它呈轴套状，其特征是原料组成的质量比是：铜粉18～22％、铝粉1～4.8％、石墨0.6～1％、硬质颗粒物1～5％、硬酯酸锌1～5％，余量为铁粉。其制造的工艺路线依次是：根据上述原料组成，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结、渗碳、淬火、车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。该发明的机械性能和摩擦磨损性能均优于传统的粉末冶金轴承和高力黄铜镶嵌石墨的自润滑轴承，同时在产品的制造成本上具有明显的优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型材料的自润滑轴承，特别是一种高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承及其生产工艺。
背景技术
粉末冶金含油轴承因多孔质金属含油轴承具有噪声低、尺寸小、价格便宜等优点，同时还具有自润滑特点，即一次浸油后就能长期使用，给用户以极大的方便。含油轴承通过下列过程实现润滑，即：当轴转动时，由于真空度的作用，轴承孔隙中的润滑油又因滑动表面摩擦产生的热量使轴承基体孔隙中的润滑油膨胀而渗出到轴承的工作表面，当轴的转速达到一定值，运动副中的这些油所形成的油膜动力足以支承轴颈的载荷时，轴颈和轴承间有油膜作衬垫而不直接接触或减少接触，这时含油轴承即处在流体动压润滑状态下工作。当轴停止转动时，由于轴承温度降低，以及毛细管作用，轴承多孔基体中的润滑油又回缩到轴承的孔隙中贮藏起来。这就决定了含油轴承适用于中小载荷，且在较高速度时才能实现流体动压润滑。
当今自润滑轴承材料正在产生巨大的需求，市场对此提出更高的要求，即便在严重的极端作业环境和重载条件下也要求免维护。近年来围绕减少对液压挖掘机的维修，被普遍认为是提高设备性能和效率的重要途径，如液压挖掘机的挖掘斗关节部位的轴套需要高承载、耐磨性和抗冲击强度的摇摆运行的要求。由于粉末冶金含油轴承强度低，尤其是压溃强度较低，不能承受重载，因此，传统的粉末冶金轴承无法满足实际使用要求。而当下普遍采用高力黄铜合金轴套为基体，再在轴套的四周镶嵌石墨粒组成的自润滑轴承，但这种自润滑轴承存在着材料成本高、制造工艺复杂、生产效率低，因石墨孔的存在和加工造成机械强度破坏，从而导致耐冲击性差等缺点，又因固体润滑剂排布存在盲区，造成的边界润滑产生自润滑不充分，这些弱点使得承载能力下降。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术不足而提供一种高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承，以适用于高承载低速度条件下的旋转、摆动和直线往复运动。同时也适用于传统润滑无法达到或被禁止使用的场合，或者是在特殊工况，比如粉末、冲击负载等条件下需要长期而稳定使用的场合。典型例子在液压挖掘机的挖掘斗关节部位等。
为了满足上述要求，高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承的技术方案是：它呈轴套状，其特征是原料组成的质量比是：铜粉18～22％、铝粉1～4.8％、石墨0.6～1％、硬质颗粒物1～5％、硬酯酸锌1～5％，余量为铁粉。
所述铜粉的平均粒径不大于75μm。所述铝粉的平均粒径不大于150μm。所述石墨的平均粒径不大于75μm。所述硬质颗粒物的平均粒径不大于2μm。所述铁粉的平均粒径不大于150μm。
所述的硬质颗粒物为Fe2P、Fe3P、FeB、Fe2B、Fe3B中的一种或任何几种的混合。
制造上述高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承工艺路线依次是：其特征是根据上述原料组成，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结、渗碳、淬火、车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。
根据上述高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承还可以在高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承的外圆包裹有钢套。
制造上述包裹有钢套的高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承工艺路线依次是：其特征是根据上述配料，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结，车加工轴套状坯料外圆，根据车加工后的轴套状坯料的外圆制作钢套，将车加工后的轴套状坯料过盈压入钢套内，再扩散烧结，使钢套与轴套状坯料的接触面间熔融结合，渗碳、淬火，车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。
本发明高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承的含油率为12～18％。
根据上述方案制造的高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承能提高耐磨性和强度的机理是：
1、马氏体晶粒提高了自润滑轴承的耐磨性。从坯料烧结后的渗碳、淬火热处理，处理后的轴承耐磨性大大提高，主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，提高了材料的硬度。
2、添加硬质颗粒物提高了滑动轴承的耐磨性。硬质颗料选用与铜或铜合金有良好烧结性能的铁基化合物Fe2P、Fe3P、FeB、Fe2B、Fe3B。这些铁基化合物与铜具有很强的润湿性，另外硬质颗粒物在铜的基体中得到有效地保持，由于铁基化合物硬度高、耐磨损，对滑动轴承起到很强的支撑作用，提高了耐磨损性。
3、轴套状坯料有钢套包裹提高了整体性能。在过盈配合后再扩散烧结，本发明的扩散烧结为固相扩散烧结，固相扩散烧结是解决钢基与铁合金层结合强度的主要措施。在烧结前钢套内径与第一次烧结铁合金轴套外径之间有一定量的过盈配合，压入后在固相扩散烧结前两者之间已产生很大的结合应力，在的两者相互紧密接触之间经烧结将发生原子扩散，最终使两层材料之间产生牢固的结合力。本发明在轴套状坯料与钢套配合后形成整体，解决了轴套状坯料脆性问题，提高了轴承的抗冲击能力、抗压溃能力。在使用装配时也不容易变形。
4、本发明轴承的孔隙作用是为真空浸油，使轴承达到12～18％的含油率。经研究铁合金轴承基体中同时存在三种孔隙：成形时的残留孔；低熔点金属熔化时熔解扩散留下的孔隙；混合在原料粉中的造孔剂挥发后所形成的孔隙。本方案的造孔剂是1～5％份额的硬酯酸锌，它有两个作用，一是良好脱模润滑剂，二是在温度400℃挥发掉80％，在温度500℃挥发掉100％，经挥发后留下的孔隙为浸油用于存油的微孔。可以通过控制造孔剂的量来控制含油孔隙的比例。
附图说明
图1是包裹有钢套的高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承剖面图。
图中：1、轴套状坯料；2、钢套；3、结合层。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
所述的高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承呈轴套状，其原料组成的质量比是：铜粉18～22％、铝粉1～4.8％、石墨0.6～1％、硬质颗粒物1～5％、硬酯酸锌1～5％，余量为铁粉。所述铜粉的平均粒径优选不大于75μm。所述铝粉的平均粒径优选不大于150μm。所述石墨的平均粒径优选不大于75μm。所述硬质颗粒物的平均粒径优选不大于2μm。所述铁粉的平均粒径优选不大于150μm。所述的硬质颗粒物为Fe2P、Fe3P、FeB、Fe2B、Fe3B中的一种或任何几种的混合。
制造上述高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承的工艺路线依次是：根据上述原料组成，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结、渗碳、淬火、车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。上述各道加工工艺的参数为常规工艺，不再详细叙述。
根据上述高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承还可以在高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承的外圆包裹有钢套。
制造上述包裹有钢套的高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承工艺路线依次以是：根据上述配料，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结，车加工轴套状坯料外圆，根据车加工后的轴套状坯料1的外圆制作钢套2，将车加工后的轴套状坯料1过盈压入钢套2内，再扩散烧结，使钢套2与轴套状坯料1的接触面间熔融结合，形成结合层3，渗碳、淬火，车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品如图1所示。
本发明高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承的含油率为12～18％。
高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承的机械性能与传统粉末冶金轴承比较。
摇摆摩擦磨损性能比较。试件尺寸Φ50×Φ40×30；试验条件：压力50MPa，运动线速度0.5m/min，一次性涂油脂，连续实验50小时。摇摆角度±45°，极限保护温度150℃。
往复摩擦磨损性能比较。试件尺寸Φ50×Φ40×30；试验条件：压力1.2MPa，运动线速度1m/s，一次性涂油脂，连续实验50小时。极限保护温度150℃。
根据上述测试和实验，可以看到，高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承的机械性能和摩擦磨损性能均优于传统的粉末冶金轴承和高力黄铜镶嵌石墨的自润滑轴承，同时在产品的制造成本上具有一定的优势。
Claims (6)
1.高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承，它呈轴套状，其特征是原料组成的质量比是：铜粉18～22%、铝粉1～4.8%、石墨0.6～1%、硬质颗粒物1～5%、硬酯酸锌1～5%，余量为铁粉，所述的硬质颗粒物为Fe2P、Fe3P、FeB、Fe2B、Fe3B中的一种或任何几种的混合。
2.根据权利要求1所述的高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承，其特征是所述铜粉的平均粒径不大于75μm；所述铝粉的平均粒径不大于150μm；所述石墨的平均粒径不大于75μm；所述硬质颗粒物的平均粒径不大于2μm；所述铁粉的平均粒径不大于150μm。
3. 根据权利要求1或2所述的高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承，其特征是在高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承的外圆包裹有钢套。
4. 根据权利要求3所述的高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承，其特征是高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承的含油率为12～18%。
5. 根据权利要求1或2所述高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承的制造工艺，其工艺路线依次是：根据上述原料组成，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结、渗碳、淬火、车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。
6. 根据权利要求3所述高性能铁基粉末冶金含油自润滑轴承的制造工艺，其工艺路线依次是：根据上述原料组成，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结，车加工轴套状坯料外圆，根据车加工后的轴套状坯料的外圆制作钢套，将车加工后的轴套状坯料过盈压入钢套内，再扩散烧结，使钢套与轴套状坯料的接触面间熔融结合，渗碳、淬火，车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。
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