CN101301802B

CN101301802B - 镍青铜-钢复合双金属轴承材料及其制造方法

Info

Publication number: CN101301802B
Application number: CN2008100396605A
Authority: CN
Inventors: 何光志; 周剑平; 陈进添; 温世达
Original assignee: HEWEI IND CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: HEWEI IND CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2028-06-26
Also published as: CN101301802A

Abstract

一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料及其制造方法，基层为低碳优质碳素钢材料，表层为镍青铜合金，镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料的表面。所述的镍青铜合金的化学成分按重量百分比计为：镍1～16％，锡5～9％，锌0～2％，铜72.5～94％，其它杂质含量总和不超过0.5％。具有很高强度和硬度，可以承受很高的载荷，具有强抗应力腐蚀和抗化学腐蚀性，可以在各种环境中得到应用，具有较低的摩擦系数，可减少发生摩损咬合造成事故；与传统的铅青铜轴承材料相比，它不含重金属铅，符合环保的要求；既保持了镍青铜合金的优异的轴承性能，又大大降低了成本。

Description

镍青铜-钢复合双金属轴承材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料及其制造方法，特别是涉及一种镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料表面的镍青铜-钢复合双金属轴承材料及其制造方法。

背景技术

随着汽车科技的进步，对汽车轴承材料特别是对用于大功率、高载荷的发动机使用的铜合金轴承材料，提出了更高的要求，例如，要求轴承材料不含有害成分，符合环保要求；要具有高强度，能满足大功率和特大功率发动机的要求，还要求轴承材料能适应不同的环境和工况下工作，具有抗应力腐蚀和化学腐蚀的能力。到目前为止，大功率发动机普遍使用的轴承材料是铅青铜合金轴承材料，这类轴承材料含有5％-40％的铅，对环境会造成污染。而且铅不固容于铜，也不与铜发生合金化，仅作为减磨相独立存在，破坏了铜合金基体的连续性，削减了铜合金的机械承载能力。另外在发动机工作的过程中，轴承材料中的铅会被所产生的有机酸侵蚀，即轴承除被机械磨损外，还会遭受化学腐蚀，影响轴承的使用寿命。而镍青铜轴承材料则可以全面的满足当代发动机技术对轴承的新要求。镍青铜合金具有更高强度和硬度，具有更高的机械承载能力，与传统的铅青铜轴承材料相比，其P V值极限是一般传统轴承材料的2倍。其屈服强度却是铅青铜的6倍。具有强抗应力腐蚀和抗化学腐蚀性，可以在各种环境中得到应用。例如，用于制造飞机起落架套管、赛车发动机中的阀座、气门套管，特高载荷，特高转速发动机中的连杆衬套和轴瓦，具有较低的摩擦系数，可减少发生摩擦咬合而造成的事故。另外，与传统的铅青铜轴承材料相比，它不含重金属铅，符合环保的要求。它的缺点是镍的价格很贵。本发明的目的是发明一种以钢为基材，以镍青铜合金为轴承合金层/衬层的钢-镍青铜复合材料，用于制造轴瓦、轴套和垫片，从而达到既保持镍青铜合金的优异的轴承性能，又大大降低成本的目的。

相关改进技术在中国专利申请中公开较少，如中国专利申请号：200410013904.4涉及一种铜基高温自润滑复合材料，其特征在于复合材料的基体为铜合金，自润滑组元为石墨，其化学成分重量百分比％为：Ni 5-15+C 5-15+Sn 4-8+Zn 4-8+Pb 2-5+M₀0.5-3+Fe1-3+Cu余量。该复合材料具有抗氧化，耐腐蚀与高温耐磨损等特性，主要用于200～500℃范围的轴承和导套。

如中国专利申请号：200510110718.7公开了一种含磷量大于0.1％的磷青铜-钢双金属轴承材料制造工艺，在预先准备好的所需牌号和厚度的碳素结构钢钢背上设置具有适当厚度的金属或合金过渡层，再把具有一定含磷量的磷青铜合金粉末均匀地铺撒在钢背上，并使其具有一定的铺粉厚度；然后进行一次烧结，以使磷青铜合金粉末粘结在钢背上；再进行一次轧制，以使磷青铜合金层致密；接着进行二次烧结，以使磷青铜合金层牢固地粘结在钢背上；最后进行二次轧制，以精确控制双金属板材的尺寸；最终生产出符合所需尺寸要求的磷青铜-钢双金属轴承材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料及其制造方法，特别是提供一种镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料表面的镍青铜-钢复合双金属轴承材料及其制造方法。本发明解决了大功率、高载荷的发动机使用的铜铅合金轴承材料强度不高、机械承载能力差的问题，弥补了现有技术铜铅合金轴承材料抗应力腐蚀和抗化学腐蚀性能力低、而且重金属铅具有污染环境的不足，填补了高综合机械性能环保型铜合金双金属轴承材料生产的空白。

本发明的一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料是层状结构，基层为低碳优质碳素钢材料，表层为镍青铜合金，镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料表面。

作为优选的技术方案：

如上所述的复合双金属轴承材料，其中，所述的层状结构是上下两层或里外两层。对于板状结构，只需要在钢板的使用面复合镍青铜材料，镍青铜材料和钢板就形成上下层关系；轴结构、孔结构或其它形式则是在轴的四周表面、孔的内表面或各受力面烧结上镍青铜材料，形成里面(或芯层)是钢、外面受力面是镍青铜的镍青铜-钢复合双金属轴承材料。

如上所述的复合双金属轴承材料，其中，所述的低碳优质碳素钢材料基层是平板。事实上，目前镍青铜-钢复合双金属轴承材料主要拟用于轴瓦、轴套、垫片或垫圈等，因而主要是先得到平板状镍青铜-钢复合双金属轴承材料，再进一步成型。

如上所述的复合双金属轴承材料，其中，所述的镍青铜合金的化学成分按重量百分比计为：镍1～16％，锡5～9％，锌0～2％，铜72.5～94％，其它杂质含量总和不超过0.5％。

如上所述的复合双金属轴承材料，其中，所述的低碳优质碳素钢的碳含量小于等于0.25％。

本发明还提供了一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料的制造方法，也就是一种采用粉末冶金烧结法原理把镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料表面形成镍青铜-钢复合双金属轴承材料的制造方法，包括以下步骤：

(1)用铺粉装置或自动铺粉机，在经过预处理的低碳优质碳素钢钢板上，均匀地铺满一层一定厚度镍青铜合金粉，所铺镍青铜合金粉的厚度根据所需材料合金层厚度的要求而定；

(2)在还原性保护气氛下，在烧结炉中进行初次烧结，简称初烧，烧结温度760～870℃，烧结时间15～100分钟；

(3)初轧校平，把初次烧结后的材料在冷轧机上进行冷轧，轧制至按工艺要求设计的预先设定的厚度，轧制精度控制在±0.01mm；

(4)在还原性保护气氛下，在烧结炉中再次进行烧结，简称复烧，烧结温度为850～960℃，时间为15～100分钟；

(5)精轧校平，经过再次烧结后的材料再次在冷轧机上进行精轧，轧制至按工艺要求设计的预先设定的厚度，轧制精度控制在±0.01mm。

如上所述的一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料的制造方法，其中，所述的低碳优质碳素钢钢板的预处理包括钢板表面除油、除锈后，再镀铜或打毛。

如上所述的一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料的制造方法，其中，所述的还原性保护气氛是氢气、氨分解气或氢气和氮气混合气保护气氛，氢气和氮气的混合比例为氢气∶氮气为5％～95％∶95％～5％。

如上所述的一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料的制造方法，其中，所述的烧结炉是网带式连续烧结炉或自动连续烧结炉。

如上所述的一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料的制造方法，其中，所述的镍青铜合金粉的颗粒直径不大于0.25mm。

本发明的有益效果是：

本发明的一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料，具有很高强度和硬度，可以承受很高的载荷，具有强抗应力腐蚀和抗化学腐蚀性，可以在各种环境中得到应用，具有较低的摩擦系数，可减少发生摩损咬合造成事故；与传统的铅青铜轴承材料相比，它不含重金属铅，符合环保的要求；既保持了镍青铜合金的优异的轴承性能，又大大降低了成本。本发明的一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料的制造方法设备投入少，工艺先进，生产成本较低；采用本发明方法制造的镍青铜-钢复合双金属轴承材料，具有更高的强度、更好的润滑性和在严苛负重环境下的耐磨性，尤其在海水、含氯化物和硫化物中表现出极佳的耐腐蚀开裂性能和抗应力腐蚀开裂性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

1.生产材料规格为：总厚度2.5×合金宽度120mm，合金厚度为0.5mm的镍青铜-钢复合双金属轴承材料板材。

2.钢板准备：选用SPCC牌号的优质碳素钢钢板，将大张的钢板剪切成设计的2.5×126×625mm，进行除油除锈，改轧至2.0±0.01×126×780mm，并校平，平面度≤0.5mm。

3.合金粉末准备，采用高压水雾化的方法制取镍青铜合金粉末，粉末的化学成分按重量百分比计，镍(Ni)1.0％，锡(Sn)8.0％，铅(Pb)0.01％，锌(Zn)0.2％，磷(P)0.1％，杂质总量0.5％，余量为铜

4.按设计的成品为0.5mm的合金层厚度计，铺粉厚度为0.85mm，将合金粉末均匀的铺在预处理好的钢板上，并在通有氨分解气还原性保护气氛的履带式烧结炉中进行烧结，第一次烧结(初烧)温度为850℃。烧结时间为20分钟，使合金粉末之间，合金粉末和钢板之间有一定的结合强度。

5.初轧校平，把初烧后的材料在冷轧机上进行冷轧，轧制至2.60mm的厚度，精度控制在±0.01mm。初轧的目的是提高合金的密度。

6.复烧。将初轧好的材料，在880℃的温度下进行再次烧结(复烧)，烧结时间为20分钟，使合金之间，合金和钢板之间的结合强度进一步提高。

7.精轧及校平。经过复烧后的材料，进行轧制(精轧)，轧制后厚度为2.50±0.01mm，其目的是进一步提高合金的密度，并所要求的镍青铜双金属材料的厚度。

实施例2

生产材料规格为：总厚度3.5×合金宽度100mm，合金厚度为0.80mm，的镍青铜-钢复合双金属轴承材料板材，选用St37-2G牌号的优质碳素钢结构钢板，将钢板剪切成宽度106mm和长度600mm的条料，进行表面除油、除锈，改轧2.70mm的厚度，并校平。合金粉末准备，采用高压水雾化的方法制取镍青铜合金粉末，粉末的化学成分按重量百分比计，镍(Ni)9.0％，锡(Sn)6.0％，铅(Pb)0.01％，锌(Zn)0.2％，杂质总量0.5％，余量为铜的合金粉末均匀的铺在已处理好的钢板上，并放在通有还原性保护气氛烧结炉中进行烧结，其余的生产工艺同实施例1。

实施例3

生产材料规格为：总厚度5.0×合金宽度140mm，合金厚度为1.5mm，的镍青铜-钢复合双金属轴承材料板材，选用SS400牌号的优质碳素钢结构钢板，将钢板剪切成宽度146mm和长度650mm的条料，进行表面除油、除锈，改轧至3.50mm厚度，并校平。合金粉末准备，采用高压水雾化的方法制取镍青铜合金粉末，粉末的化学成分按重量百分比计，镍(Ni)15.0％，锡(Sn)8.0％，铅(Pb)0.01％，锌(Zn)0.5％，杂质总量0.5％，余量为铜的合金粉末均匀的铺在已处理好的钢板上，并放进烧结炉在还原性保护气氛中进行烧结，其余的生产工艺同实施例1。

Claims

1.一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料，其特征是：所述的复合双金属轴承材料是层状结构，基层为低碳优质碳素钢材料，表层为镍青铜合金，镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料表面；所述的镍青铜合金的化学成分按重量百分比计为：镍1～16％，锡5～9％，锌0～2％，铜72.5～94％，其它杂质含量总和不超过0.5％。

2.如权利要求1所述的复合双金属轴承材料，其特征在于，所述的低碳优质碳素钢的碳含量小于等于0.25％。

3.如权利要求1所述的一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)用铺粉装置或自动铺粉机，在经过预处理的低碳优质碳素钢钢板上，均匀地铺满镍青铜合金粉；

(2)在还原性保护气氛下，在烧结炉中进行初次烧结，烧结温度760～870℃，烧结时间15～100分钟；

(3)初轧校平，把初次烧结后的材料在冷轧机上进行冷轧，轧制至按预先设定的厚度；

(4)在还原性保护气氛下，在烧结炉中再次进行烧结，烧结温度为850～960℃，时间为15～100分钟；

(5)精轧校平，经过再次烧结后的材料再次在冷轧机上进行精轧，轧制至按预先设定的厚度。

4.如权利要求3所述的一种镍青铜-钢复合双金属轴承材料的制造方法，其特征在于，所述的还原性保护气氛是氢气、氨分解气或氢气和氮气混合气保护气氛。