CN101402138B - 一种分上、下双层粉末合金锻造浮动油封环及其制备方法 - Google Patents

一种分上、下双层粉末合金锻造浮动油封环及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种分上、下双层粉末合金锻造浮动油封环，包括上层和下层，所述上层采用稀有合金粉末材料，其化学组成及其重量百分含量分别是：Cu：0.5～3％，C：0.5～1％，Cr：0.5～2％，MoS2：0.5～1.5％，其余为铁；所述下层采用普通铁粉材料，其化学组成及其重量百分含量分别是：Cu：0.5～3％，C：0.5～1％，其余为铁；所述上层和下层通过压制和高温烧结成一整体的浮动油封环。本发明上层采用高合金粉末、下层采用普通铁基粉末，再经过热处理工艺，保证了合理的淬火深度及较高的耐磨性能和抗疲劳性能，其工作性能稳定，使用寿命提高了50～100倍，制作成本大幅下降。

Description

一种分上、下双层粉末合金锻造浮动油封环及其制备方法
【技术领域】
本发明属于机械密封件技术领域，涉及一种上层采用高合金粉末、下层采用普通铁基粉末经压制和高温烧结而成的分上、下双层粉末合金锻造浮动油封环及其制备方法。
【背景技术】
浮动油封环是一种特殊型的机械密封件，是为适应恶劣的工作环境而发展起来的一种紧凑型的机械密封装置，它具有抗污染能力强、耐磨损、耐冲击、工作可靠、端面磨损后自动补偿、结构简单等优点，而广泛应用在工程机械行走部分的行星减速器上。
现有的浮动油封环是采用一种铁合金材料铸造或采用12CrNi3A锻压后加工成型，其缺点：一是零件在使用过程中磨损严重，并出现烧伤卡死，严重影响机器的使用性能；二是整件产品当使用过程磨损到一定程度时剩下的合金材料就出现不可回收的浪费；三是此类产品必须热处理加工硬度较高，装配或运输都易产生脆性损坏。
【发明内容】
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种具有制作成本低、使用寿命长和工作性能稳定优点的分上、下双层粉末合金锻造浮动油封环及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种分上、下双层粉末合金锻造浮动油封环，包括上层和下层，所述上层采用稀有合金粉末材料，其化学组成及其重量百分含量分别是：Cu：0.5～3％，C：0.5～1％，Cr：0.5～2％，MoS2：0.5～1.5％，其余为铁；所述下层采用普通铁粉材料，其化学组成及其重量百分含量分别是：Cu：0.5～3％，C：0.5～1％，其余为铁；所述上层和下层通过压制和高温烧结成一整体的浮动油封环。
所述上层高为2～3.5mm，浮动油封环外径为直径Φ58～Φ394mm。
一种分上、下双层粉末合金锻造浮动油封环制备方法：其工艺步骤是：
1、称料混料：按配比Cu：0.5～3％、C：0.5～1％、Cr：0.5～2％、MoS2：0.5～1.5％、其余为铁，称取上层的上述金属粉末材料进行混合；按配比Cu：0.5～3％、C：0.5～1％、其余为铁，称取下层的上述金属粉末材料进行混合；然后将上层的金属粉末材料和下层的金属粉末材料分别通过100目筛，再放入二维混料机上至少混合30分钟。
2、压制：利用带上一下二模架全自动油压机将下层的金属粉末材料填充阴模型腔，装有上层的金属粉末材料的送料斗前进到装有下层的金属粉末材料的阴模型腔上方，压机自动上升到上层的金属粉末材料所需装料高度3～5mm料斗退回，在500～700MPa压力下压成型，其密度到6.6～6.8g/cm3。
3、高温烧结：高温烧结温度为1110～1120℃，高温烧结时间1～2小时，推舟速度20～25分钟/舟。
4、高温热锻：高温热锻利用中频加热炉把经上述步骤处理后的工件加热到950～980℃，放入预热模腔后，用磨擦压力机锻压到所需形状密度达7.5g/cm3以上。
5、车削：在数控车床上编程序车削外锥及平面，达到产品工艺要求。
6、热处理：利用高频处理使合金层洛氏硬度达HRC60～65，参数设置范围是：加热时间为16～20s，保温时间为15～19s，加热电流为1500～1600A，保温电流为900～1500A。
7、研磨：利用平面研磨机磨出合金层面起密封作用的亮带。
8、检验、包装，制得浮动油封环成品。
本发明的有益效果是：本发明所述规格直径为Φ58～Φ394mm近60个品种的浮动油封环是由相同的两件组成对偶件同时使用，由于粉末冶金产品具有自润滑性，因而能降低两工件工作面间的互相磨擦，不会出现卡滞、烧伤等现象的发生，从而减少工作面的磨损，采取上层为高合金粉末、下层为普通铁基粉末生产的浮动油封环，再经过严谨的热处理工艺，保证了合理的淬火深度及较高的耐磨性能和抗疲劳性能，使产品使用寿命比其它方法生产的浮动油封环得到50～100倍的提高，制作成本大幅下降，不仅单一产品合金元素可节约50％、还为主机可节油3％，即使受到诸如腐蚀物质、较大温度变化(从-20℃～+110℃)、高达4kg/cm2压力和很高的接触速度作用时，仍能保持其性能稳定。
【附图说明】
图1是本发明的结构示意图；
图中：1-上层，2-下层。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
参见图1，一种分上、下双层粉末合金锻造浮动油封环，浮动油封环外径为直径Φ58～Φ394mm，包括有上层1和下层2，所述上层1采用稀有合金粉末材料，所述上层高为2～3.5mm，其化学组成及其重量百分含量分别是：Cu：0.5～3％，C：0.5～1％，Cr：0.5～2％，MoS2：0.5～1.5％，其余为铁；所述下层2采用普通铁粉材料，其化学组成及其重量百分含量分别是：Cu：0.5～3％，C：0.5～1％，其余为铁；所述上层1和下层2通过压制和高温烧结成一整体的浮动油封环。分上、下双层粉末合金锻造浮动油封环比整件产品用合金材料明显降低材料成本，利用粉末冶金零件的自润滑性更提高了工件的耐磨性；下层2采用普通铁粉材料减少稀有合金粉材的使用量，同时又避免多合金材料在后面热加工中产生非工作面的脆性，对整个产品具有更好的耐冲击性能。生产可通过如下措施来实现：在带有上一下二模架的全自动油压机上将下层2的金属粉末材料填充阴模型腔，然后装有上层1的金属粉末材料的送料斗前进到装有下层2的金属粉末材料的阴模型腔的上方，压机自动上升到上层1的金属粉末材料所需装料高度3～5mm料斗退回，在500～700MPa压力下压成型，其密度到6.6～6.8g/cm3，高温烧结后，进行锻造达到7.6g/mm3左右密度；产品成型后合金层厚度达到2～3.5±0.2mm，热处理硬度达60～65HRC。
本发明具体实施的工艺步骤：混料-压制-烧结-加热锻压-车削-热处理-精研-检验-包装。
步骤一：材料：按配方称取上层高合金粉Cu：0.5～3％，C：0.5～1％，Cr：0.5～2％，MoS2：0.5～1.5％，其余为铁；按配方称取下层普通铁粉Cu：0.5～3％，C：0.5～1％，其余为铁。
步骤二：混合：分别将上述配置材料过GB6003规定的100目筛，然后放入二维混料机上至少混合30分钟。
步骤三：压制：利用带上一下二模架全自动油压机将下层普通铁粉填充阴模型腔，装有上层高合金粉的送料斗前进到装有下层普通铁粉的阴模型腔的上方，压机自动上升到上层高合金粉所需装料高度3～5mm料斗退回，在500～700MPa压力下压成型，其密度到6.6～6.8g/cm3。
步骤四：高温烧结：高温烧结时间1～2小时，推舟速度20～25分钟/舟，烧结炉各段温度设置范围如下表：
 
烧结I段(预热区) 烧结II段(预热区) 烧结III段(烧结区) 烧结IV段(烧结区)
300～400 700～800 1110～1120 1110～1120
步骤五：高温热锻：高温热锻利用中频加热炉把工件加热到950～980℃，放入预热模腔后，用磨擦压力机锻压到所需形状，其密度达7.5g/cm3以上。
步骤六：车削：在数控车床上编程序车削外锥及平面，达到产品工艺要求。
步骤七：热处理：利用高频处理使合金层洛氏硬度达HRC60～65，温度设置范围如下表：
 
加热时间(s) 保温时间(s) 加热电流(A) 保温电流(A)
16～20 15～19 1500～1600 900～1500
步骤八：研磨：利用平面研磨机磨出合金层面起密封作用的亮带。
步骤九：检验、包装，制得成品浮动油封环。

Claims (1)

1.一种分上、下双层粉末合金锻造浮动油封环制备方法：其特征在于工艺步骤是：
(1)、称料混料：按配比Cu：0.5～3％、C：0.5～1％、Cr：0.5～2％、MoS2：0.5～1.5％、其余为铁，称取上层的上述金属粉末材料进行混合；按配比Cu：0.5～3％、C：0.5～1％、其余为铁，称取下层的金属粉末材料进行混合；然后将上层的金属粉末材料和下层的金属粉末材料分别通过100目筛，再分别放入二维混料机上至少混合30分钟；
(2)、压制：利用带上一下二模架全自动油压机将下层的金属粉末材料填充至阴模型腔，装有上层的金属粉末材料的送料斗前进到装有下层的金属粉末材料的阴模型腔的上方，压机自动上升到上层的金属粉末材料所需装料高度3～5mm后、料斗退回，在500～700MPa压力下压成型，其密度到6.6～6.8g/cm3；
(3)、高温烧结：高温烧结温度为1110～1120℃，高温烧结时间1～2小时，推舟速度20～25分钟/舟；
(4)、高温热锻：高温热锻利用中频加热炉把经上述步骤处理后的工件加热到950～980℃，放入预热模腔后，用磨擦压力机锻压到所需形状，其密度达7.5g/cm3以上；
(5)、车削：在数控车床上编程序车削外锥及平面，达到产品工艺要求；
(6)、热处理：利用高频处理使合金层洛氏硬度达HRC60～65，参数设置范围是：加热时间为16～20s，保温时间为15～19s，加热电流为1500～1600A，保温电流为900～1500A；
(7)、研磨：利用平面研磨机磨出合金层面起密封作用的亮带；
(8)、检验、包装，制得浮动油封环成品。
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