CN101407889A - 粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承及其制造方法，该轴承以百分比计，其组成含Cu 18～22％、石墨0.2～1.0％、La或Ce 0.3～0.8％、其余为Fe及不可避免的杂质。该轴承是将铜包铁粉末、La或Ce元素的粉末、其余为Fe及不可避免的杂质的粉末按一定配比组成的组合物经混合、低温扩散处理、压制、烧结等工序制成的轴承。该轴承用铁粉代替大部分铜粉，降低制造成本；不含铅，满足环保要求；用稀土为催化剂，使铜包铁粉末容易与其它粉末结合，合金分布均匀，有利于合金细化晶粒，使烧结体内形成细通孔，孔隙连通率达95％以上；该轴承机械性能均优于铜包铁粉末、6－6－3青铜粉末烧结含油轴承技术标准。

Description

粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用粉末冶金法制造的合金轴承，更具体地说，涉及在汽车、摩托车、计算机、电动工具、办公设备、自动化机械、家用电器等当中用于旋转支撑电机轴或类似件的烧结制造的合金含油轴承。

技术背景

目前，上述各种机器设备所用的微型电机轴承既要求具有良好减摩性能，又要求旋转轴在轴承内高速旋转时，机械滑动摩擦噪声低这类轴承大多是采用6-6-3青铜粉末、Cu-Sn青铜粉末材料，经成形、烧结制成。这种粉末含有大量的铜，每吨含铜850～900kg，据相关行业统计，我国含油轴承年总产近10000吨，其中铁基含油轴承为6000吨，铜基含油轴承4000吨，对青铜6-6-3含油轴承需要量为2000吨左右。在我国铜资源较缺乏，因此该合金轴承制造成本高，为此，中国专利说明书CN1107815C、CN1107816C《粉末冶金稀土铁青铜合金含油轴承及其制造方法》、《粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承及其制造方法》提供了用上述方法生产的含油轴承，该含油轴承虽然各项机械性能参数均优于6-6-3青铜粉末烧结的含油轴承技术标准，但该轴承仅用小部分铁粉代替了部分铜粉，大部分还是铜粉，因此，制造成本虽有所下降，产品价格仍较贵。另外，用6-6-3粉中含有铅约占2％，根据目前环保要求，粉末制品尽量为无铅制品，因此，用青铜粉制成的铜基制品受到较严重的制约。为此，中国专利说明书CN1730209A《铜包铁复合粉的制造方法》提供了可以使铜完全包覆于铁粉颗粒上，生产出铜包铁复合粉，该铜包铁复合粉生产的含油轴承与用青铜粉制作的含油轴承相比，不仅符合环保要求，而且价格低得多。然而，它还存在着如下的不足：1、用此方法直接用铜包铁粉生产含油轴承，其表面由铜包覆铁粉颗粒组成，易氧化，产品使用寿命受影响，要防氧化腐蚀；2、用此方法直接用铜包铁粉生产含油轴承，各项性能不稳定，并且耐磨性差。

发明内容

为克服现有的含油轴承存在的技术问题，本发明是提供一种粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承，它采用铜包铁粉代替铜，不仅降低了生产成本，其组成的成份不含铅，满足环保要求，而且能使其具有磨擦系数小，机械滑动噪声低，合金成份分布均匀，不易锈蚀氧化，而且其性能达到或超过6-6-3青铜粉末烧结的含油轴承技术标准。

本发明解决技术问题是通过以下技术方案来实现的，上述一种粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承，以重量百分比计，它的成份组成含有Cu 18～22％、石墨0.2～1.0％、La或Ce 0.3～0.8％、其余为Fe及不可避免的杂质。

以体积百分比计，上述轴承的含油率为20～25％。其优选方案是，上述轴承的含油率为20～22％。

本发明同时提供上述粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承的制造方法，该方法按下列步骤进行：

A、混合以重量百分比计，将按照含Cu元素18～22％的粉末、石墨0.2～1.0％的粉末、La或Ce 0.3～0.8％的粉末、其余为Fe及不可避免的粉末那样的配比组成的组合物充分混合，或者，将上述组合物进行低温扩散处理；

B、压粉成形将上述混合或低温扩散后的粉末置于模具中压制成形，压成压坯。

C、烧结将上述压制成形的压坯在N2和H2还原气氛中，逐渐预烧结加热经0.5～2小时，升温到200～400℃，保温0.5～1小时；烧结加热到400～800℃，保温0.5～1小时；再主烧结加热到800～1000℃，保温0.5～2小时，然后逐渐降温冷却至常温，烧结成合金烧结体；

D、整形将上述烧结体用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的密度及规定尺寸精度的压件；

E、浸油处理将上述压件进行浸油处理。

本发明的粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承及其制造方法与现有技术相比较具有如下优点：

1、该含油轴承由铜包铁粉、稀土粉制成，用铁粉代替大部分铜粉，铁粉的价格仅为铜粉的价格15～20％，因大幅度降低制造成本。

2、该含油轴承由铜包铁粉、稀土粉制成，不含铅，完全满足环保要求。

3、该轴承采用稀土作为活性催化剂，使得铜包铁粉末在低温状态下更加容易与其它粉末结合，经过混合或低温扩散工艺处理，合金分布更均匀，同时稀土有利于合金细化晶粒，烧结体表面呈海绵状细小通孔，使得烧结体内外部孔隙连通性达95％以上，使用运转时，润滑油自动吸出，形成油膜，润滑效果好，使旋转轴在轴承内径表面运转时摩擦阻力减少，降低机械滑动噪声，而且达到防锈、抗氧化要求，提高轴承的使用寿命。

4、该轴承各项机械性能克服了铜包铁粉末烧结含油轴承的性能不稳定及耐磨性差的缺陷，其性能优于铜包铁粉末、6-6-3青铜粉末烧结的含油轴承技术标准。

附图说明

图1是本发明的粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承的制造工艺流程图；

图2是显示烧结工序中烧结体温度变化的一例的曲线图；

图3是本发明的粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承表面的金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承及其制造方法的实施方式作进一步详细说明。

以下参照图1-3说明本发明实施方式。

图1是本发明的粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承的制造工艺流程图：图2是烧结工序中烧结体温度变化一例的曲线图，横轴表示时间，纵轴表示烧结体的温度。

本发明的粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承，作为烧结含油轴承的材料，再在铜包铁粉末中再加入稀土粉末，将这些粉末按一定的配比组成配合，对其进行混合或低温扩散处理，制取均匀的合金粉末，将所得到的混合物压制成形成为压坯，再在规定的条件下烧结成为烧结体，烧结处理不是使材料粉末全体完全熔融成为合金的，烧结处理是金属或合金的粉末加压成形的成形体在主要元素的熔点以下的温度进行热处理，利用粉末间的结合产生的固熔现象而烧结成的，籍以制造具有优良机械性能的烧结含油轴承。

本发明的粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承的技术方案是：

以重量百分比计，它的成份组成含有Cu 18～22％、石墨0.2～1.0％、La或Ce 0.3～0.8％、其余为Fe及不可避免的杂质。

以体积百分比计，上述含油轴承的含油率为20～25％。最佳含油率为20～22％。

制造上述粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承的方法是，该方法按下列步骤进行：以重量百分比计，将按照含铜元素粉末18～22％、石墨0.2～1.0％粉末、La或Ce元素粉末0.3～0.8％、其余为Fe及不可避免的杂质的粉末那样的配比组成的组合物充分混合，或者，将上述组合物进行低温扩散处理；将上述混合或低温扩散后的粉末置于模具中压制成形，压成压坯；将上述压制成形的压坯在N₂和H₂还原气氛中，逐渐预烧结加热经0.5～2小时，升温到200～400℃，保温0.5～1小时；烧结加热到400～800℃，保温0.5～1小时，再主烧结加热到800℃～1000℃，保温0.5～2小时，最后逐渐降温冷却至常温，烧结成合金烧结体；将上述烧结体用压模进行压制整形成具有规定的形状、规定的密度及规定尺寸精度的压件；将上述压件进行浸油处理，即制成含油轴承。

实施例

以下对本发明的粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承及其制造方法的实施方式进行说明。

图1和图2所示。

在混合工序A中，按规定的配比组成及分组将原料粉末进行配合，然后将所有各种原料制成充分混合或经低温扩散处理为均匀的混合物。

表1列出制作含油轴承的组合物的配比组成，其中：P1、P2……P8表示本发明的混合物的各种配比组成；Q1、Q2、Q3表示为6-6-3青铜粉末组成。

表1

在混合工序A中，按表1所示的配比组成的组合物原料粉末，在上述粉末中加入粘合剂，粘合剂是暂时添加的润滑剂，其挥发点低，在烧结开始阶段，会被挥发掉，其加入量为不大于上述混合物的1％。

在压粉工序B中，将上述混合物放入模具，按规定形状压制成形，形成压坯；

在烧结工序C中，将上述压坯送入网带式连续烧结炉，烧结炉内充有氮和氢还原气氛，被烧结的压坯在炉内的网带上匀速移动经0.5～2小时，逐渐加温到200～400℃，保温0.5～1小时；在预烧结过程，粘合剂逐渐挥发，再进入主烧结，加热到400～800℃后，经过0.5～1小时保温，然后再加热至800℃～1000℃，经0.5～2小时保温，最后逐渐降温冷却，直至常温出炉，制成合金烧结体；

在整型工序D中，把上述烧结体放在压模中进行整形，使上述烧结体成为具有规定的形状，规定的密度及规定的尺寸精度的压件；

在浸油处理工序E中，将上述压件洗净后，浸在润滑油中，在真空状态下进行加热浸油处理，由此，完成浸油处理后的烧结体含油率为20～25％(体积)，即制成粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承。

以下将本发明含油轴承与6-6-3青铜含油轴承的含油率、径向压溃强度、表观硬度的测定结果列于表2：

表2

从表2中所示，本发明含油轴承的各技术参数优于6-6-3青铜合金含油轴承的技术参数。

烧结含油轴承的含油率选择在20～25％时，就兼备适宜的含油量和径向压溃强度。所以，本发明轴承含油率为20～25％，其优选含油率为20～22％，本发明的含油轴承和6-6-3青铜含油轴承在具有同样的径向压溃强度的条件下，本发明的含油轴承的含油率高于6-6-3青铜的含油轴承的含油率。

从图3所示本发明的粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承P5的金相组织图，可以观察到，在高温烧结时，铜及其合金填补了部分孔隙。同时，部分铜合金固熔于灰色基体中，一部分呈游离态相铜1。基体为铁素体和细珠光体2，另一部分为聚集分布的夹杂物Ce氧化物(CeO₂S)3，由于铁铜合金显微结构较为复杂，图3中小块黑色部分为少量夹杂物及孔隙4，金属组织内的孔隙4是含浸润滑油的油孔。

Claims (4)

1、一种粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承，以重量百分比计，它的成份组成含有Cu 18～22％、石墨0.2～1.0％、La或Ce 0.3～0.8％、其余为Fe及不可避免的杂质。

2、根据权利要求1所述的粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承，其特征在于：以体积百分比计，上述轴承的含油率为20～25％。

3、根据权利要求1或2所述的粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承，其特征在于：上述轴承的含油率为20～22％。

4、一种制造权利要求1所述的粉末冶金稀土铜包铁合金含油轴承的方法，其特征在于：该方法按下列步骤进行：

A、混合  以重量百分比计，将按照含Cu元素18～22％的粉末、石墨0.2～1.0％的粉末、La或Ce 0.3～0.8％的粉末、其余为Fe及不可避免的粉末那样的配比组成的组合物充分混合，或者，将上述组合物进行低温扩散处理；

B、压粉成形将上述混合或低温扩散后的粉末置于模具中压制成形，压成压坯；

C、烧结将上述压制成形的压坯在N₂和H₂还原气氛中，逐渐预烧结加热经0.5～2小时，升温到200～400℃，保温0.5～1小时；再主烧结加热到400～800℃，保温0.5～1小时；再主烧结加热到800℃～1000℃，保温0.5～2小时，然后逐渐降温冷却至常温，烧结成合金烧结体；

D、整形  将上述烧结体用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的密度及规定尺寸精度的压件；

E、浸油处理将上述压件进行浸油处理。

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