CN101793291B - 烧结含油轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴承，该轴承即使在高表面压力条件下，仍具有难以引起轴承和轴之间的金属接点的高润滑膜强度，并且即使在低速条件下，仍能将浸渗在轴承内的润滑剂充分供给到滑动面。其是在烧结合金的气孔内浸渗了混合稠度为400～475的润滑脂的烧结含油轴承，其中所述烧结合金包含在马氏体的铁碳合金基体中分散有选自铜合金相、具有金属碳化物的铁合金相、固体润滑相中的一种以上相的斑点组织，润滑脂是在基础油中含有1.5～2.5质量％的包含Li皂的增稠剂的润滑脂，其中所述基础油包含选自在40℃下的运动粘度为150～220mm²/s的矿物油、合成烃油和酯油中的至少一种。

Description

烧结含油轴承

技术领域

本发明涉及一种烧结合金的气孔内含有润滑脂状的润滑组合物的滑动轴承，特别涉及一种适用于向轴承滑动面施加高表面压力、在低速条件下滑动的用途的滑动轴承。 

背景技术

通常，对于在向轴承滑动面施加高表面压力的用途中使用的轴承，要求其具备耐久性，另外，为了减轻轴承和轴之间的摩擦，需要润滑。作为这种轴承，已知在铁系烧结合金中浸渗各种润滑剂的轴承。 

例如日本专利第2832800号公报(文献1)涉及一种滑动轴承组装体，其是由多孔铁系烧结材料形成的轴承组装体，特征在于将粘度为240～1500cSt的润滑油浸渗在该轴承的气孔内。为了在高表面压力且低速条件下获得良好的滑动特性，要求浸渗的润滑油的粘度在合适的范围，专利文献1规定了上述粘度范围。 

此外日本专利第3622938号公报(文献2)公开的滑动轴承的特点在于，滑动轴承的铁碳合金基体是马氏体，将常温下为半固态或固态、且滴点为60℃以上的润滑组合物填充到在马氏体中分散有铜粒子和铜合金粒子中的至少一种粒子的铁基烧结合金的气孔内，其中润滑组合物以包含极压添加剂和固体润滑剂粒子中的至少一种的油份以及蜡为主体。从而，浸渗在烧结合金中的润滑剂是固体状或半固体状的润滑剂，以此通过减少润滑剂的泄漏量、同时降低轴承和轴之间的金属接点，来延长滑动轴承的寿命。 

作为在高表面压力、低速滑动条件下使用的轴承，有压力机械用轴承、建设机械用轴承等。上述机械中所使用的轴承要求具备耐久性，而为了获得耐久性，轴承和轴之间进行充分润滑至关重要。 

然而，文献1和文献2所公开的烧结含油轴承在高表面压力或低速条件下，难以获得充分的润滑状态。其在高表面压力下，容易发生润滑膜破裂，容易引 起金属接点。而在低速条件下，由于伴随着轴的转动，难以从轴承内供给润滑剂，因此，滑动面的润滑状态恶化。 

在这种条件下，文献1中由于没有固体润滑效果，在表面压力作用在滑动部局部上的情况下，存在金属接点增大，粘着(かじり)和磨耗增大的可能。另一方面，虽然文献2中润滑膜强度高，固体润滑效果好，但是由于润滑剂为固体或半固体状，因此，难以从轴承内部供给润滑剂，使得在低温条件或起动时，润滑不充分，存在产生粘着或异常噪音的可能。 

发明内容

鉴于上述问题，提出本发明，本发明的目的在于提供一种轴承，这种轴承即使在高表面压力条件下，仍具有不易发生轴承和轴的金属接点(金属接触：)的高润滑膜强度，而且，即使在低速条件下，仍能将浸渗于轴承的润滑剂充分供给到滑动面。 

本发明的烧结含油轴承是在烧结合金的气孔内浸渗了混合稠度(混和ちよう度：)为400～475的润滑脂的烧结含油轴承，上述烧结合金包含在马氏体的铁碳合金基体中分散有选自铜合金相、具有金属碳化物的铁合金相、固体润滑相中的一种以上相的斑点组织(まだら組織：)，该烧结含油轴承的特征在于，上述润滑脂是在基础油中含有1.5～2.5质量％的包含锂(Li)皂的增稠剂的润滑脂，其中所述基础油包含选自在40℃下的运动粘度为150～220mm²/s的矿物油、合成烃油(聚α烯烃油)以及酯油中的至少一种。 

从而，这种滑动轴承具有可耐受高表面压力的润滑膜强度，在低速条件下，仍能向滑动面供给润滑剂。 

具体实施方式

下文将详细说明本发明的烧结含油轴承。 

浸渗在本发明的轴承中的润滑剂是包含固体的润滑剂，也就是润滑脂。而且，为了兼顾向烧结轴承的浸渗性和低速高表面压力条件下的润滑性，使混合稠度为400～475。当混合稠度过低时，润滑脂变硬，有引起浸渗率低的问题，同时导致难以从轴承内供给润滑剂，因此，容易引起金属接点。另一方面，当混合稠度过高时，由于润滑脂软化，因此，虽然浸渗率提高，但是润滑膜强度 下降，仍容易引起金属接点。 

通过基础油的粘度、种类以及锂皂的添加量的组合，能够将混合稠度控制在上述范围。此外，通过将较多锂皂添加在低粘度的基础油中而增大粘度，以及选择高粘度的基础油并减少锂皂添加量，可分别使稠度变为相同数值。虽然为了在高表面压力下抑制金属接点，最好增加锂皂，但是，由于润滑剂的硬度增大，将导致难以浸渗在烧结合金中，因此，锂皂添加量范围为1.5～2.5质量％。 

锂润滑脂中的增稠剂，也就是锂皂，是各种油脂或脂肪酸的锂盐，通过使锂与1种或多种油脂类组合而能获得各种性能的润滑脂。上述油脂类例如可以为牛脂、棕榈油、椰子油等天然动植物油、或蓖麻硬化油等将天然动植物油氢化得到的硬化油、或将它们分解而获得的各种脂肪酸等。另外也可以使用己二酸、癸二酸等二元羧酸，苯甲酸、水杨酸等芳香族羧酸，合成脂肪酸等。特别是以蓖麻硬化油或其脂肪酸、硬脂酸与锂形成的皂作为增稠剂的润滑脂除了耐热性和耐水性良好之外，机械稳定性也好。 

通过降低基础油粘度，在低速条件下，能够容易地将润滑剂供给到滑动面上。然而，在粘度过低的情况下，由于润滑油的泄漏量增大、润滑膜强度降低，因此，金属接点增大，轴承上产生异常。另一方面，增大基础油粘度时，润滑油难以从轴承内流出，因而，使基础油粘度为150～220mm²/s。 

基础油例如可列举矿物油、合成烃油或酯油。具体地说，例如可以是石蜡系矿物油(パラフイン系鉱油)、环烷烃系矿物油、聚α烯烃油、聚丁烯、二酯油、三酯油、多元醇酯油等。在本发明中，将这些油单独使用或将多种混合，能够获得具有上述范围的粘度的基础油。 

为了抑制在高表面压力条件下产生磨损，轴承合金采用高硬度、高强度的马氏体的铁碳合金基体。具有金属碳化物的铁合金相也具有高硬度，也能够抑制磨损。为了抑制与轴的热胶着(焼付き)而添加铜合金相以及固体润滑剂相。组成为铜合金7～30质量％、作为具有金属碳化物的铁合金相的高速工具钢粉5～30质量％、固体润滑剂例如是石墨、二硫化钼、硫化锰、氟化钙等，添加量为0.5～2质量％。 

实施例 

下面将结合实施例和比较例更详细地说明本发明。 

(1)轴承的制作 

作为原料粉末，准备粉化铁粉(神户制钢所制、商品名アトメル300M)、电解铜粉(福田金属箔粉工业(株)制、商品名CE-15)、石墨粉(日本黑铅制造、商品名CPB)的各种金属粉末以及成形润滑剂(硬脂酸锌粉)。并以82质量％的铁粉、17.2质量％的铜粉、0.8质量％的石墨粉的比例将各种金属粉配合，针对上述金属粉，追加1质量％的成形润滑剂并混合。 

然后，将上述混合粉末压缩成形为圆筒形的轴承形状，在氢气和氮气的混合气体中、在1130℃的烧结温度下烧结后，进行渗碳淬火。轴承的密度为6.3Mg/m³，有效多孔率(有効多孔率)约为20％。轴承合金的截面显微镜组织为：在铁的马氏体组织粒子和铜合金粒子斑状分散的金属组织中分布有气孔。对渗碳淬火后的坯料进行机械加工，制成内径φ10毫米、外径φ16毫米、全长10毫米的轴承试验用试验件。 

使用普通的减压浸渗装置，将加热到60℃的润滑剂浸渗在上述轴承试验件中。在下表1中示出被评价的各种润滑剂。在实施例7～8中，基础油使用合成油，而在其它例中，基础油使用矿物油，增稠剂使用Li皂。 

(2)轴承试验方法 

试验方法为将轴插入到固定在机壳(ハウジング)上的轴承的内径部，在对机壳施加垂直方向的负荷的状态下，使轴摇动，进行耐久试验。通过出现热胶着现象的运行时间进行评价。并且，将摩擦系数超过0.3的情况视作产生热胶着。 

旋转轴(轴)为进行了高频淬火的碳钢S45C，表面粗糙度约为0.8S。在室温环境下，轴的滑动速度为0.5米/分钟，摇动角度为60°，轴承所承受的负荷面压为80MPa。 

(3)试验结果 

表1中示出了轴承试验结果。比较例1～2、实施例1～3使用粘度为210mm²/s的基础油，并改变增稠剂的量。随着增稠剂添加量增加，稠度降低。在增稠剂量少的比较例1中，通过Li皂实现的固体润滑效果小，因此，轴承和轴的金属接点增大，在早期出现热胶着。在增稠剂量多的比较例2中，由于稠度降低，粘性阻力增大，因此，浸渗在轴承内的润滑剂难以通过气孔被供给，在早期产生热胶着。 

比较例3～4、实施例4～6使用粘度为160mm²/s的基础油，并改变增稠剂的量。随着增稠剂添加量增加，稠度降低。与使用粘度为210mm²/s的基础油的情况大致倾向相同，在增稠剂量少的比较例3和增稠剂量多的比较例4中，均在早期出现热胶着。由上可知，在增稠剂的添加量为1.5～2.5％的范围显现出良好的滑动特性。 

在比较例5～7中，将基础油粘度减少至80mm²/s，增稠剂的添加量在1.5～2.5％之间变化。在显著降低基础油粘度的情况下，由于油膜强度降低，因此，金属接点增大，在早期出现热胶着。 

在比较例8～10中，将基础油粘度增大至600mm²/s，并使增稠剂添加量在1.5～2.5％之间变化。在增大基础油粘度时，存在稠度增大的倾向。可知在基础油粘度增大的情况下，稠度不一定减少。这是混合不充分导致的结果，在基础油粘度显著增大的比较例8～10中，均倾向于在早期出现热胶着，这是由于基础油粘度增大，所浸渗的润滑剂难以通过气孔被供给，导致在早期产生热胶着。 

实施例7～8是将实施例2的配合组成中的基础油由矿物油变为合成油。通过采用合成油，能够降低因滑动部的摩擦热导致的润滑油劣化，同时通过提高润滑性，能够大幅度提高至轴承热胶着时所耗时间。 

根据上述实验结果，可以看出对于高表面压力且低速条件下使用的烧结含油轴承的浸渗润滑剂，存在最佳范围的基础油粘度、增稠剂添加量和稠度。 

表1 

本发明的烧结含油轴承即使在高表面压力且低速滑动条件下，仍能充分地向滑动面供给润滑油，同时能够减少轴承和轴的金属接点，由此能够维持良好的润滑。利用这些特性，本发明的烧结含油轴承特别适用于压力机用轴承、建设机械的轴承。 

Claims (5)

1.烧结含油轴承，其是在烧结合金的气孔内浸渗了混合稠度为400～475的润滑脂的烧结含油轴承，其中所述烧结合金包含在马氏体的铁碳合金基体中分散有选自铜合金相、具有金属碳化物的铁合金相、上述铜合金相以外的固体润滑相中的一种以上相的斑点组织，该烧结含油轴承的特征在于，

上述润滑脂是在基础油中含有1.5～2.5质量％的包含Li皂的增稠剂的润滑脂，其中所述基础油包含选自在40℃下的运动粘度为150～220mm²/s的矿物油、合成烃油和酯油中的至少一种。

2.权利要求1所述的烧结含油轴承，其特征在于，上述固体润滑相由石墨、二硫化钼、硫化锰、氟化钙构成。

3.权利要求1或2所述的烧结含油轴承，其特征在于，上述固体润滑相相对于全体组成为0.5～2质量％。

4.权利要求1所述的烧结含油轴承，其特征在于，上述铜合金相由相对于全体组成为7～30质量％的铜合金构成。

5.权利要求1所述的烧结含油轴承，其特征在于，上述铁合金相由相对于全体组成为5～30质量％的高速工具钢构成。