CN101845568A - 粉末冶金超长寿命含油轴承及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉末冶金超长寿命含油轴承及其制造方法，该轴承以重量百分比计，它的成份组成含有Sn 7-11％，P 0.2-1.0％，Cr 2-6％，MoS2 2-6％，其余Cu以及不可避免的杂质，并采用下述方法制备，它是将上述各粉末按一定的配比组成的组合物经混合、低温扩散、压制成形、烧结、整形、浸油处理制成轴承。该轴承用添加MoS2粉作为固体润滑剂和用磷作为Cu-Sn基体的强化剂，使得Cu-Sn合金分布在低温状态下更加容易结合，经混合低温扩散处理，合金分布更均匀，同时磷有利于合金细化晶粒，烧结体表面呈海绵状细小通孔，孔隙连通率达95％以上。轴承内径表面在运转时磨擦力减少，滑动噪声低，加入Cr，使基体强度得到提高，轴承运转中提高了耐磨性，使用寿命能超过3万小时。
Description
技术领域
本发明涉及一种烧结含油轴承及其制造方法，特别是涉及一种粉末冶金超长寿命含油轴承及其制造方法。
技术背景
随着粉末冶金工业的发展，粉末冶金含油轴承应用领域不断拓宽，特别是应用在汽车上的微特电机、办公设备、家用电器(空调，冰箱等)等领域要求轴承具有低噪音，超长寿命。然而，目前长寿命粉末冶金含油轴承的减摩性提高和使用寿命的延长，通常采用添加Pb提高减摩性，但是，该方法采用添加Pb不符合环保要求，且此方法制造的轴承，其性能的使用寿命也不能满足30000小时以上的要求，若要保证该轴承能满足30000小时以上使用寿命、长时间运转过程中摩损量小、油耗少等要求。还需采用在基体材料中添加合金元素来强化基体强度，添加固体润滑剂来改善边界润滑。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种粉末冶金超长寿命含油轴承及其制造方法，该轴承采用铜锡粉末中加入P、Cr粉强化基体材料，添加固体润滑剂增强材料，使其具有减磨性、噪音低、摩擦系数小特点，尤其是该轴承的使用寿命能超过3万小时。
为了达到上述的目的，本发明是通过以下技术方案来实现的，上述一种粉末冶金超长寿命含油轴承，以重量百分比计，它的成份组成含有Sn7-11％，P 0.2-1.0％，Cr 2-6％，MoS2 2-6％，其余Cu以及不可避免的杂质。
本发明同时提供了一种粉末冶金超长寿命含油轴承的制造方法，该方法按下列步骤进行：
1、混合以重量百分比计，将按照含Sn元素粉末70-85％、含P元素的粉末0.2-2％、Cr元素的粉末2-6％、MoS2元素的粉末2-6％，其余为Cu及不可避免的粉末那样的配比组成的组合物充分混合。
2、低温扩散将上充分混合的粉末在扩散炉内通过200-400℃，在N气的保护下进行低温扩散，使部分金属预先合金化。
3、压制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，压力为150-350MPa，压制密度为5.9-6.2g/cm3；
4、烧结烧结处理是在主要元素的熔点温度以下进行的热处理，将上述压制成形的压坯在N和H还原气氛中，逐渐烧结加热经0.5-1.5小时，升温到300-500℃，再主烧结加热到720-820℃，恒温0.5-1.5小时，然后经0.5-1.5小时逐渐降温冷却至常温，烧结成合金烧结体；在烧结过程中使P、Cr的扩散合金，增强CuSn基体的强度，固体润滑剂MoS2颗粒周围形成薄层化合物，使MoS2粘接在基体中。
5、整形将上述去毛刺后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；
6、浸油处理将上述压件置于真空浸油机内进行浸油处理，浸油过程中保持80-100℃，使工件内的孔隙充满高耐磨润滑油，以体积百分比计，上述含油轴承的含油率为19-24％。
本发明的粉末冶金超长寿命含油轴承及其制造方法与现有技术相比较具有的优点和效果是：它采用添加MoS2粉作为固体润滑剂和用磷作为Cu-Sn基体的强化剂，使得Cu-Sn合金分布在低温状态下更加容易结合。经过混合低温扩散工艺处理，合金分布更均匀，同时磷有利于合金细化晶粒，烧结体表面呈海绵状细小通孔，孔隙连通率达95％以上。该轴承高速旋转时，润滑油自动快速吸出，形成油膜，提高润滑效果，再加之烧结，在MoS2颗粒周围形成了润滑层，使旋转轴在轴承内径表面运转时磨擦阻力减少，降低机械滑动噪声；加入Cr，使基体强度得到提高，轴承运转中提高了耐磨性，使用寿命超过3万小时。
附图说明。
图1是本发明的粉末冶金超长寿命含油轴承的制造方法的流程图；
图2是烧结工序中烧结体温度变化的曲线图；
图3A是本发明的粉末冶金超长寿命含油轴承表面的金相组织图；
图3B是图3A中所述的轴承表面金相组织的局部放大金相组织图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步的详细说明，本实施例以本发明的技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明的粉末冶金超长寿命含油轴承，以重量百分比计，它的成份组成含有Sn 7-11％，P 0.2-1.0％，Cr 2-6％，MoS2 2-6％，其余Cu以及不可避免的杂质。
如图1、2所示，本发明的粉末冶金超长寿命含油轴承的制造方法，它采用添加MoS2粉作为固体润滑剂和用磷、铬作为Cu-Sn基体的强化剂，使得Cu-Sn合金分布在低温状态下更加容易结合。经过混合低温扩散工艺处理，合金分布更均匀，同时磷有利于合金细化晶粒，烧结体表面呈海绵状细小通孔，孔隙连通率达95％以上，再加之烧结后，在MoS2颗粒周围形成了润滑层，其具体步骤如下：
1、混合以重量百分比计，将按照含Sn元素粉末70-85％、含P0.2-2％、Cr 2-6％、MoS2 2-6％，其余为Cu及不可避免的粉末那样的配比组成的组合物充分混合。
2、低温扩散将上充分混合的粉末在扩散炉内通过200-400℃，在N气的保护下进行25-35分钟低温扩散，使部分金属预先合金化。
3、压制成形将上述混合及低温扩散后的粉末置于模具中压制成形，压成压坯，压力为150-350MPa，压制密度为5.9-6.2g/cm3；
4、烧结烧结处理是在主要元素的熔点温度以下进行的热处理，将上述压制成形的压坯在N和H还原气氛中，逐渐烧结加热经0.5-1.5小时，升温到300-500℃，再主烧结加热到720-820℃，恒温0.5-1.5小时，然后经0.5-1.5小时逐渐降温冷却至常温，烧结成合金烧结体；在烧结过程中使P、Cr的扩散合金，增强CuSn基体的强度，固体润滑剂MoS2颗粒周围形成薄层化合物，使MoS2粘接在基体中。
5、整形将上述去毛刺后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；
6、浸油处理将上述压件置于真空浸油机内进行浸油处理，浸油过程中保持80-100℃，使工件内的孔隙充满高耐磨润滑油，以体积百分比计，上述含油轴承的含油率为19-24％。
图3A和图3B分别为本发明的粉末冶金超长寿命含油轴承表面的金相照片，图中，黑色区域为孔隙，灰色区域为基体，从该两幅金相图分析可以看出：该轴承材料中加入Cr之后在Cr的周围分布着P和S的化合物，该化合物为Cr3P+CrS，它表明，Cr在烧结过程中发生了部分扩散，增加了耐磨性，提高了材料的压溃强度。
以下是本发明超长寿命含油轴承的含油率、径向压溃强度、表观硬度的测定结果列于下表1
表1
下面对本发明的粉末冶金超长寿命含油轴承与其它两种含油轴承在材料耐磨试验机(YQ-001)作耐磨试验，试验含油轴承规格：φ6Xφ12X8，含浸油为YQ-75合成油。试验参数：PV值设定为100MPa.m.min-1，轴运转速度为4000r/min，连续运转。随机取相同的轴承样品在相同的运转环境下，分别试验，检测运行情况。见下表2：
表2
从上述三种含油轴承(材料)试验的表2可以看出：序号1所采用的轴承材料标准为：MPIF 35标准CTG-1001-23，该轴承经寿命测试电机在1500小时出现卡死，不能满足长寿命电机需求；序号2所采用的轴承材料为通用长寿命电机轴承材料，该轴承经寿命测试电机在2800小时出现卡死，不能满足超长寿命电机需求；序号3所采用材料为本发明粉末冶金超长寿命含油轴承材料，该轴承试验4000小时，电机正常，检测轴承磨损量约为2μm，油消耗量约为7％，由此推算该轴承使用寿命能达到30000小时以上。
Claims (2)
1.一种粉末冶金超长寿命含油轴承，以重量百分比计，它的成份组成含有Sn 7-11％，P 0.2-1.0％，Cr 2-6％，MoS2 2-6％，其余Cu以及不可避免的杂质。
2.一种制造权利要求1所述的粉末冶金超长寿命含油轴承的制造方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
①、混合 以重量百分比计，将按照含Sn元素粉末70-85％、含P元素的粉末0.2-2％、Cr元素的粉末2-6％、MoS2元素的粉末2-6％，其余为Cu及不可避免的粉末那样的配比组成的组合物充分混合；
②、低温扩散 将上充分混合的粉末在扩散炉内通过200-400℃，在N气的保护下进行低温扩散，使部分金属预先合金化；
③、压制成形 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，压力为150-350MPa，压制密度为5.9-6.2g/cm3；
④、烧结 烧结处理是在主要元素的熔点温度以下进行的热处理，将上述压制成形的压坯在N和H还原气氛中，逐渐烧结加热经0.5-1.5小时，升温到300-500℃，再主烧结加热到720-820℃，恒温0.5-1.5小时，然后经0.5-1.5小时逐渐降温冷却至常温，烧结成合金烧结体；在烧结过程中使P、Cr的扩散合金，增强CuSn基体的强度，固体润滑剂MoS2颗粒周围形成薄层化合物，使MoS2粘接在基体中；
⑤、整形 将上述去毛刺后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；
⑥、浸油处理 将上述压件置于真空浸油机内进行浸油处理，浸油过程中保持80-100℃，使工件内的孔隙充满高耐磨润滑油，以体积百分比计，上述含油轴承的含油率为19-24％。
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