CN1018657B

CN1018657B - 耐热耐磨自润滑材料及其制造方法

Info

Publication number: CN1018657B
Application number: CN 91102256
Authority: CN
Inventors: 罗锡裕; 杨凤环; 谭益钦; 杨钢; 田淑岩
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1991-04-12
Publication date: 1992-10-14
Also published as: CN1055397A

Abstract

本发明为耐热耐磨自润滑材料及其制造方法。其特征是以铁为主要成分，基体相为珠光体，加入了锰、铬、钴元素，提高材料的热强性和耐磨性，同时加入了石墨、二硫化钼、青铜和共晶磷铁等，提高耐磨性和降低摩擦系数。在制造方法上，采用电火花烧结或热压烧结，材料组织致密，本发明材料具有优异的物理性能和机械性能，可在500℃温度以下长期工作。主要用于制作冶金、机械、化工等部门在高温下工作的大尺寸自润滑轴承等零部件。

Description

本发明涉及粉末冶金材料及其制造方法。主要适用于冶金、机械、化工等部门制作耐热耐磨自润滑的大尺寸零部件。

现有的自润滑材料多为铁基的，由于成本低廉，故应用广泛，传统的铁基自润滑材料有两种：一是浸油式的，基体有一定的孔隙度，靠油膜润滑，其强度和使用温度都较低;二是非浸油式的，通常要加入一定量的低熔点金属，而合金元素和固体润滑剂的加入量有限，加上采用一般的烧结工艺制成，故存在一定的孔隙度，致使使用温度低，润滑性和耐磨性不令人满意，热强性也较差（昭58-133346A、昭58-133347A）。

本发明的目的在于提供一种热强性高，并具有高耐磨性和低摩擦系数的全致密自润滑材料及其制造方法。

其主要技术方案是在材料的成分设计上，除以铁为主要成分外，一是加入锰、铬、钴合金元素，提高热强性和耐磨性，二是加入石墨、二硫化钼（或二硫化钨），降低摩擦系数，三是加入青铜、共晶磷铁，提高耐磨性，降低烧结温度;在制造方法上，采用电火花烧结或热压烧结，可得到孔隙度极低的全致密的烧结材料。

本发明自润滑材料的化学成分（重量%）为：青铜或铜中任一种5～30%，钴2～5%，锰2.0～7.0%，铬1.0～3.0%，共晶磷铁（Fe₃P或Pe₂P）3～6%，石墨3～15%，二硫化钼或二硫化钨中任一种2～5%，其余为铁。其中青铜的化学成分（重量%）为：锡5～7%，锌5～7，铅2～4%余为铜。

本发明自润滑材料的主要成分为铁，采用-200目的还原铁粉或雾化铁粉。铁在烧结过程中，可和石墨碳素形成珠光体，珠光体为基体相，有良好的耐磨性。

锰和铬可强化铁素体，并产生少量的合金渗碳体，达到复合强化基体相的目的，有效地提高了材料的热强性和耐磨性。锰和铬可以以锰铁和铬铁的形式加入，粉碎后，过200目筛。所加入的钴采用微米级的钴粉，钴在烧结时可与铁完全固溶，使材料的热强性大大提高。

所加入的青铜采用-200目的雾化粉末，而铜采用-300目的电解粉末，它们可提高材料的导热性和耐磨性，降低材料的烧结温度，使材料易于致密化。

材料中的共晶磷体，以Fe₃P或Fe₂P形式存在，目的是提高材料的耐磨性，而又不至于研磨对偶金属。它是将共晶态的磷铁合金经粉碎后，过200目筛使用。

本发明的自润滑材料中，石墨和二硫化钼（或二硫化钨）是两种固体润滑剂。石墨采用-300目的化学纯粉剂。石墨在450～500℃时，摩擦系数较低，和对偶金属有很大的分子结合力，减磨性不随摩擦方向的变化而变化，热稳定性和化学稳定性较高，特别适用于500℃温度以下工作。二硫化钼（或二硫化钨）粉剂，粒度细小，与对偶金属亲合力很强，在烧结中，有少量分解，分解的钼（或钨）可强化基体相，而硫和铁形成硫化铁，它具有很好的润滑性。

本发明所述的自润滑材料采用粉末冶金工艺制成。合金中各组份均采用粉末，按其化学成分范围配料后，充分混合均匀，然后装模，随之烧结成型。

烧结工艺采用电火花烧结或热压烧结。

电火花烧结分两个阶段进行：第一阶段为轻压跟踪-放电活化阶段，轻压跟踪压力为1-3MPa，温度从室温至600℃，时间5～10分钟;第二阶段为重压成形-热塑变致密化阶段，重压成型压力为23～28MPa，温度600～1050℃，时间3～6分钟;停电后继续保压2～3分钟，以利于合金元素的充分扩散。

采用热压烧结工艺时，感应加热和直接通电加热均可。所施加的压力分初压和二次加压，初压压力6～8MPa，温度600～800℃时间10～15分钟，二次加压压力为15～25MPa，温度800～1100℃，时间20～30分钟，停电后继续保压3～5分钟。

电火花烧结和热压烧结均在大气中进行。

与传统的铁基自润滑材料相比，根据本发明的化学成分和制造方法所制得自润滑材料，组织致密，几乎无孔隙，同时，基体相被锰、铬、钴元素大幅度地强化，大大地提高了材料的耐磨性和热强性，同时，共晶磷铁和固体润滑剂均匀地分布在基体中，进一步提高了材料的耐磨性，并使材料的减摩性得到了保证。该自润滑材料与对偶金属（如钢质材料）干摩擦时，可在对偶金属的表面上形成一层很薄的转移润滑层，与对偶金属组成良好的自润滑摩擦副。可在500℃温度以下长期工作。

本发明的自润滑材料，具有优异的物理性能和机械性能;密度为5.5～7.0g/cm²;硬度HB190～270;抗压强度690～890MPa;与钢的干摩擦系数，室温下为0.05～0.1，480℃温度下为0.05～0.12。

实施例

根据本发明所述的化学成分和制造方法，制备了四批自润滑材料。按化学成分和粒度要求配料（所有料均为粉剂）后，分别在混料机中混料，充分混合均匀后，分别装模，第1、2批号采用电火花烧结，第3、4批号采用热压烧结。四个批号的化学成分如表1所示，电火花烧结和热压烧结的工艺参数分别于表2和表3所示，表4列出了最终产品的性能。见表1

表1中，青铜的化学组成（重量%）为：批号1中锡6.1%，锌5.9%，铅3.2%，余为铜;批号2中锡6.4%，锌5.5%，铅2.5%，余为铜。见表2、见表3、见表4。

表1 实施例的化学成分（重量%）

批号青铜 Co Mn Cr 共晶磷铁石墨二硫化钼 Fe

Fe₃P

1 5 3 2.6 1.9 12 3 余

4

Fe₃P

2 9 5 5.3 2.6 6 2 余

6

Cu Fe₂P

3 2 2.0 1.3 5 2 余

15 3

Cu Fe₂P 二硫化钨

4 2 2.0 1.3 4 余

22 3 2

表1中，青铜的化学组成（重量%）为：批号1中锡6.1%，锌5.9%，铅3.2%，余为铜;批号2中锡6.4%，锌5.5%，铅2.5%，余为铜。

表2 实施例电火花烧结工艺参数

第一阶段第二阶段停电后保

批号压力时间温度压力时间温度压时间

MPa 分钟 ℃ MPa 分钟 ℃ 分钟

1 1.5 7 600 27 4 1040 3

2 2.8 6 590 25 6 1050 2.5

表3 实施例压热烧结工艺参数

初压二次加压停电后保

批号时间温度压力时间温度压时间

压力

MPa 分钟 ℃ MPa 分钟 ℃ 分钟

3 7 15 800 21 27 1080 3

4 7.8 11 780 17 30 1050 4

表4 实施例最终产品性能

密度硬度抗压强度与钢的干摩擦系数孔隙度

批号

g/cm³H_BMPa 室温 480℃ %

1 5.6 228 745 0.08 0.10 ＜0.5

2 6.5 267 880 0.06 0.08 〃

3 6.8 206 701 0.09 0.10 〃

4 6.9 195 708 0.10 0.11 〃

Claims

1、一种耐热耐磨自润滑材料，其特征在于化学成分(重量%)为：青铜(锌5～7%，锡5～7%，铅2～4%，余为铜)或铜5～30%，钴2～5%，锰2.0～7.0%，铬1.0～3.0%，共晶磷铁(Fe₃P或Fe₂P)3～6%，石墨3～15%，二硫化钼或二硫化钨2～5%，余为铁。

2、一种权利要求1所述的耐热耐磨自润滑材料的制造方法，采用粉末冶金工艺，根据化学成分范围进行配料，经充分混合均匀后装模，随之烧结，其特征在于烧结工艺采用电火花烧结或热压烧结：

电火花烧结分两个阶段：①第一阶段为轻压跟踪一放电活化阶段，其工艺参数为压力1～3MPa，时间5～10分钟，温度从室温至600℃;②第二阶段为重压成型-热塑变致密化阶段，其工艺参数为压力23～28MPa，时间3～6分钟，温度600～1050℃，停电后保压2～3分钟;

热压烧结分初压和二次加压两个阶段：①初压的工艺参数为压力6～8MPa，温度600～800℃，时间10～15分钟;②二次加压的工艺参数为压力15～25MPa，温度800～1100℃，时间20～30分钟，停电后保压3～5分钟。