CN101982262B - 高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承及其生产工艺。旨在提供一种有很好的抗黏着性能的铜基粉末冶金含油自润滑轴承。它呈轴套状，其特征是原料组成的质量比是：铝粉8～12％、锡粉4～8％、镍粉0.6～4％、硬质颗粒物1～5％、硬酯酸锌1～5％，余量为铜粉。其工艺路线依次是：根据上述原料组成，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结、车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。该发明的机械性能明显优于传统的粉末冶金轴承，特别适合承受高面压和很大的偏载，滑动速度及低摆角度很少的工程机械的工作机部位。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型材料的自润滑轴承，特别是一种高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承及其生产工艺。
背景技术
传统的铜基粉末冶金含轴承，当轴的转速达到一定值时，轴承间隙中的这些油所形成的油膜动力支撑承轴劲的载荷，含油轴承即处在流体动压润滑状态下工作。这决定了含油轴承适用于中、小承载及较高速度时才能实现流体动压润滑，在重载的工况条件下，传统的铜基粉末冶金含油轴承就显的无能为力。最典型的液压挖掘机的机身部位的轴承，工况条件是需要承受高面压和很大的偏载，在滑动速度及低摆动角度很少的区域内使用，往往容易发生油润滑的不足润滑，在高面压情况下造成轴承摩擦系数提高到0.3以上，产生异常的尖声形成黏着现象，从而把轴咬死。因此在该部位的轴承成为经常更换的易损件。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术不足而提供一种有很好的抗(耐)黏着性能的铜基粉末冶金含油自润滑轴承，特别针对承受高面压和很大的偏载，滑动速度及低摆角度很少的液压挖掘机的机身部位的高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承。
为了满足上述要求，高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承的技术方案是：它呈轴套状，其特征是原料组成的质量比是：铝粉8～12％、锡粉4～8％、镍粉0.6～4％、硬质颗粒物1～5％、硬酯酸锌1～5％，余量为铜粉。
所述铝粉的平均粒径不大于150μm。所述锡粉的平均粒径不大于150μm。所述镍粉的平均粒径不大于75μm。所述硬质颗粒物的平均粒径不大于2μm。所述铜粉的平均粒径不大于150μm。
所述的硬质颗粒物为Fe2P、Fe3P、FeB、Fe2B、Fe3B中的一种或任何几种的混合。
制造上述高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承工艺路线依次是：其特征是根据上述原料组成，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结、车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。
根据上述高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承还可以在高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承的外圆包裹有钢套。
制造上述包裹有钢套的高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承工艺路线依次是：其特征是根据上述配料，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结、车加工轴套状坯料外圆，根据车加工后的轴套状坯料的外圆制作钢套，将车加工后的轴套状坯料过盈压入钢套内，再扩散烧结，使钢套与轴套状坯料的接触面间熔融结合，车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。
本发明高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承的含油率为12～18％。
根据上述方案制造的高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承能提高耐磨性和抗黏着能力的机理是由于所含金属元素的协同作用所致：
含铝的特性：
1、从材料结构的金粉分析，材料基本组织是铜-铝基的β相和包含r2相的硬质颗粒点。铜-铝基的β相有硬度较高的(HV：250)有很好的抗黏着性能。而传统的青铜具有铜基α相是硬度很低(HV：110)容易产生凝固磨损，具有这种相制得的轴承在高载(高面压)偏载低速情况下没有足够的抗黏着能力。
2、含有铝的铜合金轴套通过扩散烧结和钢基体在结合面上形成了α相，因此结合十分充分。
含锡的特性：
锡能够提高强度和抗疲劳性能，当Sn的质量百分比含量小于1％时，强度的增加将不令人满意，另一方面当Sn的质量百分比含量超过15％，易形成金属间化合物并且合金也将变脆，所以优选4～8％。
含镍的特性：
镍能够提高强度以及抗腐蚀性能。当Ni的质量百分比含量小于0.1％时，强度增加得不令人满意，另一方面当Ni的质量百分比含量超过5％，易形成金属间化合物并且合金也将变脆，所以优选0.6～4％。
硬质颗粒的特性：
添加硬质颗粒物目的提高滑动轴承的耐磨性，硬质颗粒优选采用与铜或铜合金有良好烧结性能的铁基化合物，主要有Fe2P、Fe3P、FeB、Fe2B、Fe3B。这些铁基化合物与铜具有较强的润湿性。铜能给所有的硬质颗粒物得到有效的保持，由于铁基化合物硬度高、耐磨损，对滑动轴承起到很强的支撑作用，提高了耐磨损性。
硬酯酸锌的特性：
它有两个作用，一是良好脱模润滑剂，二是在温度400℃挥发掉80％，在温度500℃挥发掉100％，经挥发后留下的孔隙为浸油用于存油的微孔。可以通过控制造孔剂的量来控制含油孔隙的比例。
轴套状坯料有钢套包裹提高了整体性能。在过盈配合后再扩散烧结，本发明的扩散烧结为固相扩散烧结，固相扩散烧结是解决钢基与铜合金层结合强度的主要措施。在烧结前钢套内径与第一次烧结铜合金轴套外径之间有一定量的过盈配合，压入后在固相扩散烧结前两者之间已产生很大的结合应力，在的两者相互紧密接触之间经烧结将发生原子扩散，最终使两层材料之间产生牢固的结合力。本发明在轴套状坯料与钢套配合后形成整体，解决了轴套状坯料脆性问题，提高了轴承的抗冲击能力、抗压溃能力。在装配时也不容易变形。
附图说明
图1是包裹有钢套的高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承剖面图。
图中：1、轴套状坯料；2、钢套；3、结合层。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
所述的高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承呈轴套状，其原料组成的质量比是铝粉8～12％、锡粉4～8％、镍粉0.6～4％、硬质颗粒物1～5％、硬酯酸锌1～5％，余量为铜粉。所述铝粉的平均粒径不大于150μm。所述锡粉的平均粒径不大于150μm。所述镍粉的平均粒径不大于75μm。所述硬质颗粒物的平均粒径不大于2μm。所述铜粉的平均粒径不大于150μm。
所述的硬质颗粒物为Fe2P、Fe3P、FeB、Fe2B、Fe3B中的一种或任何几种的混合。
制造上述高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承工艺路线依次是：根据上述原料组成，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结、车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。上述各道加工工艺的参数为常规工艺，不再详细叙述。
根据上述高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承还可以在高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承的外圆包裹有钢套。
制造上述包裹有钢套的高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承工艺路线依次是：根据上述配料，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结、车加工轴套状坯料外圆，根据车加工后的轴套状坯料1的外圆制作钢套2，将车加工后的轴套状坯料1过盈压入钢套2内，再扩散烧结，使钢套2与轴套状坯料1的接触面间熔融结合，形成结合层3，车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。
本发明高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承的含油率为12～18％。
经测试高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承的机械性能与传统粉末件(Cu-Sn基)轴承的机械性能对比：
| 项目 | 本发明公开的自润滑轴承 | 传统粉末件(Cu-Sn基) |
| 抗拉强度 | 130～180MPa | 100MPa |
| 硬度 | 120～180HB | ＜80HB |
| 含油率 | 12～18％ | 12～18％ |
| 极限承载(面压) | 90～100MPa | 40～50MPa |
根据上述测试和实验，可以看到，高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承的机械性能明显优于传统的粉末冶金轴承。
Claims (6)
1.高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承，它呈轴套状，其特征是原料组成的质量比是：铝粉8～12％、锡粉4～8％、镍粉0.6～4％、硬质颗粒物1～5％、硬酯酸锌1～5％，余量为铜粉，所述的硬质颗粒物为Fe2P、Fe3P、FeB、Fe2B、Fe3B中的一种或任何几种的混合。
2.根据权利要求1所述的高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承，其特征是所述铝粉的平均粒径不大于150μm；所述锡粉的平均粒径不大于150μm；所述镍粉的平均粒径不大于75μm；所述硬质颗粒物的平均粒径不大于2μm；所述铜粉的平均粒径不大于150μm。
3.根据权利要求1至2任何一项所述的高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承，其特征是在高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承的外圆包裹有钢套。
4.根据权利要求3所述的高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承，其特征是高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承的含油率为12～18％。
5.如根据权利要求1至2任何一项所述高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承的制造工艺，其工艺路线依次是：根据上述原料组成，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结、车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。
6.如根据权利要求3所述高性能铜基粉末冶金含油自润滑轴承的制造工艺，其工艺路线依次是：根据上述配料，将各原料混合、压制成轴套状坯料、真空烧结、车加工轴套状坯料外圆，根据车加工后的轴套状坯料的外圆制作钢套，将车加工后的轴套状坯料过盈压入钢套内，再扩散烧结，使钢套与轴套状坯料的接触面间熔融结合，车加工至要求的几何尺寸和真空浸油，制成成品。
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