CN102806349A - 一种挖掘机械用钢铜双金属轴承的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机械用钢铜双金属轴承的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)制备钢套；2)采用纯铜粉末制备成厚度为0.5-1mm的环状毛坯，然后将其与钢套烧结制备成复合钢套；然后将内衬纯铜层车削减薄至0.2-0.3mm；3)制备铜基粉末冶金材料，该材料由以重量百分比计的下列组份组成：-200目铝粉12-14％，-300目锰粉1-3％，-300目锡粉0.5-1.5％，-200目铁粉7.5-8.5％，-200目铈粉0.2-0.4％，胶体二硫化钼2-3％，-120目鳞片石墨4-5％，余量为-200目电解铜粉；然后混料并压制成环状压坯后压入复合钢套中形成组合件；4)将组合件烧结成型；5)后处理。

Description

一种挖掘机械用钢铜双金属轴承的制备方法

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种挖掘机械用钢铜双金属轴承的制备方法。

背景技术

近年来，随着工程机械领域技术的迅速发展，对液压式挖掘机尤其是大吨位和大功率挖掘机的关键工作装置提出了更高的要求。工作装置是直接完成挖掘任务的装置，其可靠性对液压挖掘机整机性能影响很大。它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成，动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作用液压缸控制。为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可以配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等多种作业机具。实际使用中，工作装置处于低速重载的实际工况，这就对轴和轴承的工作性能提出了非常高的要求，而在挖掘机设计中，工作装置的重量在能满足设计性能参数的前提下应尽可能紧凑，所以合理设计轴承对挖掘机整机性能至关重要。为了有效地提高工作装置的可靠性与稳定性，目前大多使用滑动轴承，并安装于液压式挖掘机的摩擦部位，以有效地提高运动部位的润滑性与耐磨性。此类滑动轴承主要为两类，一类是应用于动臂起落和斗杆伸缩部位、以铜合金为基体的自润滑滑动轴承，可以满足在较高载荷和很低速度下的耐磨性需求，但此类轴承的主要缺点是成本较高；另一类是应用于铲斗转动部位、以合金钢为基体的滑动轴承，可以满足高承载和相对高的速度下的使用寿命需求，目前遇到的主要问题是润滑性较差，需要外部润滑的频率较高，若缺油或少油时，轴承的耐磨性会明显下降，以至于更换频率较高。

公开号为CN101649858A的中国专利申请公开了一种钢基铜合金双金属滑动轴承及其制备方法，其钢基铜合金双金属滑动轴承具有成本低廉，承载能力高，自润滑性和耐磨损能力优异等特点，烧结后内层铜合金硬度HB≥100MPa。但由于其铜和钢的结合层为电镀铜层，较薄，并且在钢管内部，电镀一致性不好，因此其铜层和钢层的结合效果不是十分理想，并且其铜合金材料也有待进一步改进，以获得更好的性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种挖掘机械用钢铜双金属轴承的制备方法。采用该方法制备的钢铜双金属轴承的钢铜界面结合力强，并且综合性能优异。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种挖掘机械用钢铜双金属轴承的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)将碳钢或不锈钢钢管通过机械加工成无缝管钢套，内孔加工至所需要的尺寸，并保证壁厚的二次加工余量；

2)将-200目纯铜粉末装入环状模具中进行压制压制压力为350-450MPa，并保证脱模后所压制的环状毛坯外径较前述钢套内径大约0.03-0.05mm，制备成厚度为0.5-1mm的环状毛坯；将环状毛坯用小型压机压入钢套形成组合件；将组合件放置于还原气氛或惰性气氛烧结炉中进行烧结成型，其烧结温度为800-830℃，烧结时间为90-150分钟，随炉冷却至300℃后出炉空冷，制备成内衬纯铜层的复合钢套；然后内衬纯铜层车削减薄至0.2-0.3mm；

3)制备铜基粉末冶金材料，该材料由以重量百分比计的下列组份组成：-200目铝粉12-14％，-300目锰粉1-3％，-300目锡粉0.5-1.5％，-200目铁粉7.5-8.5％，-200目铈粉0.2-0.4％，胶体二硫化钼2-3％，-120目鳞片石墨4-5％，余量为-200目电解铜粉；按比例称量好后，机械混合，混合时先混合铝粉，锰粉，锡粉，铁粉，铈粉和铜粉，混合时加入占总料重量0.5％的机油，混合4-6小时后加入二硫化钼和鳞片石墨，然后再混合3-5小时，制备成混合料；将混合料装入环状模具中进行压制，压制压力为400-500MPa，并保证脱模后所压制的环状毛坯外径较前述钢套内径略大，二者间隙大约为0.05-0.07mm，将铜基粉末冶金材料毛坯压入复合钢套中形成组合件；

4)将组合件放置于还原气氛或惰性气氛烧结炉中进行烧结成型，其烧结温度为930-950℃，烧结时间为180-240分钟；随炉冷却至300℃后空冷至常温；

5)对轴承内表面、加油孔及油槽进行相应加工，保证合金层厚度≥2mm；进行真空浸渍润滑油，保证含油率≥12％(体积比)。

本发明具有如下有益效果。

1)本发明采用纯铜制备过渡层，过渡层具有一定的厚度，经粉末冶金烧结的方式与钢套结合，并且在结合铜基粉末冶金材料后再次进行烧结时，纯铜和钢套之间经受二次烧结，即复烧，使其铜和钢之间的扩散层增厚，二者达到完全冶金结合，结合牢固。

2)纯铜与钢套烧结后采用车削减薄至0.2-0.3mm，该厚度是在大量实验的基础上总结出来的，在后续烧结后铜还将少量扩散至钢中，并且与铜基粉末冶金材料中的合金元素互相扩散，使得即保证了冶金结合，又不会使得结合层过厚，而导致由于纯铜强度低而导致的结合层早期失效。

3)对铜基粉末冶金材料进行了优化设计，在大量正交试验的基础上，确定了适宜的合金元素及其添加量，使得其强韧性高，承载能力高，自润滑性和耐磨损能力优异等特点，烧结后内层铜合金硬度HB≥150MPa。

4)压制压力和烧结温度等工艺参数根据所设计的材料的特性如合金元素的作用和性能等，进行优化，使得制备的材料的综合性能优异。

具体实施方式

实施例一

一种挖掘机械用钢铜双金属轴承的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)将碳钢或不锈钢钢管通过机械加工成无缝管钢套，内孔加工至所需要的尺寸，并保证壁厚的二次加工余量；

2)将-200目纯铜粉末装入环状模具中进行压制，压制压力为350MPa，并保证脱模后所压制的环状毛坯外径较前述钢套内径大约0.03-0.05mm，制备成厚度为1mm的环状毛坯；将环状毛坯用小型压机压入钢套形成组合件；将组合件放置于还原气氛或惰性气氛烧结炉中进行烧结成型，其烧结温度为800℃，烧结时间为150分钟，随炉冷却至300℃后出炉空冷，制备成内衬纯铜层的复合钢套；然后内衬纯铜层车削减薄至0.2mm；

3)制备铜基粉末冶金材料，该材料由以重量百分比计的下列组份组成：-200目铝粉12％，-300目锰粉3％，-300目锡粉0.5％，-200目铁粉8.5％，-200目铈粉0.2％，胶体二硫化钼3％，-120目鳞片石墨4％，余量为-200目电解铜粉；按比例称量好后，机械混合，混合时先混合铝粉，锰粉，锡粉，铁粉，铈粉和铜粉，混合时加入占总料重量0.5％的机油，混合6小时后加入二硫化钼和鳞片石墨，然后再混合3小时，制备成混合料；将混合料装入环状模具中进行压制，压制压力为500MPa，并保证脱模后所压制的环状毛坯外径较前述钢套内径略大，二者间隙大约为0.05-0.07mm，将铜基粉末冶金材料毛坯压入复合钢套中形成组合件；

4)将组合件放置于还原气氛或惰性气氛烧结炉中进行烧结成型，其烧结温度为930℃，烧结时间为240分钟；随炉冷却至300℃后空冷至常温；

5)对轴承内表面、加油孔及油槽进行相应加工，保证合金层厚度≥2mm；进行真空浸渍润滑油，保证含油率≥12％(体积比)。

实施例二

一种挖掘机械用钢铜双金属轴承的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)将碳钢或不锈钢钢管通过机械加工成无缝管钢套，内孔加工至所需要的尺寸，并保证壁厚的二次加工余量；

2)将-200目纯铜粉末装入环状模具中进行压制，压制压力为450MPa，并保证脱模后所压制的环状毛坯外径较前述钢套内径大约0.03-0.05mm，制备成厚度为0.5mm的环状毛坯；将环状毛坯用小型压机压入钢套形成组合件；将组合件放置于还原气氛或惰性气氛烧结炉中进行烧结成型，其烧结温度为830℃，烧结时间为90分钟，随炉冷却至300℃后出炉空冷，制备成内衬纯铜层的复合钢套；然后内衬纯铜层车削减薄至0.3mm；

3)制备铜基粉末冶金材料，该材料由以重量百分比计的下列组份组成：-200目铝粉14％，-300目锰粉1％，-300目锡粉1.5％，-200目铁粉7.5％，-200目铈粉0.4％，胶体二硫化钼2％，-120目鳞片石墨5％，余量为-200目电解铜粉；按比例称量好后，机械混合，混合时先混合铝粉，锰粉，锡粉，铁粉，铈粉和铜粉，混合时加入占总料重量0.5％的机油，混合4小时后加入二硫化钼和鳞片石墨，然后再混合5小时，制备成混合料；将混合料装入环状模具中进行压制，压制压力为400MPa，并保证脱模后所压制的环状毛坯外径较前述钢套内径略大，二者间隙大约为0.05-0.07mm，将铜基粉末冶金材料毛坯压入复合钢套中形成组合件；

4)将组合件放置于还原气氛或惰性气氛烧结炉中进行烧结成型，其烧结温度为950℃，烧结时间为180分钟；随炉冷却至300℃后空冷至常温；

5)对轴承内表面、加油孔及油槽进行相应加工，保证合金层厚度≥2mm；进行真空浸渍润滑油，保证含油率≥12％(体积比)。

实施例三

一种挖掘机械用钢铜双金属轴承的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)将碳钢或不锈钢钢管通过机械加工成无缝管钢套，内孔加工至所需要的尺寸，并保证壁厚的二次加工余量；

2)将-200目纯铜粉末装入环状模具中进行压制，压制压力为400MPa，并保证脱模后所压制的环状毛坯外径较前述钢套内径大约0.03-0.05mm，制备成厚度为0.8mm的环状毛坯；将环状毛坯用小型压机压入钢套形成组合件；将组合件放置于还原气氛或惰性气氛烧结炉中进行烧结成型，其烧结温度为815℃，烧结时间为120分钟，随炉冷却至300℃后出炉空冷，制备成内衬纯铜层的复合钢套；然后内衬纯铜层车削减薄至0.25mm；

3)制备铜基粉末冶金材料，该材料由以重量百分比计的下列组份组成：-200目铝粉13％，-300目锰粉2％，-300目锡粉1.0％，-200目铁粉8.0％，-200目铈粉0.3％，胶体二硫化钼2.5％，-120目鳞片石墨4.5％，余量为-200目电解铜粉；按比例称量好后，机械混合，混合时先混合铝粉，锰粉，锡粉，铁粉，铈粉和铜粉，混合时加入占总料重量0.5％的机油，混合5小时后加入二硫化钼和鳞片石墨，然后再混合4小时，制备成混合料；将混合料装入环状模具中进行压制，压制压力为450MPa，并保证脱模后所压制的环状毛坯外径较前述钢套内径略大，二者间隙大约为0.05-0.07mm，将铜基粉末冶金材料毛坯压入复合钢套中形成组合件；

4)将组合件放置于还原气氛或惰性气氛烧结炉中进行烧结成型，其烧结温度为940℃，烧结时间为210分钟；随炉冷却至300℃后空冷至常温；

5)对轴承内表面、加油孔及油槽进行相应加工，保证合金层厚度≥2mm；进行真空浸渍润滑油，保证含油率≥12％(体积比)。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (1)

1.一种挖掘机械用钢铜双金属轴承的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)将碳钢或不锈钢钢管通过机械加工成无缝管钢套，内孔加工至所需要的尺寸，并保证壁厚的二次加工余量；

2)将-200目纯铜粉末装入环状模具中进行压制压制压力为350-450MPa，并保证脱模后所压制的环状毛坯外径较前述钢套内径大约0.03-0.05mm，制备成厚度为0.5-1mm的环状毛坯；将环状毛坯用小型压机压入钢套形成组合件；将组合件放置于还原气氛或惰性气氛烧结炉中进行烧结成型，其烧结温度为800-830℃，烧结时间为90-150分钟，随炉冷却至300℃后出炉空冷，制备成内衬纯铜层的复合钢套；然后内衬纯铜层车削减薄至0.2-0.3mm；

3)制备铜基粉末冶金材料，该材料由以重量百分比计的下列组份组成：-200目铝粉12-14％，-300目锰粉1-3％，-300目锡粉0.5-1.5％，-200目铁粉7.5-8.5％，-200目铈粉0.2-0.4％，胶体二硫化钼2-3％，-120目鳞片石墨4-5％，余量为-200目电解铜粉；按比例称量好后，机械混合，混合时先混合铝粉，锰粉，锡粉，铁粉，铈粉和铜粉，混合时加入占总料重量0.5％的机油，混合4-6小时后加入二硫化钼和鳞片石墨，然后再混合3-5小时，制备成混合料；将混合料装入环状模具中进行压制，压制压力为400-500MPa，并保证脱模后所压制的环状毛坯外径较前述钢套内径略大，二者间隙大约为0.05-0.07mm，将铜基粉末冶金材料毛坯压入复合钢套中形成组合件；

4)将组合件放置于还原气氛或惰性气氛烧结炉中进行烧结成型，其烧结温度为930-950℃，烧结时间为180-240分钟；随炉冷却至300℃后空冷至常温；

5)对轴承内表面、加油孔及油槽进行相应加工，保证合金层厚度≥2mm；进行真空浸渍润滑油，保证含油率≥12％(体积比)。