CN102935512B - 一种船用铜铅合金轴瓦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜铅合金粉末烧结在低碳优质碳素钢材料表面的船用轴瓦材料及其制备方法。所述的铜铅合金粉末的化学成分按重量百分比计为：铅20～26％，锡1～2％，锌0～1％和铜79～70.5％，铜铅合金粉末中杂质含量总和不超过0.5％。其制备包括以下步骤：(1)在低碳优质碳素钢钢板上均匀地铺满一层铜铅合金粉末；(2)在还原性保护气氛下进行烧结，烧结温度760～870℃，烧结时间10～80分钟；(3)初轧校平，轧制后的合金层密度9.2～9.4g/cm3；(4)复烧，烧结温度为850～960℃，时间为15～80分钟；(5)精轧校平，轧制后的合金层密度9.3～9.5g/cm3。采用本发明方法制造的船用铜合金轴瓦材料，合金硬度只有30-40HB，具有更好的润滑性和在严苛负重环境下的耐磨性。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金领域，特别涉及一种船用铜铅合金轴瓦材料及其制备方法。
背景技术
随着科技的进步，对船用轴瓦材料特别是对用于大功率、高载荷的发动机使用的白合金轴瓦材料，提出了更高的要求，例如，要具有高强度，能满足大功率和特大功率发动机的要求，还要求轴瓦材料能适应不同的环境和工况下工作，具有抗应力腐蚀和化学腐蚀的能力。到目前为止，大功率发动机普遍使用的轴承材料是白合金轴瓦材料，这类轴瓦材料主要铅锡合金。这类的白合金的具有良好的减磨性能，但机械承载能力低。因此使用高承载能力的铜铅合金轴瓦材料是发展的需要。铜铅合金具有较低的摩擦系数，可减少发生摩擦咬合而造成的事故。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题就是针对大功率、高载荷的发动机使用的白合金轴承材料强度不高、机械承载能力差的缺陷，提供一种船用铜铅合金轴瓦材料及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的的技术方案如下：
本发明第一个的技术方案为：一种铜铅合金粉末烧结在低碳优质碳素钢材料表面的船用轴瓦材料，所述的铜铅合金粉末的化学成分按重量百分比计为：铅20～26％，锡1～2％，锌0～1％和铜79～70.5％。较佳的为：铅23～24％，锡1～1.5％，锌0.2～0.8％和铜73～75％。所述的铜铅合金粉末较佳的其中其它杂质含量总和不超过0.5％。铜铅合金粉末的颗粒直径分布较佳的为：-100目～+150目含量为0～0.2％；-150目～+250目含量为15～18％；-250目～+325目含量为32～35％；-325目～+400目含量为20～24％；-400目含量为22.8～33％。更佳的为：-100目～+150目含量为0.1％；-150目～+250目含量为17～18％；-250目～+325目含量为33～34％；-325目～+400目含量为23～24％；-400目含量为25～26％。铜铅合金粉末较佳的是由水雾化或气雾化制粉方式生产的。优选的，在生产、储存以及加工过程中都要有氮气保护气氛保护。本发明将所述的铜铅合金粉末采用常规的粉末冶金工艺烧结在低碳优质碳素钢材料表面，即制成了船用轴瓦材料，该轴瓦强度高、机械承载能力强。
较佳的，采用的粉末冶金工艺具体如下。
本发明第二个的技术方案为：一种制备船用铜铅合金轴瓦材料的方法，包括以下步骤：
(1)在低碳优质碳素钢钢板上均匀地铺满一层铜铅合金粉末，其中钢板的厚度范围为3.0mm～30.0mm，铜铅合金粉末的厚度范围为0.3mm～2.0mm；
(2)在还原性保护气氛下进行烧结，烧结温度760～870℃，烧结时间10～80分钟；
(3)初轧校平，把初次烧结后的材料进行冷轧，轧制至厚度范围为3.35mm～32.80mm，轧制厚度精度控制在±0.01mm；轧制后的合金层密度9.2～9.4g/cm3；
(4)在还原性保护气氛下，再次进行烧结，简称复烧，烧结温度为850～960℃，时间为15～80分钟；
(5)精轧校平，经过再次烧结后的材料再次进行精轧，轧制至厚度范围为3.30mm～32.0mm，轧制精度控制在±0.01mm，轧制后的合金层密度9.3～9.5g/cm3。
本发明中，所述的铜铅合金粉末的化学成分按重量百分比计为：铅20～26％，锡1～2％，锌0～1％和铜79～70.5％。所述的铜铅合金粉末较佳的其中其它杂质含量总和不超过0.5％。铜铅合金粉末的颗粒直径分布较佳的为：-100目～+150目含量为0～0.2％；-150目～+250目含量为15～18％；-250目～+325目含量为32～35％；-325目～+400目含量为20～24％；-400目含量为22.8～33％。铜铅合金粉末较佳的是由水雾化或气雾化制粉方式生产的。合金粉末是球状或椭球状。
所采用的的低碳优质碳素钢除油除锈并校平后使用。
本发明中，上述步骤(2)(4)需要保护气氛。所述的还原性保护气氛是氢气、氨分解气或氢气和氮气混合气。较佳的，氢气和氮气的混合体积比例为氢气∶氮气为5％～95％∶95％～5％。
初烧和复烧较佳的都在烧结炉中进行。烧结炉优选网带式连续烧结炉或自动连续烧结炉。
本发明生产的轴瓦材料特别适用于制作船上使用的轴承中的轴瓦。
本发明所用的原料或试剂除特别说明之外，均市售可得。
相比于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明解决了大功率、高载荷的发动机使用的白合金轴承材料强度不高、机械承载能力差的问题，填补了高综合机械性能铜铅合金轴承材料生产的空白。本发明的一种船用铜合金轴瓦材料制作工艺。能够提高铜铅合金滑动轴承材料的强度，降低铜铅合金的硬度，具有较低的摩擦系数，可减少发生摩损咬合造成事故；与传统的铅青铜轴承材料相比。采用本发明方法制造的船用铜合金轴瓦材料，合金硬度只有30-40HB，具有更好的润滑性和在严苛负重环境下的耐磨性。
具体实施方式
下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
生产材料规格为：总厚度12.5×合金宽度120mm，合金厚度为1.5mm的船用铜合金轴瓦材料板材。
钢板准备：选用SPCC牌号的优质碳素钢钢板，将大张的钢板剪切成设计的12.5×126×900mm，进行除油除锈，并校平，平面度≤0.5mm。
合金粉末准备，采用高压水雾化的方法制取铜铅合金粉末，粉末的化学成分按重量百分比计，铅23％，锡1.5％，锌0.4％，其它杂质含量总和不超过0.5％，余量为铜。铜铅合金粉的颗粒直径符合：-100目～+150目含量为0％；-150目～+250目含量为15％；-250目～+325目含量为32％；-325目～+400目含量为24％；-400目含量为29％。
按设计的成品为1.5mm的合金层厚度计，铺粉厚度为2.85mm，将合金粉末均匀的铺在预处理好的钢板上，并在通有氨分解气还原性保护气氛的履带式烧结炉中进行烧结，第一次烧结(初烧)温度为850℃，烧结时间为80分钟，使合金粉末之间，合金粉末和钢板之间有一定的结合强度。
初轧校平，把初烧后的材料在冷轧机上进行冷轧，轧制至14.60mm的厚度，精度控制在±0.01mm。初轧的目的是提高合金的密度。
复烧。将初轧好的材料，在880℃的温度下进行再次烧结(复烧)，烧结时间为80分钟，使合金之间，合金和钢板之间的结合强度进一步提高。
精轧及校平。经过复烧后的材料，进行轧制(精轧)，轧制后厚度为12.50±0.01mm，其目的是进一步提高合金的密度，并所要求的铜铅合金-钢双金属材料的厚度。
精轧后的铜铅合金轴瓦材料在450℃，条件下进行退火5小时，并自然冷却到常温。
成品合金硬度检测结果为34HB。
实施例2
生产材料规格为：总厚度13.5×合金宽度200mm，合金厚度为1.80mm，的船用铜合轴瓦材料。选用Q235牌号的优质碳素钢结构钢板，将钢板剪切成宽度216mm和长度1000mm的条料，进行表面除油、除锈并校平。合金粉末准备，采用高压气雾化的方法制取铜铅合金粉末，铜铅合金粉的颗粒直径符合：-100目～+150目含量为0.1％；-150目～+250目含量为17.4％；-250目～+325目含量为33.5％；-325目～+400目含量为23.2％；-400目含量为25.8％。将化学成分按重量百分比计为铅24％，锡1.1％，锌0.8％，其它杂质含量总和不超过0.5％，余量为铜的合金粉末均匀的铺在已处理好的钢板上，并放在通有还原性保护气氛烧结炉中进行烧结，其余的生产工艺同实施例1，成品合金硬度检测结果为34HB。
实施例3
生产材料规格为：总厚度15.0×合金宽度240mm，合金厚度为1.5mm，的船用铜合金轴瓦材料。选用SS400牌号的优质碳素钢结构钢板，将钢板剪切成宽度256mm和长度950mm的条料，进行表面除油、除锈，并校平。合金粉末准备，铜铅合金粉的颗粒直径符合：-100目～+150目含量为0.1％；-150目～+250目含量为17.8％；-250目～+325目含量为33.1％；-325目～+400目含量为23.5％；-400目含量为25.5％。将化学成分按重量百分比计为铅23.5％，锡1.5％，锌0.2％，其它杂质含量总和不超过0.5％，余量为铜的合金粉末均匀的铺在已处理好的钢板上，并放在通有还原性保护气氛烧结炉中进行烧结，其余的生产工艺同实施例1，成品合金硬度检测结果为32HB。
Claims (7)
1.一种铜铅合金粉末烧结在低碳优质碳素钢材料表面的船用轴瓦材料，其特征在于，所述的铜铅合金粉末的化学成分按重量百分比计为：铅20～26％，锡1～2％，锌0～1％和铜70.5～79％，其它杂质含量总和不超过0.5％；所述的铜铅合金粉末的颗粒直径分布为：-100目～+150目含量为0～0.2％；-150目～+250目含量为15～18％；-250目～+325目含量为32～35％；-325目～+400目含量为20～24％；-400目含量为22.8～33％。
2.一种制备船用铜铅合金轴瓦材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在低碳优质碳素钢钢板上均匀地铺满一层铜铅合金粉末，其中钢板的厚度范围为3.0mm～30.0mm，所述的铜铅合金粉末的厚度范围为0.3mm～2.0mm；所述的铜铅合金粉末的化学成分按重量百分比计为：铅20～26％，锡1～2％，锌0～1％和铜70.5～79％，其它杂质含量总和不超过0.5％；所述的铜铅合金粉末的颗粒直径分布为：-100目～+150目含量为0～0.2％；-150目～+250目含量为15～18％；-250目～+325目含量为32～35％；-325目～+400目含量为20～24％；-400目含量为22.8～33％；
(2)在还原性保护气氛下进行烧结，烧结温度760～870℃，烧结时间10～80分钟；
(3)初轧校平，把初次烧结后的材料进行冷轧，轧制至厚度范围为3.35mm～32.80mm，轧制厚度精度控制在±0.01mm；轧制后的合金层密度9.2～9.4g/cm3；
(4)在还原性保护气氛下，再次进行烧结，简称复烧，烧结温度为850～960℃，时间为15～80分钟；
(5)精轧校平，经过再次烧结后的材料再次进行精轧，轧制至厚度范围为3.30mm～32.0mm，轧制精度控制在±0.01mm，轧制后的合金层密度9.3～9.5g/cm3。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的还原性保护气氛是氢气、氨分解气或氢气和氮气混合气。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，初烧和复烧都在烧结炉中进行，烧结炉为网带式连续烧结炉或自动连续烧结炉。
5.一种铜铅合金粉末，其特征在于，其化学成分按重量百分比计为：铅20～26％，锡1～2％，锌0～1％和铜70.5～79％，杂质含量总和不超过0.5％；所述的铜铅合金粉末的颗粒直径分布为：-100目～+150目含量为0～0.2％；-150目～+250目含量为15～18％；-250目～+325目含量为32～35％；-325目～+400目含量为20～24％；-400目含量为22.8～33％。
6.如权利要求5所述的铜铅合金粉末在制备船用轴瓦材料中的应用。
7.如权利要求1所述的船用轴瓦材料在制备船用轴瓦中的应用。
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