CN103223491A - 一种轴承外圈粉末冶金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴承外圈粉末冶金的制备方法，它包括以下步骤：所述的轴承外圈是由下述重量百分比的原料制成：0.6-0.7%的镍、0.2-0.4%的铈、0.2-0.4%的铬、0.4-0.6%的钼、0.2-0.6%的刚玉粉、0.3-0.4%的硬脂酸锌、1-2%的改性助剂、30-45%的碳酸钙、其余为铁；本发明通过加入的改性助剂，在混合原料中提供了超细粉末，这种超细粉末能够填充在大颗粒的缝隙间，从而提高了混合料的松装密度，且该超细粉末的主要成分为纳米铁粉和硬脂酸钙，通过硅烷偶联剂等助剂得到的新型改性助剂，进一步提高了制品的耐磨性等各项物理特性，其中铁粉和液体石蜡作为润滑剂添加到改性助剂中，增强了该改性助剂在混合压制的效果，在同等压制压力下大幅提高粉末冶金结构件压坯强度，改变了原材料颗粒结合形态与孔隙形状，从根源上解决了裂纹的产生。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种轴承外圈粉末冶金的制备方法，属于铸造领域。
背景技术
随着我国经济不断发展，粉末冶金结构用途越来越广。粉末冶金作为一种近净成型技术，在生产结构件等批量大、尺寸精度高、加工费高昂的零件时有很大的经济优势。但粉末冶金结构件存在一个弱点：产品在未烧结前压坯强度很低，导致成型与搬运过程中容易出现裂纹，且无法在制造过程中探知。这在某些应用上如汽车关键部位零件是致命的缺陷，导致了粉末冶金结构件只能应用在中低风险受力件上，使用范围受到了很大的限制。
粉末冶金结构件强度主要受三方面因数影响：一是材料成分，二是产品密度，三是产品在成型与搬运过程中是否出现裂纹。材料成分影响制造成本，产品密度对成型机台与模具损耗影响很大，而裂纹主要受压坯强度影响，且很难探知。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种轴承外圈粉末冶金的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种轴承外圈粉末冶金的制备方法，它包括以下步骤：
（1）配料：所述的轴承外圈是由下述重量百分比的原料制成：
0.6-0.7%的镍、0.2-0.4%的铈、0.2-0.4%的铬、0.4-0.6%的钼、0.2-0.6%的刚玉粉、0.3-0.4%的硬脂酸锌、1-2%的改性助剂、30-45%的碳酸钙、其余为铁；
所述的改性助剂是由下述重量份的原料制成：
纳米铁粉90-100、氢氧化钙30-40、硬脂酸30-40、过氧化二异丙苯6-8、铁粉8-10、失水山梨醇单油酸酯2-4、脂肪醇聚氧乙烯醚2-3、液体石蜡3-4、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷0.8-1、水适量；
所述的改性助剂的制备方法包括以下步骤：
A、将上述重量份的氢氧化钙加入到等质量的水中，在90-110℃下搅拌加热20-30分钟，得氢氧化钙水溶液；
B、将上述重量份的硬脂酸加热到60-70℃，加入上述重量份的失水山梨醇单油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚，升高温度至于80-85℃，恒温搅拌1-2小时，在搅拌条件下缓慢添加入上述氢氧化钙水溶液，添加完毕后继续搅拌1-2小时，得混合液；
C、将上述重量份的纳米铁粉颗粒分散到水中，得到含纳米铁粉的悬浮液；
D、在上述含纳米铁粉的悬浮液中加入上述重量份的过氧化二异丙苯、铁粉、液体石蜡在500-600转/分的速度下搅拌40-50分钟，再加入上述重量份的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷与步骤B得到的混合液，高速1800-2000转/分搅拌20-30分钟，烘干，研碎成超细粉末，即得所述改性助剂。
（2）压制：将上述重量份的碳酸钙、铁、改性助剂预先混合，再加入剩余各原料，在600-1000 MPa的压力下压制3-4分钟，制成冷压毛坯；
（3）烧结：在烧结气氛为真空、还原性气氛或惰性气氛的条件下，将上述冷压毛坯在1-5MPa 的压力下进行烧结，温度制度为：先在300-500℃下预烧5-10分钟，然后以5-7℃/分的速度升高温度，当温度达到700-800℃时，恒温15-25分钟，再以3-5℃/分的速度升高温度，当温度达到900-1050℃时，恒温1-2小时，然后再以4-6℃/分的速度降低温度至常温冷却，得到轴承外圈的半成品；
（4）热处理：将上述半成品在860-880℃下保温1-3 小时，然后进入油槽淬火，油温为45-55℃，淬火后送入回火炉回火1-2 小时，回火温度200-250℃，保温1-2小时，进行硫化处理；
（5）硫化处理：将重量比为100:1-2的硫和氧化锌的混合物放入坩埚中，在120-140℃下加热30-40分钟，至硫完全熔化，将上述热处理后的轴承外圈浸入硫液中，浸渍15-25分钟，将浸渍过的制品放入炉内，通氢保护，加热到700-720℃保温0.5-1小时；
（6）真空浸油：将硫化处理后的轴承外圈放入含有润滑油的真空箱内，加热温度至75-90℃，保持时间为25-40分钟，即得所述轴承外圈。
本发明的优点是：
本发明通过加入的改性助剂，在混合原料中提供了超细粉末，这种超细粉末能够填充在大颗粒的缝隙间，从而提高了混合料的松装密度，且该超细粉末的主要成分为纳米铁粉和硬脂酸钙，通过硅烷偶联剂、过氧化二异丙苯等助剂得到的新型改性助剂，进一步提高了制品的耐磨性等各项物理特性，其中铁粉和液体石蜡作为润滑剂添加到改性助剂中，增强了该改性助剂在混合压制的效果，在同等压制压力下大幅提高粉末冶金结构件压坯强度，改变了原材料颗粒结合形态与孔隙形状，从根源上解决了裂纹的产生。
具体实施方式
实施例1
一种轴承外圈粉末冶金的制备方法，它包括以下步骤：
（1）配料：所述的轴承外圈是由下述重量百分比的原料制成：
0.7%的镍、0.4%的铈、0.4%的铬、0.6%的钼、0.6%的刚玉粉、0.4%的硬脂酸锌、2%的改性助剂、35%的碳酸钙、其余为铁；
所述的改性助剂是由下述重量份的原料制成：
纳米铁粉100、氢氧化钙40、硬脂酸40、过氧化二异丙苯8、铁粉10、失水山梨醇单油酸酯4、脂肪醇聚氧乙烯醚3、液体石蜡4、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷0.8、水适量；
所述的改性助剂的制备方法包括以下步骤：
A、将上述重量份的氢氧化钙加入到等质量的水中，在110℃下搅拌加热30分钟，得氢氧化钙水溶液；
B、将上述重量份的硬脂酸加热到70℃，加入上述重量份的失水山梨醇单油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚，升高温度至于85℃，恒温搅拌2小时，在搅拌条件下缓慢添加入上述氢氧化钙水溶液，添加完毕后继续搅拌2小时，得混合液；
C、将上述重量份的纳米铁粉颗粒分散到水中，得到含纳米铁粉的悬浮液；
D、在上述含纳米铁粉的悬浮液中加入上述重量份的过氧化二异丙苯、铁粉、液体石蜡在600转/分的速度下搅拌50分钟，再加入上述重量份的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷与步骤B得到的混合液，高速2000转/分搅拌30分钟，烘干，研碎成超细粉末，即得所述改性助剂。
（2）压制：将上述重量份的碳酸钙、铁、改性助剂预先混合，再加入剩余各原料混合，在800 MPa的压力下压制3分钟，制成冷压毛坯；
（3）烧结：在烧结气氛为真空、还原性气氛或惰性气氛的条件下，将上述冷压毛坯在5MPa 的压力下进行烧结，温度制度为：先在500℃下预烧10分钟，然后以7℃/分的速度升高温度，当温度达到800℃时，恒温25分钟，再以35℃/分的速度升高温度，当温度达到1050℃时，恒温2小时，然后再以6℃/分的速度降低温度至常温冷却，得到轴承外圈的半成品；
（4）热处理：将上述半成品在880℃下保温3 小时，然后进入油槽淬火，油温为45-55℃，淬火后送入回火炉回火2 小时，回火温度250℃，保温2小时，进行硫化处理；
（5）硫化处理：将重量比为100:2的硫和氧化锌的混合物放入坩埚中，在140℃下加热40分钟，至硫完全熔化，将上述热处理后的轴承外圈浸入硫液中，浸渍25分钟，将浸渍过的制品放入炉内，通氢保护，加热到720℃保温0.5小时；
（6）真空浸油：将硫化处理后的轴承外圈放入含有润滑油的真空箱内，加热温度至90℃，保持时间为40分钟，即得所述轴承外圈。
性能测试：
极限拉伸强度强度 σb (MPa)： 812
屈服强度 σs (MPa)： 511
伸长率 δ5 (%)： 16.4
断面收缩率 ψ (%)： 41。
Claims (1)
1.一种轴承外圈粉末冶金的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
（1）配料：所述的轴承外圈是由下述重量百分比的原料制成：
0.6-0.7%的镍、0.2-0.4%的铈、0.2-0.4%的铬、0.4-0.6%的钼、0.2-0.6%的刚玉粉、0.3-0.4%的硬脂酸锌、1-2%的改性助剂、30-45%的碳酸钙、其余为铁；
所述的改性助剂是由下述重量份的原料制成：
纳米铁粉90-100、氢氧化钙30-40、硬脂酸30-40、过氧化二异丙苯6-8、铁粉8-10、失水山梨醇单油酸酯2-4、脂肪醇聚氧乙烯醚2-3、液体石蜡3-4、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷0.8-1、水适量；
所述的改性助剂的制备方法包括以下步骤：
A、将上述重量份的氢氧化钙加入到等质量的水中，在90-110℃下搅拌加热20-30分钟，得氢氧化钙水溶液；
B、将上述重量份的硬脂酸加热到60-70℃，加入上述重量份的失水山梨醇单油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚，升高温度至于80-85℃，恒温搅拌1-2小时，在搅拌条件下缓慢添加入上述氢氧化钙水溶液，添加完毕后继续搅拌1-2小时，得混合液；
C、将上述重量份的纳米铁粉颗粒分散到水中，得到含纳米铁粉的悬浮液；
D、在上述含纳米铁粉的悬浮液中加入上述重量份的过氧化二异丙苯、铁粉、液体石蜡在500-600转/分的速度下搅拌40-50分钟，再加入上述重量份的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷与步骤B得到的混合液，高速1800-2000转/分搅拌20-30分钟，烘干，研碎成超细粉末，即得所述改性助剂；
（2）压制：将上述重量份的碳酸钙、铁、改性助剂预先混合，再加入剩余各原料，在600-1000 MPa的压力下压制3-4分钟，制成冷压毛坯；
（3）烧结：在烧结气氛为真空、还原性气氛或惰性气氛的条件下，将上述冷压毛坯在1-5MPa 的压力下进行烧结，温度制度为：先在300-500℃下预烧5-10分钟，然后以5-7℃/分的速度升高温度，当温度达到700-800℃时，恒温15-25分钟，再以3-5℃/分的速度升高温度，当温度达到900-1050℃时，恒温1-2小时，然后再以4-6℃/分的速度降低温度至常温冷却，得到轴承外圈的半成品；
（4）热处理：将上述半成品在860-880℃下保温1-3 小时，然后进入油槽淬火，油温为45-55℃，淬火后送入回火炉回火1-2 小时，回火温度200-250℃，保温1-2小时，进行硫化处理；
（5）硫化处理：将重量比为100:1-2的硫和氧化锌的混合物放入坩埚中，在120-140℃下加热30-40分钟，至硫完全熔化，将上述热处理后的轴承外圈浸入硫液中，浸渍15-25分钟，将浸渍过的制品放入炉内，通氢保护，加热到700-720℃保温0.5-1小时；
（6）真空浸油：将硫化处理后的轴承外圈放入含有润滑油的真空箱内，加热温度至75-90℃，保持时间为25-40分钟，即得所述轴承外圈。
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