CN103451538B - 高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料及其制备方法,其特征是:按重量百分比,材料的成份为:铜:16.0%~18.0%、碳:0.80%~0.90%、氟化铈:0.01%~1.0%和余量的铁,杂质总量不大于2%;铁基粉末冶金轴承材料制作工艺为混粉、压制、烧结、热处理和真空浸油。本发明铁基粉末冶金轴承材料具有高强耐磨特性:压溃强度:720MPa~780MPa;洛氏硬度:90HRB~110HRB;含油率:13%~16%;油润滑摩擦系数0.08~0.09;本发明材料用于工程机械,比如挖掘机、推土机的油缸用轴承。
Description
技术领域
本发明属于金属材料粉末冶金技术领域,具体地涉及一种高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料及其制备方法。
背景技术
滑动轴承是各种机械中常用的零件,要求滑动轴承材料具有足够的抗压强度和抗疲劳性能,良好的减摩耐磨性(摩擦系数要小)、储备润滑油的功能和良好的磨合性,铁基粉末冶金材料是最常用的轴承材料,根据我国GB/T-2012《滑动轴承粉末冶金技术条件》,铁基轴承材料是烧结态的,压溃强度最高的是牌号为FZ12162,其数值是K≥380MPa,含油率≥12%,由于材料的强度性能不高,硬度低,导致轴承出现磨损,寿命较短,不能满足轴承在低速、载荷较大且有一定冲击载荷工况条件下工作,比如工程机械如挖掘机、推土机的油缸用轴承。发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处,提供一种高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料及其制备方法,目的是通过添加稀土元素和采用烧结后热处理,提高材料的强度、硬度和减摩耐磨性能,从而满足该材料制成的轴承能够在低速、载荷较大且有一定冲击载荷工况条件下工作。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
本发明高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料的特点是:按重量百分比,所述材料的成份为:铜:16.0%~18.0%、碳:0.80%~0.90%、氟化铈:0.01%~1.0%和余量的铁,杂质总量不大于2%。
本发明铁基粉末冶金轴承材料的制备方法的特点是按以下步骤完成:
(1)混料:将按所述比例配备的原材料粉末使用混料机混合,混料时间30-60分钟,得到混合粉末;
(2)压制:在安装有所需模具的压机上成形:向模具中装入步骤(1)所得的混合粉末,压制为压坯,压制压力为550MPa~650MPa;
(3)烧结:将步骤(2)所得压坯在保护气氛中烧结得烧结材料,烧结温度1100℃~1150℃,烧结时间为40~50分钟;
(4)热处理:将步骤(3)所得烧结材料在保护气氛下加热,碳势0.75~0.85、淬火温度860℃~920℃、淬火介质为机械油,然后在170℃~220℃回火2~3小时得热处理后产品;
(5)浸油:将步骤(4)所得热处理后产品真空浸油,油温为80℃~100℃,真空气压值不大于8KPa,浸油时间为30~60分钟。
本发明铁基粉末冶金轴承材料的特点在于:
所述材料的含油密度为6.70~6.85g/cm3。
所述材料按体积百分比的含油率为13%~16%。
所述材料的金相组织为回火马氏体、游离铜和孔隙。
所述材料的压溃强度为720MPa~780MPa。
所述材料的洛氏硬度为90HRB~110HRB。
本发明高强耐磨铁基粉末冶金轴承,是以高强耐磨粉末冶金轴承材料为材质,制成包括挖掘机和推土机的工程机械的油缸用轴承。
与已有的技术相比,本发明有益效果体现在:
1、本发明轴承材料通过添加稀土元素化合物氟化铈,由于其活化作用,促进了烧结,且细化晶粒,从而提高材料的强度;同时氟化铈还是一个优良的润滑剂,能够改善材料的自润滑性能,增加减摩效果。
2、本发明轴承材料,成分中含有16.0%~18.0%的铜,金相组织中游离的铜,可以起到减摩作用;另外,和铁基材料相比,铜基材料具有良好的抗咬合性能,由于所述轴承材料存在着游离铜,因此可以改善轴套的抗咬合性能,增加轴承的使用寿命。
3、本发明轴承材料,采用烧结后热处理,大大提高了材料的硬度、强度和耐磨性能:压溃强度数值720MPa~780MPa,洛氏硬度90HRB~110HRB,含油率13%~16%,油润滑摩擦系数0.080~0.090(同等条件下FZ12162的摩擦系数为0.098~0.110);和铁基粉末冶金轴承材料FZ12162相比,其压溃强度和耐磨性能明显增加。从而满足该材料制成的轴承能够在低速、载荷较大且有一定冲击载荷工况条件下工作。
具体实施方式
实施例1:
一种挖掘机高压油缸用轴承,是由本发明高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料及其制备方法制造而成。
本实施例中高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料的成份见表1。
表1轴承材料成份(按重量百分比):
成分 | 铜 | 碳 | 氟化铈 | 杂质 | 铁 |
wt(%) | 16.0 | 0.9 | 0.01 | ≤2.0 | 余量 |
铁基粉末冶金轴承材料的制备方法,按以下步骤完成:
1、混料:按表1比例的材料成份进行配料,采用V型混料机混合均匀,混料时间30分钟,得到混合粉末。
原料粉末中:铁粉为雾化粉,粒度分布为60um~160um,铁含量按重量百分比大于99.85%。铜粉,铜含量按重量百分比大于99.9%。氟化铈的化学式为CeF3,其粒度不大于50μm。其余各原料为工业纯,不大于80μm。为了保证压坯的成形性能,外加润滑剂1.0wt%的硬脂酸锌和0.06wt%的锭子油。
2、压制:在具有安装所需模具的压机上成形,向模具中装入上述混合粉末,压制为压坯,压制压力为650Mpa。
3、烧结:压坯在氮氢气体比为9:1的保护气氛中烧结,得到烧坯,烧结温度1100℃,烧结时间为50min。
4、热处理:将烧坯在保护气氛下加热,碳势为0.80,淬火温度860℃,淬火介质为机械油,然后在170℃回火3小时。
5、浸油:热处理后的材料进行浸油,油的种类为N32机械油,油温80℃~85℃,真空气压值7.5KPa,浸油时间为50min。浸油后,材料的含油率是按体积百分比进行测试计算的。
摩擦系数测试使用环块摩擦磨损试验机,采用GCr15材料(环试样)作为配对摩擦副,在20Kg压力下,润滑油采用N32#机械油,其他性能测试均采用相应的国家标准进行。
该轴承还需经必要的后续加工:车端面、倒角、磨外圆等机械加工,经检验合格为成品。由本实施例制成的轴承材料和FZ12162材料性能检测结果如表2。
表2轴承材料性能检测结果
实施例2:
一种推土机的油缸用轴承。本实施例中高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料的成分见表3。
表3轴承材料成分(按重量百分比)
成分 | 铜 | 碳 | 氟化铈 | 杂质 | 铁 |
wt(%) | 16.8 | 0.88 | 0.40 | ≤2.0 | 余量 |
本实施例与实施例1不同的是,本实施例中外加0.3wt%的硬脂酸锌,0.5wt%的微粉蜡;混料时间40分钟;压制压力为600MPa;烧结温度1150℃,烧结时间为40min;热处理温度为910℃,碳势0.85,回火温度190,回火时间2小时;热处理后产品浸油,油温95~100℃,真空气压值7.7KPa,浸油时间为30分钟。本实施例制成的轴承材料和FZ12162材料性能检测结果如表4。
表4轴承材料性能检测结果
实施例3:
一种建设机械车辆悬挂装置配备的液压缸用轴承。本实施例中高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料的成分见表5。
表5轴承材料成分(按重量百分比)
成分 | 铜 | 碳 | 稀土 | 杂质 | 铁 |
wt(%) | 17.5 | 0.85 | 0.70 | ≤2.0 | 余量 |
本实施例和实施例1不同的是,本实施例中外加0.3wt%的硬脂酸锌,0.04wt%的锭子油;混料时间60分钟;压制压力为550MPa;烧结温度1120℃,烧结时间为45分钟;热处理温度为920℃,碳势0.80,回火温度220℃,回火时间2小时;热处理后产品浸油,油温85~95℃,真空气压值8KPa,浸油时间为40分钟。由本实施例制成的轴承材料和FZ12162材料性能检测结果如表6。
表6轴承材料性能检测结果
实施例4:
一种小型挖掘机高压油缸用轴承。本实施例中高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料的成分见表7。
表7轴承材料成分(按重量百分比)
成分 | 铜 | 碳 | 稀土 | 杂质 | 铁 |
wt(%) | 18.0 | 0.80 | 1.0 | ≤2.0 | 余量 |
本实施例和实施例1不同的是,本实施例中外加0.8wt%的硬脂酸锌,0.5wt%的锭子油;压制压力为630MPa;烧结温度1125℃,烧结时间为45分钟;热处理温度为910℃,碳势0.75,回火温度190℃,回火时间2小时;热处理后产品浸油,油温83~89℃,真空气压值7KPa,浸油时间为40分钟。由本实施例制成的所述轴承材料和FZ12162材料性能检测结果如表8。
表8轴承材料性能检测结果
Claims (1)
1.一种高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料的制备方法,所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料按重量百分比的材料成份为:铜:16.0%~18.0%、碳:0.80%~0.90%、氟化铈:0.01%~1.0%和余量的铁,杂质总量不大于2%;其特征是:所述铁基粉末冶金轴承材料的制备方法是按以下步骤完成:
(1)混料:将按所述比例配备的原材料粉末使用混料机混合,混料时间30-60分钟,得到混合粉末;
(2)压制:在安装有所需模具的压机上成形:向模具中装入步骤(1)所得的混合粉末,压制为压坯,压制压力为550MPa~650MPa;
(3)烧结:将步骤(2)所得压坯在保护气氛中烧结得烧结材料,烧结温度1100℃~1150℃,烧结时间为40~50分钟;
(4)热处理:将步骤(3)所得烧结材料在保护气氛下加热,碳势0.75~0.85、淬火温度860℃~920℃、淬火介质为机械油,然后在170℃~220℃回火2~3小时得热处理后产品;
(5)浸油:将步骤(4)所得热处理后产品真空浸油,油温为80℃~100℃,真空气压值不大于8KPa,浸油时间为30~60分钟。
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