CN103451538B

CN103451538B - 高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103451538B
Application number: CN201310415059.2A
Authority: CN
Inventors: 李其龙; 徐伟; 张东; 孙本松; 任刚强
Original assignee: HEFEI BOLIN ADVANCED MATERIALS CO Ltd
Current assignee: HEFEI BOLIN ADVANCE MATERIALS CO., LTD.
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2033-09-12
Also published as: CN104789868A; CN104789868B; CN103451538A

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

高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料及其制备方法

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

1.一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。