CN103711795A

CN103711795A - 一种tc轴承及其生产方法

Info

Publication number: CN103711795A
Application number: CN201310639226.1A
Authority: CN
Inventors: 杨可成; 李增禄; 郭建齐
Original assignee: ROTATE TC BEARING Co Ltd
Current assignee: ROTATE TC BEARING Co Ltd
Priority date: 2013-11-30
Filing date: 2013-11-30
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-11-30
Also published as: CN103711795B

Abstract

本发明公开了一种TC轴承及其生产方法，TC轴承包括圆筒状的本体和烧结在所述本体的内表面或者外表面的硬质合金耐磨层，所述硬质合金耐磨层是由包括硬质合金球粒、铸造碳化钨粉和铜基合金烧结而成的。通过配制钢套、混料、填充、振动、炉内钎焊、粗车、粗磨、精车、精磨方法过程，可以制得所述的TC轴承。本发明的TC轴承使用硬质合金球粒替代硬质合金条，将耐磨层的覆盖率提高到90%以上，极大地提高了产品的抗冲蚀性，降低了摩擦阻力，TC轴承的使用寿命可达350-450小时。

Description

一种TC轴承及其生产方法

技术领域

本发明属于轴承技术领域，尤其涉及一种TC轴承及其生产方法。

背景技术

TC轴承，又叫硬质合金径向轴承，是用于石油开采用的螺杆钻具的主要配件。现有的TC轴承是由硬质合金条、铸造碳化钨粉和钢体经过炉内钎焊烧结成型得到的，其硬质合金的覆盖率只有55-65%，产品的抗冲蚀性差，摩擦阻力大，使用寿命短，目前国内的普通TC轴承使用寿命仅有150-200小时。

因此，开发出一种抗冲蚀性好、摩擦阻力小且使用寿命长的新型TC轴承就具有巨大的现实意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明要解决的第一个问题是提供一种硬质合金覆盖率高，硬质合金耐磨层粘接度强，摩擦阻力小，抗冲蚀性好的TC轴承。

为解决上述技术问题，采用的技术方案是：

一种TC轴承，包括圆筒状的本体和烧结在所述本体的内表面或者外表面的硬质合金耐磨层，所述硬质合金耐磨层是由包括硬质合金球粒、铸造碳化钨粉和铜基合金烧结而成的。

本发明要解决的第二个问题是提供所述TC轴承的生产方法，该生产方法包括如下步骤：

（1）配制钢套：将本体和胎体套在一起，形成钢套，本体和胎体之间形成缝隙；将钢套的下端用焊枪封牢，将位于钢套内侧的本体或胎体的上端用钢盖焊牢；

（2）混料：将硬质合金球粒和铸造碳化钨粉放入滚筒内混合，得混合料；

（3）填充：把步骤（2）所述的混合料加入到钢套的缝隙中；

（4）振动：将步骤（3）的钢套放置在振动机上振动；

（5）炉内钎焊：在钢套的顶端放置铜基合金和硼砂，盖上石墨盖，将工件放入烧结炉内烧结；烧结结束后，出炉，风冷至常温；

（6）粗车，粗磨，精车，精磨：使轴承内外孔符合图纸尺寸及光洁度要求。

进一步的，步骤（2）中，按重量百分比计，分别加入65-80%的硬质合金球粒和20-35%的铸造碳化钨粉，且二者的重量百分比之和为100%。

进一步的，所述硬质合金球粒为YG8球粒，粒径为0.3-1.5mm。

进一步的，所述铸造碳化钨粉的粒径为80-200目。

进一步的，步骤（5）中铜基合金的加入量为铸造碳化钨粉重量的1.3倍，硼砂的加入量为铜基合金重量的1-2%。

进一步的，步骤（5）中，将烧结炉内的温度升至1050-1100℃，在此温度下，将工件保温2-3h。

进一步的，所述铜基合金包括下述重量百分比的组分：Ni13-15%，Mn15-18%，Zn15-18%，余量为Cu。

进一步的，步骤（2）中滚筒转速为40-50rpm，填充系数≤0.5，混合时间24-36h。

进一步的，步骤（4）中振动机的频率为20Hz，振动时间为20-40min。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明的TC轴承使用硬质合金球粒替代硬质合金条后，将硬质合金耐磨层的覆盖率提高到90%以上，极大地提高了产品的抗冲蚀性，降低了摩擦阻力，TC轴承的使用寿命可达350-450小时。

2、本发明的TC轴承由于其硬质合金球粒表面包裹着铸造碳化钨粉以及铜基合金的混合物，在使用过程中，铸造碳化钨粉和铜基合金这种偏软的混合物微粒首先被磨损，造成硬质合金球粒的表面相对暴露，这样润滑剂就可以均匀地吸附在硬质合金球粒间的间隙，从而降低了摩擦阻力。

3、烧结前钢套的顶部填充有铜基合金，在烧结过程中，铜基合金熔化，渗透进钢套的缝隙中，大大提高了铜基合金对硬质合金球粒的润湿效果。这样，铸造碳化钨粉与硬质合金球粒的结合力以及铸造碳化钨粉与基体的结合力可由普通TC轴承的200MPa提高到350MPa以上，从而使TC轴承的抗冲蚀性进一步提高。

附图说明

图1是普通TC轴承生产方法的流程框图。

图2是本发明涉及的TC轴承生产方法的流程框图。

图3是TC轴承上动本体的结构示意图。

图4是TC轴承上动胎体的结构示意图。

图5是实施例1中步骤（5）所得工件的结构示意图。

图6是实施例1得到的成品TC轴承的结构示意图。

图7是TC轴承上静套本体的结构示意图。

图8是TC轴承上静套胎体的结构示意图。

图9是实施例2步骤（5）所得工件的结构示意图。

图10是实施例2得到的成品TC轴承的结构示意图。

图11是图6硬质合金耐磨层的局部放大图。

图中：

1-上动本体；2-上动胎体；3-硬质合金球粒与铸造碳化钨粉的混合粉料；4-铜基合金；5-石墨盖；6-硬质合金耐磨层；7-上静套本体；8-上静套胎体；61-硬质合金球粒；62-铸造碳化钨粉和铜基合金的混合物。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图以及具体实施例对本发明进行描述。

需要提前说明的是，本具体实施方式中涉及的硬质合金球粒为YG8球粒，为普通市售产品。铸造碳化钨粉、硼砂以及铜基合金均为普通市售产品，其中铜基合金为块状，包括下述重量百分比的组分：Ni13-15%，Mn15-18%，Zn15-18%，余量为Cu。

本发明所述的填充系数是指：向滚筒中加入混合料的体积占滚筒体积的比值。

本具体实施方式中涉及的设备的型号及名称分别为：

CAK6360 数控车床；

M2120A 内圆磨床；

M131W 外圆磨床；

SYH-50 混料机；

YZS100-4 振动机。

实施例1

一种TC轴承，包括圆筒状的上动本体1和烧结在所述上动本体1的外表面的硬质合金耐磨层6，所述硬质合金耐磨层6是由包括硬质合金球粒61、铸造碳化钨粉和铜基合金烧结而成的。如图11所示，硬质合金球粒61的表面、相邻硬质合金球粒61的四周均匀烧结有铸造碳化钨粉和铜基合金的混合物62。

其中，硬质合金球粒的粒径为0.5mm，铸造碳化钨粉的粒径为100目。

所述TC轴承的生产方法，该生产方法包括如下步骤：

（1）配制钢套：如图3和图4所示，将粗加工的42CrMo管材（上动本体1），及20#钢管（上动胎体2），按图纸要求加工到相应尺寸。上动本体1的外径尺寸小于上动胎体2的内径尺寸，上动胎体2和上动本体1的粘接面分别用酒精清洁后，把上动本体1套在上动胎体2内，形成钢套，上动本体1和上动胎体2之间有缝隙。将钢套的下端用焊枪封牢，位于钢套内侧的上动本体1的上端用钢盖焊牢，其目的是为了防止硬质合金球粒、铸造碳化钨粉及铜基合金熔化后泄出。

（2）混料：将195kg的硬质合金球粒和105kg的铸造碳化钨粉放入混料机混合24h，得到均匀的混合料。其中，滚筒转速40-55rpm，填充系数0.4。

（3）填充：取2710g步骤（2）得到的混合料，放入钢套的缝隙中。

（4）振动：将步骤（3）的钢套放在振动机上振动30min，设定振动机的振动频率为20Hz，振动的同时用钢管均匀敲打钢套的外壁，保证混合料在缝隙中均匀填实。

（5）炉内钎焊：将1230g铜基合金4放到钢套的顶端，再在铜基合金4的顶端放上硼砂12.3g（占铜基合金重量的1%），盖好石墨盖5，得到制备好的工件，如图5所示。用工作车将工件直接放入烧结炉，待温度稳定至1100℃时，保温2h。出炉，风冷到常温状态。因为生产过程为连续生产，所以加入工件时的炉内温度一般低于1100℃，只要保证升温到1100℃时保温2h即可，注意升温速率不大于500℃/h。

（6）粗车：根据图纸要求用数控车床对已烧结好的工件进行粗车，车去上动胎体2及两端焊口，使硬质合金耐磨层6基本露出。

（7）粗磨：用内圆磨床和外圆磨床对工件内外孔进行粗磨，使得上动本体1的内、外孔符合图纸尺寸及光洁度要求。

（8）精车，精磨：用数控车床对工件进行精车、精磨，使得所有几何尺寸都达到图纸要求，即得成品，如图6所示。对按此方法制备的TC轴承进行测试，测试的性能参数如下表所示：

	普通TC轴承	实施例1的TC轴承
			硬质合金覆盖率	55%-65%	大于85%
抗拉强度（MPa）	860-950	900-1050
			耐磨时间（小时）	300	400以上
屈服强度（MPa）	750-790	780-890
			延展率%	11-13	14-15
端面收缩率%	40	45

实施例2

一种TC轴承，包括圆筒状的上静套本体7和烧结在所述上静套本体7的内表面的硬质合金耐磨层6，所述硬质合金耐磨层6是由包括硬质合金球粒61、铸造碳化钨粉和铜基合金烧结而成的。

其中，硬质合金球粒的粒径为1.0mm，铸造碳化钨粉的粒径为200目。

所述TC轴承的生产方法，该生产方法包括如下步骤：

（1）配制钢套：如图7和图8所示，将粗加工的42CrMo管材（上静套本体7），及20#钢管（上静套胎体8），按图纸要求加工到相应尺寸，上静套胎体8的外径尺寸小于上静套本体7的内径尺寸，上静套胎体8和上静套本体7的粘接面分别用酒精清洁后，把上静套胎体8套入上静套本体7的内侧，形成钢套，上静套本体7和上静套胎体8之间形成缝隙，将钢套下端用焊枪封牢，位于钢套内侧的上静套胎体8的上端用钢盖焊牢。

（2）混料：将重量210kg的硬质合金球粒和90kg的铸造碳化钨粉后放入混料机混合32h，得到均匀的混合料。滚筒转速40-50rpm，填充系数为0.5。

（3）填充：将2510g混合粉料放入钢套的缝隙中。

（4）振动：将步骤（3）的钢套在振动机上振动40min，振动频率20Hz，同时用钢管均匀敲打钢套外壁，保证混合粉料均匀填实。

（5）炉内钎焊：将980g的铜基合金4放到钢套的顶端，再放上19.6g硼砂（占铜基合金重量的2%），盖好石墨盖5，如图9所示。用工作车将工件直接放入烧结炉，待温度稳定至1100℃时，保温2h，出炉，风冷到常温状态。

（6）粗车：根据图纸要求用数控车床对已烧结好的工件进行粗车，车去上静套胎体8及两端焊口，使硬质合金耐磨层6基本露出。

（7）粗磨：用内圆磨床和外圆磨床精对工件内外孔进行粗磨，使得上静套本体7内、外孔符合图纸尺寸及光洁度要求。

（8）精车，精磨：用数控车床对工件进行精车、精磨，使得所有几何尺寸都达到图纸要求，即得成品TC轴承，如图10所示。对按此方法制备的TC轴承进行测试，测试的性能参数如下表所示：

	普通TC轴承	实施例2的TC轴承
			硬质合金覆盖率	55%-65%	大于90%
抗拉强度（MPa）	860-950	870-1000
			耐磨时间（小时）	300	430以上
屈服强度（MPa）	750-790	800-900
			延展率%	11-13	13-14
端面收缩率%	40	43

需要说明的是，本具体实施方式中涉及的铜基合金也称为粘结合金，在步骤（5）的烧结过程中，铜基合金熔化，渗透进入本体和胎体组合体的缝隙中，起到粘结剂的作用，将铸造碳化钨粉粘结在硬质合金球粒的表面，也将硬质合金球粒粘结在基体的表面。

在本发明中铜基合金的加入量为过量，也就是说烧结过程中起粘结作用需要的铜基合金量要小于实际加入的铜基合金的量。铜基合金熔化后，能够保证钢套的上端具有一定的压力，使得熔化的液滴能够顺利进入缝隙；此外，由于是在常压条件下进行烧结，熔化的液体也能起到液封的作用，防止缝隙内的物质发生氧化。

烧结结束之后，风冷过程中，过量的铜基合金液体固化，在步骤（6）粗车过程中车去即可。

硼砂的加入为本领域公知的技术手段，其目的也是为了防止缝隙内的物质发生氧化；此外，因为烧结过程中温度为1100℃，也能起到防止缝隙内高温液体沸腾的作用。

以上对本发明的两个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种TC轴承，其特征在于：包括圆筒状的本体和烧结在所述本体的内表面或者外表面的硬质合金耐磨层，所述硬质合金耐磨层是由包括硬质合金球粒、铸造碳化钨粉和铜基合金烧结而成的。

2.权利要求1所述的TC轴承的生产方法，其特征在于，该生产方法包括如下步骤：

（4）振动：将步骤（3）的钢套放置在振动机上振动；

3.根据权利要求2所述的TC轴承的生产方法，其特征在于：步骤（2）中，按重量百分比计，分别加入65-80%的硬质合金球粒和20-35%的铸造碳化钨粉，且二者的重量百分比之和为100%。

4.根据权利要求2或3所述的TC轴承的生产方法，其特征在于：所述硬质合金球粒为YG8球粒，粒径为0.3-1.5mm。

5.根据权利要求2或3所述的TC轴承的生产方法，其特征在于：所述铸造碳化钨粉的粒径为80-200目。

6.根据权利要求2所述的TC轴承的生产方法，其特征在于：步骤（5）中铜基合金的加入量为铸造碳化钨粉重量的1.3倍，硼砂的加入量为铜基合金重量的1-2%。

7.根据权利要求2或3所述的TC轴承的生产方法，其特征在于：步骤（5）中，将烧结炉内的温度升至1050-1100℃，在此温度下，将工件保温2-3h。

8.根据权利要求2所述的TC轴承的生产方法，其特征在于：所述铜基合金包括下述重量百分比的组分：Ni13-15%，Mn15-18%，Zn15-18%，余量为Cu。

9.根据权利要求2所述的TC轴承的生产方法，其特征在于：步骤（2）中滚筒转速为40-50rpm，填充系数≤0.5，混合时间24-36h。

10.根据权利要求2所述的TC轴承的生产方法，其特征在于：步骤（4）中振动机的频率为20Hz，振动时间为20-40min。