CN103909270A - 高性能粉末冶金含油轴承及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能粉末冶金含油轴承及其制作方法，高性能粉末冶金含油轴承包括外层的钢套和内层的粉末冶金铜粉层，粉末冶金铜粉层中的各种粉末及其重量含量分别为：Al6~14%、Sn4~12%、合金增强元素1~5%、固体润滑剂1~3%、石蜡0.5~2%，余量为铜粉。高性能粉末冶金含油轴承的制作方法包括拌粉、压胚、预处理、清洗、压装、烧结、机加工、真空浸油等工艺步骤。本发明粉末冶金含油轴承具有较好的耐磨性能和润滑性能，其铜粉合金层的硬度可达到≥60HRB，并能有效地保证合金层与钢背层之间的粘接。
Description
技术领域
本发明涉及到一种滑动轴承及其制造方法，具体地说是一种高性能粉末冶金含油轴承及其制作方法。
技术背景
在自润滑轴承领域中，铜合金轴承由于具有较好的摩擦性能而一直得到较为广泛的应用。但是，随着金属资源总量的不断减少，铜材料价格不断上升，给企业的成本带来了较大的压力；同时，随着技术的不断进步，特别是一些大型工程机械产品对这类轴承产品提出了更高要求，不仅要具有更好的耐摩擦性能，而且还要求具有更高的强度，以拓宽应用领域。为此，一种粉末冶金类铜合金产品逐渐进入了人们的视野，它具有较高的材料利用率，同时，其较高的孔隙率可以起到有效的储油作用，这样能大大降低此类轴承产品的摩擦系数，提高产品的摩擦性能。另外，经过对产品结构的特殊设计，在铜合金层的外面设有一层钢套层，还可有效地改善粉末冶金铜合金材料受力差的缺点。但与此同时，它也存在许多不足之处，如申请号为200910102193.0的发明专利“钢基铜合金双金属滑动轴承及其制备方法”，它是通过在外层钢套的内径上电镀一层铜来保证烧结时钢背与铜合金层之间的有效粘接。但由于电镀是一种对环境有污染的工艺，其使用正越来越受到限制。同时，使用该工艺制造的产品其钢背与铜合金层之间的粘接强度仍相对较低，在受到较大冲击力作用的情况下，仍会出现脱层的现象；另外，该产品的硬度相对较低，在重载的条件下仍然会出现过度磨损的现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出一种在保持铜基轴承优点的同时，具有较高含油率和更高硬度的高性能粉末冶金含油轴承及其制作方法，使其能更好地适应重载低速的工况条件。
为解决上述技术问题，本发明高性能粉末冶金含油轴承包括外层的钢套和内层的粉末冶金铜粉层，所述粉末冶金铜粉层中的各种粉末及其重量含量分别为：Al 6~14%、Sn 4~12%、合金增强元素1~5%、固体润滑剂1~3%、石蜡0.5~2%，余量为铜粉。
上述高性能粉末冶金含油轴承，所述固体润滑剂为WC、石墨、MoS2中的一种或任意几种的混合。
上述高性能粉末冶金含油轴承，所述合金增强元素为Zn、Fe、Co、Mn、Mo中的一种或任意几种的混合。
上述高性能粉末冶金含油轴承，所述粉末冶金铜粉层的内壁设有油槽或油孔。
高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，它包括如下步骤：
Ⅰ．拌粉：将各种粉末按下述重量含量放入混料罐中，混料时间不少于2h，保证粉末的均匀混合；所述各种粉末及其重量含量分别为：Al 6~14%、Sn 4~12%、合金增强元素1~5%、固体润滑剂1~3%、石蜡0.5~2%，余量为铜粉；
Ⅱ．压胚：将上述混合好的粉末倒入压制模具中，用压机将粉末压制成预成型胚；
Ⅲ．预处理：将压制好的预成型胚从模具中取出，并对预成型胚进行退火处理，从而减小预成型胚中的内应力；
Ⅳ．清洗：对预成型胚和钢套进行清洗，确保预成型胚的外表面和钢套的内表面上无影响粘接性能的杂质存在；
Ⅴ．压装：将预成型胚用油压机直接压入相配的钢套中；
Ⅵ．烧结：将压装后的产品放入真空烧结炉中进行烧结；
Ⅶ．机加工：将烧结后的产品从烧结炉中取出，对产品的内外径进行机加工，使产品的装配尺寸和使用尺寸满足用户要求；
Ⅷ．真空浸油：将加工后的产品放入真空浸油机中进行真空浸油。
上述高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，所述压胚步骤中预成型胚的密度控制在5.5~6.5g/cm3。
上述高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，所述预处理步骤中退火的温度控制在350~650℃之间，时间为3~6h。
上述高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，所述烧结步骤中烧结的工艺为：烧结的温度为900~1080℃，烧结时间为0.5~3h，烧结后铜合金层的硬度≥60HRB，铜合金与钢套之间的粘接强度≥60MPa。
上述高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，所述合金增强元素为Zn、Fe、Co、Mn、Mo中的一种或任意几种的混合；所述固体润滑剂为WC、石墨、MoS2中的一种或任意几种的混合。
上述高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，所述真空浸油步骤结束后产品的含油率≥14%。
上述高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，所述机加工步骤中，在轴承内部加工出利于润滑的结构。
本发明采用了上述技术方案后，由于铝的存在，烧结后的产品中含有大量的Cu-Al合金β相，β相作为一种硬质相，可有效地提高产品的硬度及耐磨性能（其硬度≥300HV）。而锡元素的存在，能有效提高Cu-Al合金的烧结性能，在烧结过程中能起到降低产品烧结温度的作用，即能降低Cu-Al合金的形成温度。同时，更加有益的是，锡的存在能有效地拓宽β相的形成温度，即有利于β相的形成。同时，石蜡作为一种低熔点物质，在产品的制作过程中起到了较大的作用：作为一种润滑剂，在压制预成型胚时，有利于的脱模；而且，由于其熔点较低，在烧结时起到了造孔剂的作用，其挥发后形成的空洞能起到储油的作用。因而按照上述配方所设计的粉末冶金含油轴承具有较好的耐磨性能和润滑性能。相较于现有粉末冶金烧结轴承，采用本发明制作的含油轴承，其铜粉合金层的硬度可达到≥60HRB。同时，本发明轴承的外层钢套不需要进行电镀等表面处理，因为在烧结的过程中，合金元素中的Al元素扩散到外层的钢背层，可以在边界处形成一个有利于粘接的α相，从而有效地保证了合金层与钢背层之间的粘接。
附图说明
图1是本发明含油轴承的纵向截面结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明高性能粉末冶金含油轴承由钢套1和铜合金层2烧结复合而成。铜合金层2由粉末冶金铜粉压制而成，它置于钢套1的内部。铜合金层2的内壁上设有油槽3（或油孔等有利于润滑的结构）。本发明含油轴承分别采用如下三个实施例的工艺方法制成（三种实施例的工艺步骤相同，只是铜合金粉末的成分配比不同）：
1、混料：按下表所述的配比将粉末放入混料罐中进行混料，混料时间为2h。
铜合金粉末成分配比表（单位：重量含量%）
| 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | |
| Al | 6 | 8 | 12 |
| Sn | 4 | 12 | 8 |
| MoS2 | 0 | 1 | 2 |
| WC | 0.5 | 0 | 0 |
| 石墨 | 1 | 0 | 1 |
| Co | 0 | 2 | 0 |
| Fe | 0 | 0 | 3 |
| Mo | 2 | 1 | 0 |
| Zn | 1 | 0 | 1 |
| 石蜡 | 0.5 | 1 | 1 |
| Cu | 余量 | 余量 | 余量 |
2、 压胚：将混好的粉末用压机压成预成型胚，压胚密度控制在5.5~6.5g/cm3。
3、预处理：将胚体从压机中取出，并对压胚进行退火处理。退火的温度控制在600℃（可在350~650℃之间选择），时间为4h（可在3~6h范围内选择）。
4、清洗：对预成型胚和钢套进行清洗，确保预成型胚的外表面和钢套的内表面无影响粘接强度的杂质存在。
5、压装：将铜合金预成型胚压入相配的钢套中。
6、烧结：将产品放入真空烧结炉中进行烧结，烧结的温度为1000℃（可在900~1080℃之间选择），烧结时间为3h（可在0.5~3h之间选择）。
7、机加工：将烧结后的产品从烧结炉中取出，对产品的内外径进行机加工，使产品的装配尺寸和使用尺寸满足用户要求；在轴承内部加工出油槽和油孔等有利于润滑的结构。
8、真空浸油：将加工后的产品放入真空浸油机中进行真空浸油。
采用上述三个实施例制成的高性能粉末冶金含油轴承的产品性能如下表：
| 实施例 | 含油率 | 合金层硬度 | 粘接强度 |
| 一 | 16% | 68HRB | 76MPa |
| 二 | 20% | 73HRB | 82MPa |
| 三 | 17% | 75HRB | 71MPa |
从以上测试结果可以看出，三个配方的产品的性能都能符合要求。
Claims (10)
1.高性能粉末冶金含油轴承，包括外层的钢套和内层的粉末冶金铜粉层，其特征在于，所述粉末冶金铜粉层中的各种粉末及其重量含量分别为：Al 6~14%、Sn 4~12%、合金增强元素1~5%、固体润滑剂1~3%、石蜡0.5~2%，余量为铜粉。
2.如权利要求1所述的高性能粉末冶金含油轴承，其特征在于，所述固体润滑剂为WC、石墨、MoS2中的一种或任意几种的混合。
3.如权利要求1或2所述的高性能粉末冶金含油轴承，其特征在于，所述合金增强元素为Zn、Fe、Co、Mn、Mo中的一种或任意几种的混合。
4.如权利要求1或2所述的高性能粉末冶金含油轴承，其特征在于，所述粉末冶金铜粉层的内壁设有油槽或油孔。
5.高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，其特征在于，它包括如下步骤：
Ⅰ．拌粉：将各种粉末按下述重量含量放入混料罐中，混料时间不少于2h，保证粉末的均匀混合；所述各种粉末及其重量含量分别为：Al 6~14%、Sn 4~12%、合金增强元素1~5%、固体润滑剂1~3%、石蜡0.5~2%，余量为铜粉；
Ⅱ．压胚：将上述混合好的粉末倒入压制模具中，用压机将粉末压制成预成型胚；
Ⅲ．预处理：将压制好的预成型胚从模具中取出，并对预成型胚进行退火处理；
Ⅳ．清洗：对预成型胚和钢套进行清洗，确保预成型胚的外表面和钢套的内表面上无影响粘接性能的杂质存在；
Ⅴ．压装：将预成型胚用油压机直接压入相配的钢套中；
Ⅵ．烧结：将压装后的产品放入真空烧结炉中进行烧结；
Ⅶ．机加工：将烧结后的产品从烧结炉中取出，对产品的内外径进行机加工；
Ⅷ．真空浸油：将加工后的产品放入真空浸油机中进行真空浸油。
6.如权利要求5所述的高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，其特征在于，所述压胚步骤中预成型胚的密度控制在5.5~6.5g/cm3。
7.如权利要求5或6所述的高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，其特征在于，所述预处理步骤中退火的温度控制在350~650℃之间，时间为3~6h。
8.如权利要求5或6所述的高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，其特征在于，所述烧结步骤中烧结的工艺为：烧结的温度为900~1080℃，烧结时间为0.5~3h，烧结后铜合金层的硬度≥60HRB，铜合金与钢套之间的粘接强度≥60MPa。
9.如权利要求5或6所述的高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，其特征在于，所述合金增强元素为Zn、Fe、Co、Mn、Mo中的一种或任意几种的混合；所述固体润滑剂为WC、石墨、MoS2中的一种或任意几种的混合。
10.如权利要求5或6所述的高性能粉末冶金含油轴承的制作方法，其特征在于，所述真空浸油步骤结束后产品的含油率≥14%。
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