CN104789868B - 高强耐磨铁基粉末冶金轴承 - Google Patents
高强耐磨铁基粉末冶金轴承 Download PDFInfo
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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，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
本申请是申请号为2013104150592、申请日为2013年9月12日、发明名称为高强耐磨铁基粉末冶金轴承材料及其制备方法的分案申请。
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。
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，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，所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承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％；本发明的特点是：所述铁基粉末冶金轴承的制备方法是按以下步骤完成：
步骤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；
步骤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；
步骤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；
步骤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；
步骤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。
本发明高强耐磨铁基粉末冶金轴承的结构特点也在于：
所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承的材料的含油密度为6.70～6.85g/cm3。
所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承的材料按体积百分比的含油率为13％～16％。
所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承的材料的金相组织为回火马氏体、游离铜和孔隙。
所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承的材料的压溃强度为720MPa～780MPa。
所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承的材料的洛氏硬度为90HRB～110HRB。
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 (6)
1.一种高强耐磨铁基粉末冶金轴承，所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承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的制备方法是按以下步骤完成：
步骤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；
步骤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；
步骤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；
步骤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；
步骤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。
2.根据权利要求1所述的高强耐磨铁基粉末冶金轴承，其特征是：所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承的材料的含油密度为6.70～6.85g/cm3。
3.根据权利要求1所述的高强耐磨铁基粉末冶金轴承，其特征是：所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承的材料按体积百分比的含油率为13％～16％。
4.根据权利要求1所述的高强耐磨铁基粉末冶金轴承，其特征是：所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承的材料的金相组织为回火马氏体、游离铜和孔隙。
5.根据权利要求1所述的高强耐磨铁基粉末冶金轴承，其特征是：所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承的材料的压溃强度为720MPa～780MPa。
6.根据权利要求1所述的高强耐磨铁基粉末冶金轴承，其特征是：所述高强耐磨铁基粉末冶金轴承的材料的洛氏硬度为90HRB～110HRB。
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