CN105886906A - 一种耐磨衬套材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨衬套材料及制备方法，耐磨衬套材料的制备包括以下工艺步骤：原材料粉末与助剂配混、压制成形、烧结、后续加工处理等，耐磨衬套材料主要由二氧化硅、二氧化锰、二硫化钼、氧化铈、氧化钴、碳化硅、ZNS‑730、铬、锡、铜、磷、石墨粉、锆、镍、铁以及不可避免的杂质成分组成，通过改进成分配比、优化粉末冶金工艺参数，利用稀土元素和强化元素产生固溶强化以及弥散强化效应，本发明生产的衬套材料与现有产品相比，具有更强的耐磨性和强度，磨擦系数小，广泛用于工业生产中各种轮轴、连杆、气泵等。

Description

一种耐磨衬套材料及制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种耐磨衬套材料及制备方法。
背景技术
粉末冶金是制取金属或用金属粉末、金属粉末与非金属粉末的混合物作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术，粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备，由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用，粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少切削工艺。
在运动部件中，因为长期的磨擦而造成零件的磨损，当轴和孔的间隙磨损到一定程度的时候必须要更换零件，因此设计者在设计的时候选用硬度较低、耐磨性较好的材料为轴套或衬套，这样可以减少轴和座的磨损，当轴套或衬套磨损到一定程度进行更换，这样可以节约因更换轴或座的成本，一般来说，衬套与座采用过盈配合，而与轴采用间隙配合，因为无论怎么样还是无法避免磨损的，只能延长寿命，而轴类零件相对来说比较容易加工，但目前衬套材料以铜制或钢制为主，存在成本较高，性价比低等不足，随着现代工业各项成本的提升，降低每一个部件的成本就显得尤为重要，所以需要一种新型性价比高的耐磨衬套材料代替，其中有部分衬套就由铜、合金钢调整为粉末冶金衬套材料，这样既不影响使用性能又降低了成本，但是现有粉末冶金衬套材料的耐磨性和强度远远不及铜基产品。
发明内容
为了解决现有粉末冶金衬套材料的耐磨性和强度的不足，本发明提供了一种耐磨衬套材料及制备方法，利用本发明生产的衬套材料与现有产品相比，具有更好的耐磨性和强度，磨擦系数小等特点。
一种耐磨衬套材料及制备方法，耐磨衬套材料由以下成分组成：二氧化硅：1.5-2.5%，二氧化锰：0.8-1.2%，二硫化钼：0.8-1.5%，氧化铈：0.8-1.5%，镍：0.3-0.9%，氧化钴：0.8-1.2%，碳化硅：1-2%，石墨粉：0.3-1%，ZNS-730：0.5-0.9%，铬：0.3-0.8%，锡：1.2-1.8%，铜：5-15%，磷：0.2-0.3%，锆：0.1-0.5%，其余为铁以及不可避免的杂质。
耐磨衬套材料的制备包括原材料粉末与助剂配混、压制成形、烧结、后续加工处理等步骤，具体制备步骤如下：
（1）原料准备：根据耐磨衬套材料的性能要求，设计各元素的比例，换算得各种原料的质量百分比，根据比例配置各组分原料备用，其中粉末中主要金属含量大于99%；
（2）前处理：根据各种原料的物理性质，将上述粉末分别在60-150摄氏度的洁净烘箱中烘干5-20小时，将粉末状原料过筛，不达粒径大小要求的进行球磨处理，然后过筛，粒径控制在150-350微米；
（3）原料混合：将上述已过筛的粉末全部加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为2-10小时，然后加入0.5-0.9%的ZNS-730，继续进行搅拌混合0.5-2小时；
（4）压制成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在300-600兆帕，压制时间2-6小时；
（5）烧结前处理：将上述初步压制的产品在370-420摄氏度的热空气中进行去除ZNS-730处理，时间为0.5-2小时；
（6）烧结预成形：将预成型的压制品从模具取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行预烧结，温度达到550-600摄氏度保温1-2小时，温度在850-900摄氏度保温2-3小时，温度在1050-1100摄氏度保温1-2小时，温度在1350-1400摄氏度保温1-3小时，最后将温度控制在1550-1750摄氏度，烧结1-4小时；
（7）精压：将预烧结的压制件在精压机进行压制处理，压力控制在200-350兆帕；
（8）烧结成形：将精压后的产品取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到300-450摄氏度保温1-2小时，温度在550-700摄氏度保温1-3小时，温度在850-1000摄氏度保温1-2小时，温度在1150-1300摄氏度保温1-2小时，最后将温度控制在1450-1600摄氏度，烧结2-3小时；
（9）复压校形：将烧结后的粉末压制件放入压制模具中，进行再次压制，压力控制在150-300兆帕，压制时间1-2小时；
（10）热处理：将复压后的产品进行热处理，在815-855摄氏度，在0.6%-0.9%的碳势保护氛围中加热1-2小时，进行淬火，然后在185-255摄氏度回火1-2小时。
本发明的有益之处在于：
（1）本发明主要以基体金属、润滑组元、和摩擦组元以及强化组元组成，增加如铬、锆等耐磨性好的金属元素，通过特定的加工工艺，所制备的轴套材料具有较强的耐磨性和强度；
（2）合理添加适量的稀土成分，降低烧结阻力，改变孔隙形态与分布，促进烧结体内孔球化，同时稀土元素集聚晶界和相界，产生固溶强化以及弥散强化效应，大大提升衬套的耐磨性能；
（3）金属粉末在烧结前进行预处理，增加ZNS-730保证能提升脱模品质，烧结时采取阶梯加热烧结、精压和二次阶梯烧结，能够获得更加致密的组织。
具体实施方式
实施例1
一种耐磨衬套材料及制备方法，耐磨衬套材料由以下成分组成：二氧化硅：1.5%，二氧化锰：0.8%，二硫化钼：0.8%，氧化铈：0.8%，镍：0.3%，氧化钴：0.8%，碳化硅：1%，石墨粉：0.3%，ZNS-730：0.5%，铬：0.3%，锡：1.2%，铜：5%，磷：0.2%，锆：0.1%，其余为铁以及不可避免的杂质。
耐磨衬套材料的制备包括原材料粉末与助剂配混、压制成形、烧结、后续加工处理等步骤，具体制备步骤如下：
（1）原料准备：根据耐磨衬套材料的性能要求，设计各元素的比例，换算得各种原料的质量百分比，根据比例配置各组分原料备用，其中粉末中主要金属含量大于99%；
（2）前处理：根据各种原料的物理性质，将上述粉末分别在60摄氏度的洁净烘箱中烘干5小时，将粉末状原料过筛，不达粒径大小要求的进行球磨处理，然后过筛，粒径控制在150微米；
（3）原料混合：将上述已过筛的粉末全部加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为2小时，然后加入0.5%的ZNS-730，继续进行搅拌混合0.5小时；
（4）压制成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在300兆帕，压制时间2小时；
（5）烧结前处理：将上述初步压制的产品在370摄氏度的热空气中进行去除ZNS-730处理，时间为0.5小时；
（6）烧结预成形：将预成型的压制品从模具取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行预烧结，温度达到550摄氏度保温1小时，温度在850摄氏度保温2小时，温度在1050摄氏度保温1小时，温度在1350摄氏度保温1小时，最后将温度控制在1550摄氏度，烧结1小时；
（7）精压：将预烧结的压制件在精压机进行压制处理，压力控制在200兆帕；
（8）烧结成形：将精压后的产品取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到300摄氏度保温1小时，温度在550摄氏度保温1小时，温度在850摄氏度保温1小时，温度在1150摄氏度保温1小时，最后将温度控制在1450摄氏度，烧结2小时；
（9）复压校形：将烧结后的粉末压制件放入压制模具中，进行再次压制，压力控制在150兆帕，压制时间1小时；
（10）热处理：将复压后的产品进行热处理，在815摄氏度，在0.6%的碳势保护氛围中加热1小时，进行淬火，然后在185摄氏度回火1小时。
实施例2
一种耐磨衬套材料及制备方法，耐磨衬套材料由以下成分组成：二氧化硅：1.5%，二氧化锰：0.8%，二硫化钼：0.8%，氧化铈：0.8%，镍：0.3%，氧化钴：0.8%，碳化硅：1%，石墨粉：0.3%，ZNS-730：0.5%，铬：0.3%，锡：1.2%，铜：5%，磷：0.2%，锆：0.1%，其余为铁以及不可避免的杂质。
耐磨衬套材料的制备包括原材料粉末与助剂配混、压制成形、烧结、后续加工处理等步骤，具体制备步骤如下：
（1）原料准备：根据耐磨衬套材料的性能要求，设计各元素的比例，换算得各种原料的质量百分比，根据比例配置各组分原料备用，其中粉末中主要金属含量大于99%；
（2）前处理：根据各种原料的物理性质，将上述粉末分别在150摄氏度的洁净烘箱中烘干20小时，将粉末状原料过筛，不达粒径大小要求的进行球磨处理，然后过筛，粒径控制在350微米；
（3）原料混合：将上述已过筛的粉末全部加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为10小时，然后加入0.5%的ZNS-730，继续进行搅拌混合2小时；
（4）压制成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在600兆帕，压制时间6小时；
（5）烧结前处理：将上述初步压制的产品在370-420摄氏度的热空气中进行去除ZNS-730处理，时间为2小时；
（6）烧结预成形：将预成型的压制品从模具取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行预烧结，温度达到600摄氏度保温2小时，温度在900摄氏度保温3小时，温度在1100摄氏度保温2小时，温度在1400摄氏度保温3小时，最后将温度控制在1750摄氏度，烧结4小时；
（7）精压：将预烧结的压制件在精压机进行压制处理，压力控制在350兆帕；
（8）烧结成形：将精压后的产品取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到450摄氏度保温2小时，温度在700摄氏度保温3小时，温度在1000摄氏度保温2小时，温度在1300摄氏度保温2小时，最后将温度控制在1600摄氏度，烧结3小时；
（9）复压校形：将烧结后的粉末压制件放入压制模具中，进行再次压制，压力控制在300兆帕，压制时间2小时；
（10）热处理：将复压后的产品进行热处理，在855摄氏度，在0.9%的碳势保护氛围中加热2小时，进行淬火，然后在255摄氏度回火2小时。
实施例3
一种耐磨衬套材料及制备方法，耐磨衬套材料由以下成分组成：二氧化硅：2.5%，二氧化锰：1.2%，二硫化钼：1.5%，氧化铈：1.5%，镍：0.9%，氧化钴：1.2%，碳化硅：2%，石墨粉：1%，ZNS-730：0.9%，铬：0.8%，锡：1.8%，铜：15%，磷：0.3%，锆：0.5%，其余为铁以及不可避免的杂质。
耐磨衬套材料的制备包括原材料粉末与助剂配混、压制成形、烧结、后续加工处理等步骤，具体制备步骤如下：
（1）原料准备：根据耐磨衬套材料的性能要求，设计各元素的比例，换算得各种原料的质量百分比，根据比例配置各组分原料备用，其中粉末中主要金属含量大于99%；
（2）前处理：根据各种原料的物理性质，将上述粉末分别在60摄氏度的洁净烘箱中烘干5小时，将粉末状原料过筛，不达粒径大小要求的进行球磨处理，然后过筛，粒径控制在150微米；
（3）原料混合：将上述已过筛的粉末全部加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为2小时，然后加入0.9%的ZNS-730，继续进行搅拌混合0.5小时；
（4）压制成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在300兆帕，压制时间2小时；
（5）烧结前处理：将上述初步压制的产品在370摄氏度的热空气中进行去除ZNS-730处理，时间为0.5小时；
（6）烧结预成形：将预成型的压制品从模具取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行预烧结，温度达到550摄氏度保温1小时，温度在850摄氏度保温2小时，温度在1050摄氏度保温1小时，温度在1350摄氏度保温1小时，最后将温度控制在1550摄氏度，烧结1小时；
（7）精压：将预烧结的压制件在精压机进行压制处理，压力控制在200兆帕；
（8）烧结成形：将精压后的产品取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到300摄氏度保温1小时，温度在550摄氏度保温1小时，温度在850摄氏度保温1小时，温度在1150摄氏度保温1小时，最后将温度控制在1450摄氏度，烧结2-3小时；
（9）复压校形：将烧结后的粉末压制件放入压制模具中，进行再次压制，压力控制在150兆帕，压制时间1小时；
（10）热处理：将复压后的产品进行热处理，在815摄氏度，在0.6%的碳势保护氛围中加热1小时，进行淬火，然后在185摄氏度回火1小时。
实施例4
一种耐磨衬套材料及制备方法，耐磨衬套材料由以下成分组成：二氧化硅：2.5%，二氧化锰：1.2%，二硫化钼：1.5%，氧化铈：1.5%，镍：0.9%，氧化钴：1.2%，碳化硅：2%，石墨粉： 1%，ZNS-730：0.9%，铬：0.8%，锡：1.8%，铜：15%，磷：0.3%，锆：0.5%，其余为铁以及不可避免的杂质。
耐磨衬套材料的制备包括原材料粉末与助剂配混、压制成形、烧结、后续加工处理等步骤，具体制备步骤如下：
（1）原料准备：根据耐磨衬套材料的性能要求，设计各元素的比例，换算得各种原料的质量百分比，根据比例配置各组分原料备用，其中粉末中主要金属含量大于99%；
（2）前处理：根据各种原料的物理性质，将上述粉末分别在150摄氏度的洁净烘箱中烘干20小时，将粉末状原料过筛，不达粒径大小要求的进行球磨处理，然后过筛，粒径控制在350微米；
（3）原料混合：将上述已过筛的粉末全部加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为10小时，然后加入0.9%的ZNS-730，继续进行搅拌混合2小时；
（4）压制成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在600兆帕，压制时间6小时；
（5）烧结前处理：将上述初步压制的产品在370-420摄氏度的热空气中进行去除ZNS-730处理，时间为2小时；
（6）烧结预成形：将预成型的压制品从模具取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行预烧结，温度达到600摄氏度保温2小时，温度在900摄氏度保温3小时，温度在1100摄氏度保温2小时，温度在1400摄氏度保温3小时，最后将温度控制在1750摄氏度，烧结4小时；
（7）精压：将预烧结的压制件在精压机进行压制处理，压力控制在350兆帕；
（8）烧结成形：将精压后的产品取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到450摄氏度保温2小时，温度在700摄氏度保温3小时，温度在1000摄氏度保温2小时，温度在1300摄氏度保温2小时，最后将温度控制在1600摄氏度，烧结3小时；
（9）复压校形：将烧结后的粉末压制件放入压制模具中，进行再次压制，压力控制在300兆帕，压制时间2小时；
（10）热处理：将复压后的产品进行热处理，在855摄氏度，在0.9%的碳势保护氛围中加热2小时，进行淬火，然后在255摄氏度回火2小时。
实施例5
一种耐磨衬套材料及制备方法，耐磨衬套材料由以下成分组成：二氧化硅：2%，二氧化锰：1%，二硫化钼：1%，氧化铈：1%，镍：0.5%，氧化钴：0.9%，碳化硅：1.5%，石墨粉：0.5%，ZNS-730：0.8%，铬：0.5%，锡：1.5%，铜：12%，磷：0.25%，锆：0.3%，其余为铁以及不可避免的杂质。
耐磨衬套材料的制备包括原材料粉末与助剂配混、压制成形、烧结、后续加工处理等步骤，具体制备步骤如下：
（1）原料准备：根据耐磨衬套材料的性能要求，设计各元素的比例，换算得各种原料的质量百分比，根据比例配置各组分原料备用，其中粉末中主要金属含量大于99%；
（2）前处理：根据各种原料的物理性质，将上述粉末分别在80摄氏度的洁净烘箱中烘干10小时，将粉末状原料过筛，不达粒径大小要求的进行球磨处理，然后过筛，粒径控制在300微米；
（3）原料混合：将上述已过筛的粉末全部加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为8小时，然后加入0.8%的ZNS-730，继续进行搅拌混合1小时；
（4）压制成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在500兆帕，压制时间3小时；
（5）烧结前处理：将上述初步压制的产品在390摄氏度的热空气中进行去除ZNS-730处理，时间为1小时；
（6）烧结预成形：将预成型的压制品从模具取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行预烧结，温度达到580摄氏度保温1.5小时，温度在880摄氏度保温3小时，温度在1080摄氏度保温1.5小时，温度在1350摄氏度保温2小时，最后将温度控制在1580摄氏度，烧结2小时；
（7）精压：将预烧结的压制件在精压机进行压制处理，压力控制在220兆帕；
（8）烧结成形：将精压后的产品取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到300摄氏度保温2小时，温度在550摄氏度保温3小时，温度在850摄氏度保温1小时，温度在1150摄氏度保温1小时，最后将温度控制在1600摄氏度，烧结2小时；
（9）复压校形：将烧结后的粉末压制件放入压制模具中，进行再次压制，压力控制在300兆帕，压制时间1小时；
（10）热处理：将复压后的产品进行热处理，在830摄氏度，在0.8%的碳势保护氛围中加热1.5小时，进行淬火，然后在220摄氏度回火2小时。

Claims (2)

1.一种耐磨衬套材料及制备方法，其特征在于，耐磨衬套材料由以下成分组成：二氧化硅：1.5-2.5%，二氧化锰：0.8-1.2%，二硫化钼：0.8-1.5%，氧化铈：0.8-1.5%，镍：0.3-0.9%，氧化钴：0.8-1.2%，碳化硅：1-2%，石墨粉：0.3-1%，ZNS-730：0.5-0.9%，铬：0.3-0.8%，锡：1.2-1.8%，铜：5-15%，磷：0.2-0.3%，锆：0.1-0.5%，其余为铁以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨衬套材料及制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：
（1）原料准备：根据耐磨衬套材料的性能要求，设计各元素的比例，换算得各种原料的质量百分比，根据比例配置各组分原料备用，其中粉末中主要金属含量大于99%；
（2）前处理：根据各种原料的物理性质，将上述粉末分别在60-150摄氏度的洁净烘箱中烘干5-20小时，将粉末状原料过筛，不达粒径大小要求的进行球磨处理，然后过筛，粒径控制在150-350微米；
（3）原料混合：将上述已过筛的粉末全部加入粉料混合机，并进行充分搅拌混合，搅拌时间为2-10小时，然后加入0.5-0.9%的ZNS-730，继续进行搅拌混合0.5-2小时；
（4）压制成型：将混合均匀的粉末倒入预压模具，然后在20吨成型机进行压制，压力控制在300-600兆帕，压制时间2-6小时；
（5）烧结前处理：将上述初步压制的产品在370-420摄氏度的热空气中进行去除ZNS-730处理，时间为0.5-2小时；
（6）烧结预成形：将预成型的压制品从模具取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行预烧结，温度达到550-600摄氏度保温1-2小时，温度在850-900摄氏度保温2-3小时，温度在1050-1100摄氏度保温1-2小时，温度在1350-1400摄氏度保温1-3小时，最后将温度控制在1550-1750摄氏度，烧结1-4小时；
（7）精压：将预烧结的压制件在精压机进行压制处理，压力控制在200-350兆帕；
（8）烧结成形：将精压后的产品取出，置入带气体保护氛围的网带式铁基烧结炉中进行烧结，温度达到300-450摄氏度保温1-2小时，温度在550-700摄氏度保温1-3小时，温度在850-1000摄氏度保温1-2小时，温度在1150-1300摄氏度保温1-2小时，最后将温度控制在1450-1600摄氏度，烧结2-3小时；
（9）复压校形：将烧结后的粉末压制件放入压制模具中，进行再次压制，压力控制在150-300兆帕，压制时间1-2小时；
（10）热处理：将复压后的产品进行热处理，在815-855摄氏度，在0.6%-0.9%的碳势保护氛围中加热1-2小时，进行淬火，然后在185-255摄氏度回火1-2小时。
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