CN108284221B - 一种高铁车轮变轨距用含油衬套的粉末冶金制造方法 - Google Patents
一种高铁车轮变轨距用含油衬套的粉末冶金制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种高铁车轮变轨距用含油衬套的粉末冶金制造方法，属于粉末冶金工艺技术领域，包括基本工序：1.制备原料粉末；2.粉末加压成形坯块；3.坯块的烧结；4.加工及浸润油液等处理；本发明原料粉末的特殊配比是针对高铁车轮变轨距的含油衬套的特殊性质要求所研发的，能够使高铁车轮变轨距的含油衬套适合于重载、高冲击载荷环境，并具有疲劳强度高、耐腐蚀性好的特性。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金工艺技术领域，尤其涉及一种高铁车轮变轨距用含油衬套的粉末冶 金制造方法。
背景技术
各国的轨道交通发展先后不一，由于不同的技术标准和发展需求导致很多国家采用的轨 距并不相同。现有中国国内运行列车通常不需要变轨距，当列车需要跨国运行，并且轨距不 同时，最简单的是将乘客由一列列车换到另一列列车，目前中国东北到俄罗斯的客运以该种 方式运作。对于货运来说，通常会将列车车厢整体抬起，然后更换列车转向架，中国二连浩 特口岸联运检修车间就是采用这种方式运作。对于货柜装运来说，更简单的方法是直接吊装 货柜更换到另外一辆列车，中国乌鲁木齐西站的乌鲁木齐集结中心采用该种方法解决列车运 行中的轨距不同问题。
为了适应不同国家间的不同轨距要求，更直接的方案是研发可以在不同轨距之间运行的 列车，即列车车轮可根据轨道的宽窄进行滑动，这就需要在列车车轮与车轴之间安装一个滑 动变轨所需的含油衬套。根据特定的技术要求，该衬套需要采用一种新的粉末冶金工艺制造。
如中国申请号为CN200810210290.7的专利公开了一种形成曲轴衬套或类似产品的方法。 压制模具具有轴向的大体圆柱形的内部开口。上冲模和下冲模配有与压制模具的内部开口相 对应的外表面。上芯棒穿过上冲模中的轴向开口。下芯棒穿过下冲模中的轴向开口。上芯棒 和下芯棒各自可以具有大体平坦的外表面部分。通过上冲模、下冲模和上芯棒、下芯棒的组 合动作在压制模具中压制金属粉末。该发明专利申请能够制造轴衬套及类似产品，但是此制 造工艺无法满足高铁车轨变轨用衬套的制造要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高铁车轮变轨距用含油衬套的粉末冶金 制造方法。
所述衬套的粉末冶金制造方法，包括如下步骤：
步骤1：制备原料粉末，原料粉末包括铜粉、铁粉、锡粉、铅粉、石墨粉、二硫化钼；步骤1.1：铜粉的制备，工艺流程为：熔铸、电解、洗刷刮取、过滤、收取铜粉、洗涤、防氧化处理、洗涤、烘干、氢还原、粉碎、筛分工艺处理；将铜原料经熔铸，以加入H2SO4的CuSO4溶液为电解液，Cu2+浓度为13g/L，电解液加入量三倍于铜原料熔铸体积，并没过铜原料熔铸物，在电流密度大于1000A/m2，35℃～45℃温度下，以高纯度纯铜板为阳极，钛合金板为阴 极进行电解，电流从阳极通过阴极，在阴极上析出海绵状铜，刮至槽底，经洗刷、干燥后， 筛分制成铜粉；使用铜粉振动筛筛分铜粉，将超声换能器通220V、50Hz交流电，输出18kHz 机械振动于铜粉振动筛，通过200目筛子获得小于75μm铜粉；
步骤1.2：铁粉的制备：将赤铁矿利用还原法制备铁粉；采用马弗炉将赤铁矿与优质无烟 煤按质量比5:6混合均匀，在1050℃下保持4小时，粉碎后获得海绵铁粉，用干式磁选法去 除非磁性杂质，磁场强度取500Gs，然后将待还原的铁的氧化物粉碎为小于160μm的颗粒， 用流动层还原法，H2作为气体还原剂，温度保持800℃～850℃，时间50分钟，粉碎后用200 目筛子筛选小于75μm铁粉；
步骤1.3：锡粉的制备，限制式喷嘴雾化法制备锡粉，工艺流程为：装料、熔化、雾化、 脱水、干燥、筛分；其中，原料取纯度大于99％的高纯度1号锡锭，用45kW、1000Hz的中频电炉将锡锭熔化并保持一定过热度，温度820℃～825℃；限制式喷嘴雾化压力为10MPa，熔融温度810℃～815℃，漏包温度大于700℃，漏眼直径4mm；脱水干燥处理后，用200目 筛子筛选小于75μm锡粉；
步骤1.4：铅粉的制备，限制式喷嘴雾化法制备铅粉，工艺流程为：装料、熔化、雾化、 脱水、干燥、筛分；其中，原料取高纯度1号铅锭，用45kW、1000Hz的中频电炉将铅锭熔化并保持一定过热度，温度445℃～450℃；限制式喷嘴雾化压力为10MPa，熔融温度425℃～440℃，漏包温度大于360℃，漏眼直径4mm；脱水干燥处理后，用200目筛子筛选小于75μm 铅粉；
步骤1.5：天然鳞片状石墨粉，呈鳞片状，灰度＜2％，粒径取106～180μm，先用150目 筛子筛取大于106μm石墨粉，再将筛取的石墨粉用80目筛子筛选小于180μm石墨粉，最终得到106μm～180μm石墨粉；
步骤1.6：配置相应组分的原料粉末，铜基原料粉末摩尔比为：铜粉71～73％、铁粉4～ 5％、锡粉0.5～1.5％、铅粉15.5～17％、石墨粉6～7％；铁基原料粉末摩尔比为：铁粉80～ 81％、锡粉0.5～1.5％、铅粉9～12％、石墨粉5～6％、二硫化钼2～3％；任选铜基原料粉末 配比或者铁基原料粉末配比配置粉末，将其混合料装入V型混料机内混合均匀；
步骤2：坯块的加压成形，根据零件尺寸制备模具，采用双向压坯法，将原料粉末压制 成形坯块，对于铜基原料粉末单位压制压力为4000kg/cm2，即400MPa；对于铁基原料粉末 单位压制压力为6000kg/cm2，即600MPa；
步骤3：坯块的烧结，在充有还原性保护气体的钟罩式电炉中对粉末冶金压制成形后的 坯块进行烧结，烧结时坯块之间留有间距；铜基材料烧结温度为800℃，铁基材料烧结温度 1050℃，铜基原料粉末烧结压力为3MPa，铁基原料粉末烧结压力为3.5MPa，保温3小时后 随炉冷却至室温；
步骤4：加工及浸润油液处理，将成形后的衬套进行加工和浸油等后续处理；采用真空 浸油机在真空负压下进行渗油处理，将最终精加工完成的、清洗干净的零件放入真空箱内， 密封抽空至-720mmHg压力，通入油液后加热至85℃，保持30min后取出；浸油所用的油液 根据实际使用情况选取EccoLube ME10或EccoLube ME10A。
进一步地，步骤1.1中制备的铜粉的纯度≥99.7％，含O2＜0.2％，呈树枝状。
进一步地，步骤1.2中制备的铁粉纯度≥98.0％，含O2＜0.2％，呈海绵状。
进一步地，步骤1.3中制备的锡粉纯度≥99.0％。
进一步地，步骤1.4中制备的铅粉纯度≥99.0％。
进一步地，步骤1.5中石墨粉纯度≥97.0％。
进一步地，步骤1.6中V型混料机转速控制在8r/min，混料时长为25min。
进一步地，步骤3中选用H2作为坯块烧结的还原性保护气体。
本发明的有益效果是：
1、原料粉末的特殊配比是针对高铁车轮变轨距的含油衬套的特殊性质要求所研发的特殊 配比，能够使高铁车轮变轨距的含油衬套适合于重载、高冲击载荷环境，并具有疲劳强度高、 耐腐蚀性好的特性。
2、采用多孔性的粉末冶金材料，这种材料压制成衬套后，放在润滑油中浸润，由于粉末 冶金的多孔特性，可吸附一定量润滑油，浸润后含油量约为18％～25％，该含油衬套用于高 铁变轨。
3、原料比较基础，来源易得，原材料成本不高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
所述衬套的粉末冶金制造方法，具体步骤如下：
1：制备原料粉末，原料粉末的主要组分铜粉、铁粉、锡粉、铅粉、石墨粉、二硫化钼；
1.1：铜粉的制备，工艺流程为：熔铸、电解、洗刷刮取、过滤、收取铜粉、洗涤、防氧化处理、洗涤、烘干、氢还原、粉碎、筛分工艺处理；将铜原料经熔铸，以加入适量H2SO4的CuSO4溶液为电解液，Cu2+浓度为13g/L，电解液加入量三倍于铜原料熔铸体积，并没过 铜原料熔铸物，在电流密度大于1000A/m2，35℃～45℃温度下，以高纯度纯铜板为阳极，钛 合金板为阴极进行电解，电流从阳极通过阴极，在阴极上析出海绵状铜，刮下至槽底，经洗 刷、干燥后，筛分制成铜粉；使用铜粉振动筛筛分铜粉，将超声换能器通220V、50Hz交流 电，输出18kHz机械振动于铜粉振动筛，通过200目筛子获得小于75μm铜粉，铜粉的纯度 ≥99.7％，含O2＜0.2％，呈树枝状。
1.2：铁粉的制备：将赤铁矿利用还原法制备铁粉；采用马弗炉将赤铁矿与优质无烟煤 按质量比5:6混合均匀，在1050℃下保持4小时，粉碎后获得海绵铁粉，用干式磁选法去除 粗还原中的非磁性杂质，磁场强度取500Gs，然后将待还原的铁的氧化物粉碎为小于160μm 的颗粒，用流动层还原法，H2作为气体还原剂，温度保持800℃～850℃，时间50分钟，粉 碎后用200目筛子筛选小于75μm铁粉，铁粉纯度≥98.0％，含O2＜0.2％，呈海绵状。
1.3：锡粉的制备，高压水雾化法制备锡粉；限制式喷嘴雾化法制备锡粉，工艺流程为： 装料、熔化、雾化、脱水、干燥、筛分。取纯度大于99％的高纯度1号锡锭，用45kW、1000Hz的中频电炉将锡锭熔化并保持一定过热度，过热温度为820℃～825℃。雾化压力10MPa，出钢温度810℃～815℃，漏包温度大于700℃，漏眼直径4mm。脱水干燥处理后，采用200目 筛子获得小于75μm锡粉，锡粉纯度≥99.0％。
1.4：铅粉的制备，限制式喷嘴雾化法制备铅粉，工艺流程为：装料、熔化、雾化、脱水、干燥、筛分；其中，原料取高纯度1号铅锭，用45kW、1000Hz的中频电炉将铅锭熔化 并保持一定过热度，过热温度为445℃～450℃；限制式喷嘴雾化压力为10MPa，熔融温度 425℃～440℃，漏包温度大于360℃，漏眼直径4mm；脱水干燥处理后，用200目筛子筛选 小于75μm铅粉，铅粉纯度≥99.0％。
1.5：天然石墨粉的加工，先用150目筛子筛取大于106μm石墨粉，再将筛取的石墨粉 用80目筛子筛选小于180μm石墨粉，最终得到106μm～180μm石墨粉，使纯度≥97.0％，粒径为106μm～180μm，呈鳞片状，灰度＜2％；
1.6：配置相应组分的原料粉末，本发明提供两种用于制造高铁车轮变轨距用含油衬套 的原料粉末配比，分别为铜基原料和铁基原料。铜基原料粉末摩尔比为：铜粉71～73％、铁 粉4～5％、锡粉0.5～1.5％、铅粉15.5～17％、石墨粉6～7％；铁基原料粉末摩尔比为：铁粉 80～81％、锡粉0.5～1.5％、铅粉9～12％、石墨粉5～6％、二硫化钼2～3％；任选铜基原料 粉末配比或者铁基原料粉末配比配置粉末，将其混合料装入V型混料机内混合均匀，转速控 制在8r/min，混料时长为25min。
2：粉末加压成形坯块，根据零件尺寸制备模具，采用双向压坯法，将原料粉末压制成形 坯块，对于铜基原料粉末单位压制压力为4000kg/cm2，即400MPa；对于铁基原料粉末单位 压制压力为6000kg/cm2，即600MPa。
3：坯块的烧结，在还原性气体H2保护的钟罩式电炉中对粉末冶金压制成形后的坯块进 行烧结，烧结时零件间应间隔一定距离；铜基材料烧结温度为800℃，铁基材料烧结温度 1050℃，铜基原料粉末烧结压力为3MPa，铁基原料粉末烧结压力为3.5MPa，保温3小时后随炉冷却至室温。
4：加工及浸润油液等处理，将成形后的衬套进行加工和浸油等后续处理。采用真空浸油 机在真空负压下进行渗油处理，将最终精加工完成的、清洗干净的零件放入真空箱内，密封 抽空至-720mmHg压力，通入油液后加热至85℃，保持30min后取出。浸油所用的油液可根 据实际使用情况选取，可选EccoLube ME10或EccoLube ME10A。
本发明叙述的高铁车轮变轨所需的含油衬套材料，是一种多孔性的粉末冶金材料，这种 材料压制成衬套后，放在润滑油中浸润，由于粉末冶金的多孔特性，可吸附一定量润滑油， 浸润后含油量约为18％～25％，该含油衬套用于高铁变轨。
原料粉末各组分技术条件如表1所示。
衬套用原料粉末各组分配方如表2所示。
通过本发明制造的高铁车轮变轨距用含油衬套的材料性能如表3所示。
表1
表2
表3
已参照其优选实施方式对本发明已作了详细描述。在不脱离本发明的原理和精神的情况 下可以对这些实施方式进行改变，其保护范围在所附权利要求及其等同物中限定。
Claims (1)
1.一种高铁车轮变轨距用含油衬套的粉末冶金制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，制备原料粉末，原料粉末包括铜粉、铁粉、锡粉、铅粉、石墨粉、二硫化钼；
步骤1.1，铜粉的制备：
熔铸、电解、洗刷刮取、过滤、收取铜粉、洗涤、防氧化处理、洗涤、烘干、氢还原、粉碎、筛分工艺处理；
将铜原料经熔铸，以加入H2SO4的CuSO4溶液为电解液，Cu2+浓度为13g/L，电解液加入量三倍于铜原料熔铸体积，并漫过铜原料熔铸物，在电流密度大于1000A/m2，35℃～45℃温度下，以高纯度纯铜板为阳极，钛合金板为阴极进行电解，电流从阳极通过阴极，在阴极上析出海绵状铜，刮至槽底，经洗刷、干燥后，筛分制成铜粉；
使用铜粉振动筛筛分铜粉，将超声换能器通220V、50Hz交流电,输出18kHz机械振动于铜粉振动筛，通过200目筛子获得小于75μm铜粉，制备的铜粉的纯度≥99.7％，含O2＜0.2％，呈树枝状；
步骤1.2，铁粉的制备，将赤铁矿利用还原法制备铁粉；采用马弗炉将赤铁矿与优质无烟煤按质量比5:6混合均匀，在1050℃下保持4小时，粉碎后获得海绵铁粉，用干式磁选法去除非磁性杂质，磁场强度取500Gs，然后将待还原的铁的氧化物粉碎为小于160μm的颗粒，用流动层还原法，H2作为气体还原剂，温度保持800℃～850℃，时间50分钟，粉碎后用200目筛子筛选小于75μm铁粉，制备的铁粉纯度≥98.0％，含O2＜0.2％，呈海绵状；
步骤1.3，采用限制式喷嘴雾化法制备锡粉：
原料取纯度大于99％的高纯度1号锡锭；
用45kW、1000Hz的中频电炉将锡锭熔化并保持一定过热度，温度820℃～825℃；
限制式喷嘴雾化压力为10MPa，熔融温度810℃～815℃，漏包温度大于700℃，漏眼直径4mm；
脱水干燥处理后，用200目筛子筛选小于75μm锡粉，制备的锡粉纯度≥99.0％；
步骤1.4，采用限制式喷嘴雾化法制备铅粉，装料、熔化、雾化、脱水、干燥、筛分：
原料取高纯度1号铅锭，用45kW、1000Hz的中频电炉将铅锭熔化并保持一定过热度，温度445℃～450℃；
限制式喷嘴雾化压力为10MPa，熔融温度425℃～440℃，漏包温度大于360℃，漏眼直径4mm；
脱水干燥处理后，用200目筛子筛选小于75μm铅粉，制备的铅粉纯度≥99.0％；
步骤1.5，天然鳞片状石墨粉，呈鳞片状，灰度＜2％，粒径取106～180μm，先用150目筛子筛取大于106μm石墨粉，再将筛取的石墨粉用80目筛子筛选小于180μm石墨粉，最终得到106μm～180μm石墨粉，石墨粉纯度≥97.0％；
步骤1.6，配置相应组分的原料粉末，铜基原料粉末摩尔比为：铜粉71～73％、铁粉4～5％、锡粉0.5～1.5％、铅粉15.5～17％、石墨粉6～7％；铁基原料粉末摩尔比为：铁粉80～81％、锡粉0.5～1.5％、铅粉9～12％、石墨粉5～6％、二硫化钼2～3％；任选铜基原料粉末配比或者铁基原料粉末配比配置粉末，将其混合料装入V型混料机内混合均匀，V型混料机转速控制在8r/min，混料时长为25min；
步骤2，坯块的加压成形，根据零件尺寸制备模具，采用双向压坯法，将原料粉末压制成形坯块，对于铜基原料粉末单位压制压力为4000kg/cm2，即400MPa；对于铁基原料粉末单位压制压力为6000kg/cm2，即600MPa；
步骤3，坯块的烧结，在充有还原性保护气体的钟罩式电炉中对粉末冶金压制成形后的坯块进行烧结，烧结时坯块之间留有间距；铜基材料烧结温度为800℃，铁基材料烧结温度1050℃，铜基原料粉末烧结压力为3MPa，铁基原料粉末烧结压力为3.5MPa，保温3小时后随炉冷却至室温；选用H2作为坯块烧结的还原性保护气体；
步骤4，加工及浸润油液处理，将成形后的衬套进行加工和浸油后续处理；采用真空浸油机在真空负压下进行渗油处理，将最终精加工完成的、清洗干净的零件放入真空箱内，密封抽空至-720mmHg压力，通入油液后加热至85℃，保持30min后取出；浸油所用的油液根据实际使用情况选取EccoLube ME10或EccoLube ME10A。
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