CN108677103A - 一种防滑轴承座及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防滑轴承座及其制备方法，属于机械部件加工技术领域，所述防滑轴承座由以下质量百分比的原料通过冶炼制成：铬粉：5‑12％、铝粉：2‑8％、N2：2.5‑5％、钒粉：1‑3％、锰粉：0.02‑0.5％、石墨粉：0.05‑0.1％、氮化锰铁粉：0.5‑2％、Al‑CaO复合脱氧剂：0.25‑1.0％、余量为铁粉及不可避免的杂质，通过添加氮化锰铁粉来增加氮在合金液中的溶解度，进而增加轴承座的强度、韧性及耐磨性能；制备过程中通过较低温度的亚温淬火工艺，在增强粒子的弥散硬化作用的同时也增强了组织的稳定性，而且还提高了轴承座的低温冲击韧度，抑制了其回火脆性。

Description

一种防滑轴承座及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种防滑轴承座及其制备方法，属于机械部件加工技术领域。
背景技术
轴承座作为工业领域中不可或缺的配件，在汽车、航空、冶金、矿山等行业的应用越来越广泛，轴承座不仅为轴提供支撑，还承受轴传递的各种载荷。如果轴承座设计和制造不当，将导致轴承受力不均，降低轴承寿命。同时由于轴承座长时间处于交变荷载或冲击荷载等比较复杂的工作环境下，因而对于其耐磨耐蚀性能和强度的要求显得尤为严格。
中国发明专利(CN105908075A)公布了一种合金钢轴承座的铸造工艺，其工艺过程为：1.冶炼；2.铸造；3.热处理；4.加工基准面；5.孔加工；6.对孔加工后的轴承座铸造件进行保温冷却，冷却水温≦80℃，冷却后进行清理即得到轴承座铸件。通过该工艺得到轴承座铸件缩孔几率下降，且强度有所提高，但其耐磨和耐蚀性能却没有得到改善。
中国发明专利(CN106591544A)公开了一种经过热处理和时效处理获得合金钢轴承座的铸造工艺，虽降低了轴承座的内应力，提高了其质量，但轴承座的强度却达不到工业化生产的需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种高强度、耐磨及耐蚀性能优异的防滑轴承座。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种防滑轴承座，所述防滑轴承座由以下质量百分比的原料通过冶炼制成：铬粉：5-12％、铝粉：2-8％、N2：2.5-5％、钒粉：1-3％、锰粉：0.02-0.5％、石墨粉：0.05-0.1％、氮化锰铁粉：0.5-2％、Al-CaO复合脱氧剂：0.25-1.0％、余量为铁粉及不可避免的杂质。
本发明中添加少量的锰来替代昂贵的镍，大大的节约了原料成本，但锰作为变价金属会对不锈钢造成局部腐蚀，氮的加入弥补了含锰不锈钢的缺陷，同时氮在不锈钢中主要以间隙原子存在，对位错起钉扎作用，并且氮原子半径较碳原子更小，使得其在不锈钢钢中固溶度较大，在Cr、Al、Mn的共同作用下氮的固溶强化作用更加明显，从而提高了不锈钢制品的耐蚀性能和机械性能。添加N的过程中，由于N-N形成共价键键能较大，即使PN2＞101.325KPa也不生成独立的氮化物相，说明氮原子虽然小但其难以溶于合金液中，因此为了在合金液中能溶解更多的N，使N在不锈钢产品中发挥更大的效能，本发明还添加了少量的氮化锰铁粉，氮化锰铁粉的加入使得氮直接以离子形式加入，不仅提高了氮在合金液中的溶解，还作为不锈钢中锰的主要来源而减少了原料中锰元素的加入量。为了满足轴承座的高强度，本发明还添加了少量的V，V在其他金属组分的共同作用下与N形成氮化物(VN)，该氮化物起细化剂和沉淀强化剂的作用使合金晶粒细化和弥散硬化，从而增加不锈钢的强度、韧性及耐磨性能，这也是本发明中原料C的量比常规不锈钢中原料C的量少的原因。
作为优选，Al-CaO复合脱氧剂中含有占复合脱氧剂总质量为5-13％的粘结剂。本发明中的Al-CaO复合脱氧剂在合金熔炼阶段易产生低熔点脱氧产物12CaO·7A12O3，此低熔点脱氧产物在合金熔炼温度下呈液态且多为球点状，在粘结剂的作用下，容易积聚上浮，在上浮过程中带走了熔融液中残存的夹杂物，从而达到精炼合金液的目的，但粘结剂的加入量不能超过复合脱氧剂总质量的13％，否则过量的粘结剂包覆于复合脱氧剂表面，阻隔复合脱氧剂与合金液的接触，而影响精炼除杂的效果。
进一步的优选，粘结剂为环氧树脂、羧甲基纤维素钠、膨润土中的一种或多种。环氧树脂、羧甲基纤维素钠、膨润土粘结剂分子结构中含有-COOH、-OH等各种活性官能团，这些官能团通过与Al-CaO细粉中的金属离子(Ca2+、A13+)及氧化钙之间发生配位反应，生成稳定的螯合物或络合物，使氧化钙细粉颗粒和粘结剂分子之间形成配位键连接，具有了共价键的一般性质，结合比较牢固，从而提高了产品强度。
本发明的第二个目的是提供一种上述防滑轴承座的加工方法，所述的加工方法包括以下步骤：
S1、按上述防滑轴承底座的原料的质量百分比称取原料，将铬粉、铝粉、钒粉、锰粉、铁粉熔炼成合金液1；
S2、将合金液1升温，然后吹入氮气并加入氮化锰铁粉、Al-CaO复合脱氧剂，待熔融完全得均一合金液2；
S3、将合金液2浇注于模具中成型并将成型铸坯升温至700-800℃，在此温度下保温10-15min，然后水冷至室温，接着再加热至350-500℃并保温1-2h，然后水冷至室温，再次加热到600-650℃并保温10-15min，然后空冷至室温，最后在350-500℃下回火保温1-2h，空冷至室温，得防滑轴承座半成品；
S4、对防滑轴承座半成品进行表面涂覆，得防滑轴承座成品。
本发明采用阶段式亚温淬火工艺，在较低的淬火温度下对不锈钢铸坯进行热处理不仅使得马氏体中碳浓度的下降速度减慢，延缓了合金碳化物的长大过程，在较高的温度下，合金碳化物仍能保持较小的质点，增强粒子的弥散硬化作用，同时也增强了组织的稳定性，而且还提高了不锈钢的低温冲击韧度，抑制了其回火脆性。一般的亚温淬火工艺采用一次性淬火且淬火温度为850-1000℃，如果本申请采用一般的淬火工艺，则淬火过程中易产生较大的综合应力且会提高回火温度，进而在晶界处析出弥散度较高的碳化物，使得材料表面出现细微裂纹。
在上述防滑轴承座的加工方法中，步骤S2中所述升温的温度为1450-1600℃。
在上述防滑轴承座的加工方法中，步骤S2中升温后的具体加料过程为：先吹入5-15min氮气，然后边搅拌边加入1/2量的Al-CaO复合脱氧剂及1/3量的氮化锰铁粉；继续吹入5-15min氮气，边搅拌边加入剩余1/2量的Al-CaO复合脱氧剂、剩余2/3量的氮化锰铁粉。
本发明步骤S2中在合金液1升温后先吹氮气后加入少量氮化锰铁粉，以防止氮化锰铁受强热快速分解放出N2而导致合金液沸腾溅出，随着氮气的不断吹入，合金液表面有了足够的N2，此时再加入剩余量的氮化锰铁粉，由于相界面气液平衡的存在，氮化锰铁粉不易再生成N2，而更多是以离子态进入合金液。吹入氮气及搅拌过程中都会带入氧、硫等有害气体并促进其在合金液中的流动，因此本发明将脱氧剂分批加入合金液中，以确保高效脱除合金液中的有害杂质。
在上述防滑轴承座的加工方法中，所述的涂层液由以下组分及质量百分比组成：环氧树脂：15-25％、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷：3-7％、纳米碳酸钙：35-50％、氧化铈：15-30％、正丁醇：9-15％。本发明涂层液中γ-氨基丙基三甲氧基硅烷表面含有基团NH2-能与环氧树脂中的OH-发生化学反应，使得环氧树脂的交联程度更大。在溶剂正丁醇的作用下，纳米碳酸钙迅速分散于氧化铈表面并将其包裹，涂层对于腐蚀引起的pH变化十分敏感，当涂层pH发生变化时纳米CaCO3溶解，释放出氧化铈，氧化铈不仅能够协同γ-氨基丙基三甲氧基硅烷进一步增强环氧树脂的交联作用，抑制或减慢腐蚀速率，还对腐蚀部位具有一定的修复作用，通过各种组分的共同作用，显著提高了防滑轴承座的耐蚀性能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明原料配伍合理，通过添加氮化锰铁粉提高了复合合金钢中氮的含量，还减少了原料锰的加入量，节约了成本。添加含有适量粘结剂的Al-CaO复合脱氧剂，在熔炼过程中达到精炼合金液的目的。
2、本发明防滑轴承座选用阶段式的亚温淬火工艺，通过较低的淬火温度大大增强了粒子的弥散硬化作用及组织稳定性，还提高了复合合金钢的低温冲击韧度，抑制了其回火脆性。通过对防滑轴承座半成品涂覆配伍合理的涂层液，显著提高了防滑轴承座的耐蚀性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种防滑轴承座，所述防滑轴承座由以下质量百分比的原料通过冶炼制成：铬粉：5％、铝粉：2％、N2：2.5％、钒粉：1％、锰粉：0.02％、石墨粉：0.05％、氮化锰铁粉：0.5％、Al-CaO复合脱氧剂：0.25％、余量为铁粉及不可避免的杂质，其中Al-CaO复合脱氧剂中含有占复合脱氧剂总质量为5％的环氧树脂。
按上述防滑轴承底座的原料组分称取原料，将Cr、Al、V、Mn、Fe熔炼成合金液1；
将合金液1升温至1450℃后吹入5min氮气，然后边搅拌边加入1/2量的Al-CaO复合脱氧剂及1/3量的氮化锰铁粉；继续吹入5min氮气，边搅拌边加入剩余1/2量的Al-CaO复合脱氧剂、剩余2/3量的氮化锰铁粉，待熔融完全得均一合金液2；
将合金液2浇注于模具中成型，将成型铸坯升温至700℃并保温10min，然后水冷至室温，接着再加热至350℃并保温1h，然后水冷至室温，再次加热至600℃并保温10min，然后空冷至室温，最后在350℃下回火保温1h，空冷至室温，得防滑轴承座半成品；对防滑轴承座半成品表面涂覆涂层液，得防滑轴承座成品，其中涂层液的组分及质量百分比为环氧树脂：15％、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷：3％、纳米碳酸钙：50％、氧化铈：20％、正丁醇：12％。
实施例2
一种防滑轴承座，所述防滑轴承座由以下质量百分比的原料通过冶炼制成：铬粉：7％、铝粉：4％、N2：3％、钒粉：1.5％、锰粉：0.06％、石墨粉：0.06％、氮化锰铁粉：0.8％、Al-CaO复合脱氧剂：0.3％、余量为铁粉及不可避免的杂质，其中Al-CaO复合脱氧剂中含有占复合脱氧剂总质量为7％的羧甲基纤维素钠。
按上述防滑轴承底座的原料组分称取原料，将Cr、Al、V、Mn、Fe熔炼成合金液1；
将合金液1升温至1480℃后吹入8min氮气，然后边搅拌边加入1/2量的Al-CaO复合脱氧剂及1/3量的氮化锰铁粉；继续吹入8min氮气，边搅拌边加入剩余1/2量的Al-CaO复合脱氧剂、剩余2/3量的氮化锰铁粉，待熔融完全得均一合金液2；
将合金液2浇注于模具中成型，将成型铸坯升温至730℃并保温12min，然后水冷至室温，接着再加热至380℃并保温2h，然后水冷至室温，再次加热至610℃并保温10-15min，然后空冷至室温，最后在380℃下回火保温1h，空冷至室温，得防滑轴承座半成品；对防滑轴承座半成品表面涂覆涂层液，得防滑轴承座成品，其中涂层液的组分及质量百分比为环氧树脂：18％、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷：4％、纳米碳酸钙：38％、氧化铈：30％、正丁醇：10％。
实施例3
一种防滑轴承座，所述防滑轴承座由以下质量百分比的原料通过冶炼制成：铬粉：8％、铝粉：5％、N2：3.5％、钒粉：2％、锰粉：0.25％、石墨粉：0.07％、氮化锰铁粉：1.2％、Al-CaO复合脱氧剂：0.25-1.0％、余量为铁粉及不可避免的杂质，其中Al-CaO复合脱氧剂中含有占复合脱氧剂总质量为4％的羧甲基纤维素钠、7％的膨润土。
按上述防滑轴承底座的原料组分称取原料，将Cr、Al、V、Mn、Fe熔炼成合金液1；
将合金液1升温至1500℃后吹入10min氮气，然后边搅拌边加入1/2量的Al-CaO复合脱氧剂及1/3量的氮化锰铁粉；继续吹入10min氮气，边搅拌边加入剩余1/2量的Al-CaO复合脱氧剂、剩余2/3量的氮化锰铁粉，待熔融完全得均一合金液2；
将合金液2浇注于模具中成型，将成型铸坯升温至750℃并保温13min，然后水冷至室温，接着加热至420℃保温1h然，后水冷至室温，再将试样加热到630℃，保温13min后空冷，最后在420℃下回火保温2h，空冷至室温，得防滑轴承座半成品；对防滑轴承座半成品进行表面涂覆，得防滑轴承座成品；对防滑轴承座半成品进行表面涂覆，得防滑轴承座成品，其中涂层液的组分及质量百分比为环氧树脂：20％、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷：5％、纳米碳酸钙：46％、氧化铈：18％、正丁醇：11％。
实施例4
一种防滑轴承座，所述防滑轴承座由以下质量百分比的原料组分制成：铬粉：9％、铝粉：6.5％、N2：3.2％、钒粉：1.6％、锰粉：0.2％、石墨粉：0.06％、氮化锰铁粉：1.2％、Al-CaO复合脱氧剂：0.55％、余量为铁粉及不可避免的杂质，其中Al-CaO复合脱氧剂中含有占复合脱氧剂总质量为2％的环氧树脂、5％羧甲基纤维素钠。
按上述防滑轴承底座的原料组分称取原料，将Cr、Al、V、Mn、Fe熔炼成合金液1；
将合金液1升温至升温的温度为1520℃后吹入8min氮气，然后边搅拌边加入1/2量的Al-CaO复合脱氧剂及1/3量的氮化锰铁粉；继续吹入8min氮气，边搅拌边加入剩余1/2量的Al-CaO复合脱氧剂、剩余2/3量的氮化锰铁粉，待熔融完全得均一合金液2；
将合金液2浇注于模具中成型，将成型铸坯升温至760℃并保温12min，然后水冷至室温，接着加热至370℃保温1h，然后水冷至室温，再将试样加热到620℃并保温13min，然后空冷至室温，最后在420℃下回火保温2h，空冷至室温，得防滑轴承座半成品；对防滑轴承座半成品进行表面涂覆，得防滑轴承座成品，其中涂层液的组分及质量百分比为环氧树脂：22％、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷：4％、纳米碳酸钙：37％、氧化铈：24％、正丁醇：13％。
实施例5
一种防滑轴承座，所述防滑轴承座由以下质量百分比的原料组分制成：铬粉：10％、铝粉：7％、N2：4.5％、钒粉：2.6％、锰粉：0.45％、石墨粉：0.08％、氮化锰铁粉：1.8％、Al-CaO复合脱氧剂：0.85％、余量为铁粉及不可避免的杂质，其中Al-CaO复合脱氧剂中含有占复合脱氧剂总质量为1.5％的环氧树脂、3％的羧甲基纤维素钠、2％的膨润土。
按上述防滑轴承底座的原料组分称取原料，将Cr、Al、V、Mn、Fe熔炼成合金液1；
将合金液1升温至升温的温度为1570℃后吹入14min氮气，然后边搅拌边加入1/2量的Al-CaO复合脱氧剂及1/3量的氮化锰铁粉；继续吹入14min氮气，边搅拌边加入剩余1/2量的Al-CaO复合脱氧剂、剩余2/3量的氮化锰铁粉，待熔融完全得均一合金液2；
将合金液2浇注于模具中成型，将成型铸坯升温至780℃并保温14min，然后水冷至室温，接着加热至480℃保温2h，然后水冷至室温，再将试样加热到640℃并保温14min，然后空冷至室温，最后在480℃下回火保温2h，空冷至室温，得防滑轴承座半成品；对防滑轴承座半成品进行表面涂覆，得防滑轴承座成品，其中涂层液的组分及质量百分比为环氧树脂：16％、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷：6％、纳米碳酸钙：40％、氧化铈：24％、正丁醇：14％。
实施例6
一种防滑轴承座，所述防滑轴承座由以下质量百分比的原料组分制成：铬粉：12％、铝粉：8％、N2：5％、钒粉：3％、锰粉：0.5％、石墨粉：0.1％、氮化锰铁粉：2％、Al-CaO复合脱氧剂：1.0％、余量为铁粉及不可避免的杂质，其中Al-CaO复合脱氧剂中含有占复合脱氧剂总质量为12％的膨润土。
按上述防滑轴承底座的原料组分称取原料，将Cr、Al、V、Mn、Fe熔炼成合金液1；
将合金液1升温至升温的温度为1600℃后吹入15min氮气，然后边搅拌边加入1/2量的Al-CaO复合脱氧剂及1/3量的氮化锰铁粉；继续吹入15min氮气，边搅拌边加入剩余1/2量的Al-CaO复合脱氧剂、剩余2/3量的氮化锰铁粉，待熔融完全得均一合金液2；
将合金液2浇注于模具中成型，将成型铸坯升温至800℃并保温15min，然后水冷至室温，接着加热至500℃保温2h，然后水冷至室温，再将试样加热到650℃并保温15min，然后空冷至室温，最后在500℃下回火保温2h，空冷至室温，得防滑轴承座半成品；对防滑轴承座半成品进行表面涂覆，得防滑轴承座成品，其中涂层液的组分及质量百分比为环氧树脂：23％、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷：5％、纳米碳酸钙：37％、氧化铈：25％、正丁醇：10％。
实施例7
与实施例5的区别在于，本实施例Al-CaO复合脱氧剂中含有占复合脱氧剂总质量为0.5％的环氧树脂、1％的羧甲基纤维素钠、0.5％的膨润土。
实施例8
与实施例5的区别在于，本实施例Al-CaO复合脱氧剂中含有占复合脱氧剂总质量为6％的环氧树脂、3％的羧甲基纤维素钠、5％的膨润土。
实施例9
与实施例3的区别在于，本实施例涂层液的组分及质量百分比为环氧树脂：55％、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷：8％、氧化铈：22％、正丁醇：15％。
实施例10
与实施例3的区别在于，本实施例涂层液的组分及质量百分比为环氧树脂：15％、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷：13％、纳米碳酸钙：52％、正丁醇：20％。
实施例11
与实施例3的区别在于，本实施例涂层液的组分及质量百分比为环氧树脂：35％、纳米碳酸钙：10％、氧化铈：15％、正丁醇：40％。
实施例12
与实施例3的区别在于，本实施例涂层液采用现有技术中的涂层液，其组分及质量百分比为：环氧树脂：20％、冰醋酸：6％份、甲乙酮：10％、去离子水：45％、三乙胺：10％、葡萄糖酸：9％。
实施例13
与实施例3的区别在于，本实施例将成型铸坯升温至750℃并保温30min，然后水冷至室温；再加热至420℃保温2h，随后空冷至室温，得防滑轴承座半成品。
对比例1
本对比例与实施例3的区别仅在于：原料组分中不含有氮化锰铁粉。
对比例2
本对比例与实施例3的区别仅在于：原料组分中不含有Al-CaO复合脱氧剂。
对比例3
本对比例与实施例3的区别仅在于：Al-CaO复合脱氧剂中不含有粘结剂。
对比例4
本对比例与实施例3的区别仅在于：采用常规淬火工艺对铸坯进行热处理。
对比例5
本对比例与实施例3的区别仅在于：未对防滑轴承座表面涂覆涂层液。
对实施例1-13和对比例1-5中所述的防滑轴承座进行性能测试的结果如表1所示。
表1：实施例1-13和对比例1-5中防滑轴承座性能测试结果
综合以上因素，本申请的发明效果为：通过在原料中添加氮化锰铁粉来补充合金中对氮、锰的需求，尤其是增加了氮的溶解量，有助于提高合金钢的机械性能和耐蚀性能；通过较低温度的亚温淬火工艺，增强了粒子的弥散硬化作用及组织稳定性，还提高了合金钢的低温冲击韧度，抑制了其回火脆性。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如未特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一性组合。

Claims (7)

1.一种防滑轴承座，其特征在于，所述防滑轴承座由以下质量百分比的原料通过冶炼制成：铬粉：5-12％、铝粉：2-8％、N2：2.5-5％、钒粉：1-3％、锰粉：0.02-0.5％、石墨粉：0.05-0.1％、氮化锰铁粉：0.5-2％、Al-CaO复合脱氧剂：0.25-1.0％、余量为铁粉及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的防滑轴承座，其特征在于，所述Al-CaO复合脱氧剂中含有占复合脱氧剂总质量为5-13％的粘结剂。
3.根据权利要求2所述的防滑轴承座，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂、羧甲基纤维素钠、膨润土中的一种或多种。
4.一种如权利要求1所述的防滑轴承座的加工方法，其特征在于，所述的加工方法包括以下步骤：
S1、按如权利要求1所述的原料的质量百分比称取原料，将铬粉、铝粉、钒粉、锰粉、铁粉、石墨粉熔炼成合金液1；
S2、将合金液1升温，然后吹入氮气并加入氮化锰铁粉、Al-CaO复合脱氧剂，待熔融完全得均一合金液2；
S3、将合金液2浇注于模具中成型并将成型铸坯升温至700-800℃，在此温度下保温10-15min，然后水冷至室温，接着再加热至350-500℃并保温1-2h，然后水冷至室温，再次加热到600-650℃并保温10-15min，然后空冷至室温，最后在350-500℃下回火保温1-2h，空冷至室温，得防滑轴承座半成品；
S4、对防滑轴承座半成品表面涂覆涂层液，得防滑轴承座成品。
5.根据权利要求4所述的一种防滑轴承座的加工方法，其特征在于，步骤S2中所述升温的温度为1450-1600℃。
6.根据权利要求4所述的一种防滑轴承座的加工方法，其特征在于，步骤S2中升温后的具体加料过程为：先吹入5-15min氮气，然后边搅拌边加入1/2量的Al-CaO复合脱氧剂及1/3量的氮化锰铁粉；继续吹入5-15min氮气，边搅拌边加入剩余1/2量的Al-CaO复合脱氧剂、剩余2/3量的氮化锰铁粉。
7.根据权利要求4所述的一种防滑轴承座的加工方法，其特征在于，所述的涂层液由以下组分及质量百分比组成：环氧树脂：15-25％、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷：3-7％、纳米碳酸钙：35-50％、氧化铈：15-30％、正丁醇：9-15％。
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