CN109023017A - 一种轴承保持架用硬质合金新材质及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴承保持架用硬质合金新材质及其制备方法，按重量百分比计算由以下元素成分组成：碳化钛粉末30~42%，铁粉40~50%，钼粉1~3%，铬铁粉2~3%，镍铁粉5~7%，石墨粉6~8%，所述方法包括以下步骤，第一步，球磨和搅拌；第二步，造粒并干燥；第三步，3D打印成型；第四步，烧结；第五步，热处理；第六步，表面精加工及浸油；本发明的轴承保持架用硬质合金新材质及其制备方法，硬度高，抗弯强度好，且耐高温及化学腐蚀。

Description

一种轴承保持架用硬质合金新材质及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种轴承保持架用硬质合金新材质及其制备方法，属于轴承保持架设备技术领域。
背景技术
滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成，保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转并起润滑作用；保持架可以分为冲压保持架和实体保持架，在强度要求高、高转速等的工作场合一般采用实体保持架；保持架的使用性能和适用场合很大 程度上取决于保持架材料的选择，不同的保持架材料制成的保持架具有不同的性能，适合不同的使用环境；现有轴承的制造使用的一般都为黄铜以及在其基础上延伸的合金材料，其硬度（HRB）在40~50不等，抗拉强度(N/ mm2）在300~400不等，伸长率在10~40不等，可见其硬度太低，抗拉强度太低，伸缩率差，使得保持架的耐磨及耐冲击性能差，使用寿命短。因此，为了解决以上问题，本发明提出一种新的轴承保持架用硬质合金新材质，以碳化钛粉末、铁粉、钼粉、铬铁粉、镍铁粉和石墨粉作为原料，并采用粉末冶金方法，经球磨和搅拌、造粒并干燥、3D打印成型、烧结、热处理和表面精加工及浸油制备硬度高，抗弯强度好的钢结硬质合金材料的轴承保持架。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种轴承保持架用硬质合金新材质及其制备方法，硬度高，抗弯强度好，且耐高温及化学腐蚀。
本发明的轴承保持架用硬质合金新材质及其制备方法，按重量百分比计算由以下元素成分组成：
碳化钛粉末 30~42%，
铁粉 40~50%，
钼粉 1~3%，
铬铁粉 2~3%，
镍铁粉 5~7%，
石墨粉 6~8%。
作为优选的实施方案，按重量百分比计算由以下元素成分组成：碳化钛粉末36.02%，铁粉46.29%，钼粉2.11%，铬铁粉2.21%，镍铁粉5.85%，石墨粉7.52%。
进一步地，所述铬铁粉包括微碳铬铁粉、低碳铬铁粉、中碳铬铁粉或高碳铬铁粉。
进一步地，所述镍铁粉包括低碳镍铁粉、中碳镍铁粉或高碳镍铁粉。
进一步地，所述铁粉包括还原铁粉、电解铁粉或羰基铁粉。
本发明的轴承保持架用硬质合金新材质的制备方法，所述方法包括以下步骤，
第一步，球磨和搅拌，首先按照元素成分配比称取原料粉末，将原料粉末依次输送至装有不锈钢钢球的滚动球磨机中进行混合，并向滚动球磨机中加入原料粉末总重量3%的固体石蜡，控制料球比为1：6，转速为70~80rad/min，磨球时间为40~50h；然后将磨球后的粉末置于搅拌机中搅拌，并在搅拌过程中分2~3次向搅拌机中加入无水乙醇，得到混合均匀且稳定的悬浊液料浆；
第二步，造粒并干燥，将第一步中得到的悬浊液料浆在以干燥介质为氮气的闭式循环喷雾干燥机中进行干燥及团聚造粒，获得20~50um的球形颗粒状混合粉末，期间，控制喷雾干燥温度为72~80℃，喷雾干燥时间为13h；
第三步， 3D打印成型，将干燥后的球形颗粒状的混合粉末铺设于3D打印机的打印平台上，并通过电子束照射混合粉末，使得混合粉末逐层熔化，得到轴承保持架坯块；
第四步，烧结，将料坯置于脱蜡和烧结一体的真空炉进行脱蜡和烧结，控制烧结温度为1420~1450℃，且在600℃后控制升温速度为1℃/min，随后随炉冷却到室温，得到轴承保持架坯料；
第五步，热处理，
a.淬火处理，利用含有石墨的氧化铝粉末包裹轴承保持架坯料，并将其置于以石墨作为加热体的真空炉内升温至1000℃，保持3h，然后将其置于淬火油中快速冷却；
b.回火处理，将淬火后的粗料再置于以石墨作为加热体的真空炉内升温至250℃，保温3h后空冷，得到轴承保持架粗料；
第六步，表面精加工及浸油，首先对轴承保持架粗料进行精加工处理，采用打磨和抛光一体机对其进行打磨和抛光处理；然后对精加工后的轴承保持架进行表面清洗；清洗后，将其置于真空箱中进行真空烘烤，去除轴承保持架中的水分，控制真空度为1~10Pa，温度为30~122℃；接着打开真空箱的舱门，将轴承保持架放入油中进行真空浸油操作，烘烤和浸泡时间不少于10h，得到产品。
作为优选的实施方案，所述第三步的3D打印成型其具体操作步骤如下：首先利用三维建模软件建立轴承保持架的三维模型；再将模型文件转换为标准的STL文件格式，建立建模软件与3D打印机之间协作的通道；然后通过3D打印机配套的切片软件对轴承保持架的三维模型进行参数设置，从而得到3D打印机能够识别的代码文件；接着在计算机控制下，电子束发生器对相应的成型部位按各截面轮廓信息做扫描运动，通过电子束照射将预先铺设在打印平台上的球形颗粒状一层一层地融化，且各层相粘结，最终得到轴承保持架坯块。
本发明与现有技术相比较，本发明的轴承保持架用硬质合金新材质及其制备方法，将制备硬质合金的硬质金属化合物和粘结金属材料与石墨结合，采用粉末冶金方法制得钢结硬质合金，且其硬度高，抗弯强度好，且耐高温及化学腐蚀。
附图说明
图1是本发明的实施例1至实施例4的轴承保持架性能示意图。
具体实施方式
本发明的轴承保持架用硬质合金新材质，按重量百分比计算由以下元素成分组成：
碳化钛粉末 30~42%，
铁粉 40~50%，
钼粉 1~3%，
铬铁粉 2~3%，
镍铁粉 5~7%，
石墨粉 6~8%。
所述铬铁粉包括微碳铬铁粉、低碳铬铁粉、中碳铬铁粉或高碳铬铁粉。
所述镍铁粉包括低碳镍铁粉、中碳镍铁粉或高碳镍铁粉。
所述铁粉包括还原铁粉、电解铁粉或羰基铁粉。
本发明的轴承保持架用硬质合金新材质的制备方法，所述方法包括以下步骤，
第一步，球磨和搅拌，首先按照元素成分配比称取原料粉末，将原料粉末依次输送至装有不锈钢钢球的滚动球磨机中进行混合，并向滚动球磨机中加入原料粉末总重量3%的固体石蜡，控制料球比为1：6，转速为70~80rad/min，磨球时间为40~50h；然后将磨球后的粉末置于搅拌机中搅拌，并在搅拌过程中分2~3次向搅拌机中加入无水乙醇，得到混合均匀且稳定的悬浊液料浆；
第二步，造粒并干燥，将第一步中得到的悬浊液料浆在以干燥介质为氮气的闭式循环喷雾干燥机中进行干燥及团聚造粒，获得20~50um的球形颗粒状混合粉末，期间，控制喷雾干燥温度为72~80℃，喷雾干燥时间为13h；
第三步， 3D打印成型，将干燥后的球形颗粒状的混合粉末铺设于3D打印机的打印平台上，并通过电子束照射混合粉末，使得混合粉末逐层熔化，得到轴承保持架坯块；
第四步，烧结，将料坯置于脱蜡和烧结一体的真空炉进行脱蜡和烧结，控制烧结温度为1420~1450℃，且在600℃后控制升温速度为1℃/min，随后随炉冷却到室温，得到轴承保持架坯料；
第五步，热处理，
a.淬火处理，利用含有石墨的氧化铝粉末包裹轴承保持架坯料，并将其置于以石墨作为加热体的真空炉内升温至1000℃，保持3h，然后将其置于淬火油中快速冷却；
b.回火处理，将淬火后的粗料再置于以石墨作为加热体的真空炉内升温至250℃，保温3h后空冷，得到轴承保持架粗料；
第六步，表面精加工及浸油，首先对轴承保持架粗料进行精加工处理，采用打磨和抛光一体机对其进行打磨和抛光处理；然后对精加工后的轴承保持架进行表面清洗；清洗后，将其置于真空箱中进行真空烘烤，去除轴承保持架中的水分，控制真空度为1~10Pa，温度为30~122℃；接着打开真空箱的舱门，将轴承保持架放入油中进行真空浸油操作，烘烤和浸泡时间不少于10h，得到产品。
所述第三步的3D打印成型其具体操作步骤如下：首先利用三维建模软件建立轴承保持架的三维模型；再将模型文件转换为标准的STL文件格式，建立建模软件与3D打印机之间协作的通道；然后通过3D打印机配套的切片软件对轴承保持架的三维模型进行参数设置，从而得到3D打印机能够识别的代码文件；接着在计算机控制下，电子束发生器对相应的成型部位按各截面轮廓信息做扫描运动，通过电子束照射将预先铺设在打印平台上的球形颗粒状一层一层地融化，且各层相粘结，最终得到轴承保持架坯块。
实施例1：
本发明的轴承保持架用硬质合金新材质，按重量百分比计算由以下元素成分组成：碳化钛粉末36.02%，铁粉46.29%，钼粉2.11%，铬铁粉2.21%，镍铁粉5.57%，石墨粉7.80%。
所述铬铁粉包括微碳铬铁粉。
所述镍铁粉包括低碳镍铁粉。
所述铁粉包括羰基铁粉。
实施例2：
本发明的轴承保持架用硬质合金新材质，按重量百分比计算由以下元素成分组成：碳化钛粉末35.13%，铁粉47.02%，钼粉2.31%，铬铁粉2.21%，镍铁粉5.85%，石墨粉7.52%。
所述铬铁粉包括低碳铬铁粉。
所述镍铁粉包括低碳镍铁粉。
所述铁粉包括羰基铁粉。
实施例3：
本发明的轴承保持架用硬质合金新材质，按重量百分比计算由以下元素成分组成：碳化钛粉末36.73%，铁粉45.40%，钼粉2.35%，铬铁粉2.99%，镍铁粉5.14%，石墨粉7.39%。
所述铬铁粉包括低碳铬铁粉。
所述镍铁粉包括中碳镍铁粉。
所述铁粉包括电解铁粉。
实施例4：
本发明的轴承保持架用硬质合金新材质，按重量百分比计算由以下元素成分组成：碳化钛粉末38.01%，铁粉43.70%，钼粉2.47%，铬铁粉2.53%，镍铁粉6.31%，石墨粉6.98%。
所述铬铁粉包括低碳铬铁粉。
所述镍铁粉包括中碳镍铁粉。
所述铁粉包括还原铁粉。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (7)

1.一种轴承保持架用硬质合金新材质，其特征在于，按重量百分比计算由以下元素成分组成：
碳化钛粉末 30~42%，
铁粉 40~50%，
钼粉 1~3%，
铬铁粉 2~3%，
镍铁粉 5~7%，
石墨粉 6~8%。
2.根据权利要求1所述的轴承保持架用硬质合金新材质，其特征在于，按重量百分比计算由以下元素成分组成：碳化钛粉末36.02%，铁粉46.29%，钼粉2.11%，铬铁粉2.21%，镍铁粉5.85%，石墨粉7.52%。
3.根据权利要求1或2所述的轴承保持架用硬质合金新材质，其特征在于，所述铬铁粉包括微碳铬铁粉、低碳铬铁粉、中碳铬铁粉或高碳铬铁粉。
4.根据权利要求1或2所述的轴承保持架用硬质合金新材质，其特征在于，所述镍铁粉包括低碳镍铁粉、中碳镍铁粉或高碳镍铁粉。
5.根据权利要求1或2所述的轴承保持架用硬质合金新材质，其特征在于，所述铁粉包括还原铁粉、电解铁粉或羰基铁粉。
6.一种轴承保持架用硬质合金新材质的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，
第一步，球磨和搅拌，首先按照元素成分配比称取原料粉末，将原料粉末依次输送至装有不锈钢钢球的滚动球磨机中进行混合，并向滚动球磨机中加入原料粉末总重量3%的固体石蜡，控制料球比为1：6，转速为70~80rad/min，磨球时间为40~50h；然后将磨球后的粉末置于搅拌机中搅拌，并在搅拌过程中分2~3次向搅拌机中加入无水乙醇，得到混合均匀且稳定的悬浊液料浆；
第二步，造粒并干燥，将第一步中得到的悬浊液料浆在以干燥介质为氮气的闭式循环喷雾干燥机中进行干燥及团聚造粒，获得20~50um的球形颗粒状混合粉末，期间，控制喷雾干燥温度为72~80℃，喷雾干燥时间为13h；
第三步， 3D打印成型，将干燥后的球形颗粒状的混合粉末铺设于3D打印机的打印平台上，并通过电子束照射混合粉末，使得混合粉末逐层熔化，得到轴承保持架坯块；
第四步，烧结，将轴承保持架坯块置于脱蜡和烧结一体的真空炉进行脱蜡和烧结，控制烧结温度为1420~1450℃，且在600℃后控制升温速度为1℃/min，随后随炉冷却到室温，得到轴承保持架坯料；
第五步，热处理，
a.淬火处理，利用含有石墨的氧化铝粉末包裹轴承保持架坯料，并将其置于以石墨作为加热体的真空炉内升温至1000℃，保持3h，然后将其置于淬火油中快速冷却；
b.回火处理，将淬火后的粗料再置于以石墨作为加热体的真空炉内升温至250℃，保温3h后空冷，得到轴承保持架粗料；
第六步，表面精加工及浸油，首先对轴承保持架粗料进行精加工处理，采用打磨和抛光一体机对其进行打磨和抛光处理；然后对精加工后的轴承保持架进行表面清洗；清洗后，将其置于真空箱中进行真空烘烤，去除轴承保持架中的水分，控制真空度为1~10Pa，温度为30~122℃；接着打开真空箱的舱门，将轴承保持架放入油中进行真空浸油操作，烘烤和浸泡时间不少于10h，得到产品。
7.根据权利要求6所述的轴承保持架用硬质合金新材质的制备方法，其特征在于，所述第三步的3D打印成型其具体操作步骤如下：首先利用三维建模软件建立轴承保持架的三维模型；再将模型文件转换为标准的STL文件格式，建立建模软件与3D打印机之间协作的通道；然后通过3D打印机配套的切片软件对轴承保持架的三维模型进行参数设置，从而得到3D打印机能够识别的代码文件；接着在计算机控制下，电子束发生器对相应的成型部位按各截面轮廓信息做扫描运动，通过电子束照射将预先铺设在打印平台上的球形颗粒状一层一层地融化，且各层相粘结，最终得到轴承保持架坯块。
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