CN109692951B - 粉末冶金自润滑轴承的制造方法 - Google Patents

粉末冶金自润滑轴承的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种粉末冶金自润滑轴承的制造方法，其特征在于包括以下步骤：①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为0.6～3.5％，六方氮化硼为0.02～3.0％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.3～1.0％，余量为铁；②成形；③烧结；④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸；⑤浸渗：根据使用要求，浸渗使用要求的润滑油。本发明的制造方法成本较低且所得自润滑轴承的强度较高。

Description

粉末冶金自润滑轴承的制造方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种粉末冶金自润滑轴承的制造方法。
背景技术
自润滑轴承，即多孔质轴承，一般来说主要是用粉末原料，经压制，烧结，整形，浸油等工序制造而成。自润滑轴承具有多孔性，而且具有在制造过程中可较自由调节孔隙的数量、大小、形状及分布等技术上的优点。
粉末冶金自润滑轴承在连通孔隙中含浸有润滑油。多孔材料和润滑油的热膨胀系数不同，故工作时油从孔隙中被挤入摩擦面，停止工作时油又随温度下降被吸回孔隙。自润滑轴承具有成本低、能吸振、噪声小、在较长工作时间内不用加润滑油等特点，特别适用于不易润滑或不允许油脏污的工作环境。孔隙度是自润滑轴承的一个重要参数。在高速、轻载下工作的自润滑轴承要求含油量多，孔隙度宜高；在低速、载荷较大下工作的自润滑轴承要求强度高，孔隙度宜低。
自润滑轴承大量的应用于：电机行业、汽摩行业、家电行业、数码产品、办公设备、电动工具、纺织机械、包装机械等各类机械设备上。
粉末冶金自润滑轴承一般来说一次就能成形，基本不用切削加工。成本比机加工轻，材料浪费也少，价格因此比较便宜。也符合现在提倡节约能源的国家政策，因此被认为这是一个不会落伍的技术。
自润滑轴承分为铜基、铁基、铜铁基、铝基等。在自润滑轴承中往往添加石墨，二硫化钼等固体润滑剂，进一步改善润滑性能。铜基、铜铁基的自润滑轴承原材料价格较高，铁基的自润滑轴承价格较低，在工业上也得到广泛应用。为了进一步改善润滑性能，铁基自润滑轴承也添加石墨，二硫化钼等固体润滑剂，添加量往往大于1％。由于在烧结温度下，石墨会与铁合金化，形成珠光体和渗碳体。形成渗碳体后自润滑轴承的抗拉强度，径向压溃强度大幅度降低。为了解决含有石墨的铁基自润滑轴承的形成渗碳体的问题，需要降低烧结温度或使用包覆铜的石墨粉，例如公开号为CN108515178A的中国发明专利《一种铁铜基自润滑轴承材料及其制备方法》公开了一种铁铜基自润滑轴承，它是由如下重量配比的原料制备而成：40～80％铜包铁粉、10～50％锡青铜粉、1～4％锌粉、1～5％磷铜粉、1～5％铜包石墨粉、0.5～2％氮化硼粉、1～3％氮化硅粉、0.5～1％硬脂酸锌粉；可见该种自润滑轴承即同时使用了铜包铁粉和铜包石墨粉。降低烧结温度，意味着强度下降，而采用包覆铜的石墨粉和铜包铁粉的方案意味着成本增加，同时烧结温度也限定在铜的熔点1083摄氏度以下，同样也存在强度较低的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种成本较低且所得自润滑轴承强度较高的粉末冶金自润滑轴承的制造方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：粉末冶金自润滑轴承的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼及润滑剂混合，并保证各组分的质量百分含量分别为：C为0.6～3.5％，六方氮化硼为0.02～3.0％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.3～1.0％，余量为铁；
②成形；
③烧结。
本发明步骤①混粉中的润滑剂可以选择硬脂酸盐，聚酰胺蜡，硬脂酸等现有技术中常用润滑剂中的任意一种；本发明步骤②中的成形可以选择温压成型，温模成型，普通(室温)成形等现有技术中常用成形工艺中的任意一种。
进一步优选的，所述步骤①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼及润滑剂混合，并保证各组分的质量百分含量分别为：C为1.5～3％，六方氮化硼为0.5～2.5％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.3～1.0％，余量为铁。
优选的，所述步骤②成形中成形后密度为5.4～7.0g/cm3
优选的，所述步骤③烧结的烧结温度为950～1250℃，烧结时间为5～200分钟，烧结气氛为非氧化性气氛。
优选的，所述非氧化性气氛为含氢2％～30％体积分数的氢氮混合气。
进一步，在所述步骤③烧结之后进行步骤④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸。
优选的，所述步骤①混粉中的铁粉为还原铁粉。
进一步，所述步骤①混粉还包括0.2～3％质量分数的MoS2。MoS2的添加可以进一步起到润滑作用。
进一步，所述步骤①混粉还包括1～10％质量分数的Cu-Sn合金，该Cu-Sn合金中的锡的质量分数为5～25％，铜的质量分数为75～95％。Cu-Sn合金的添加在不影响强度的情况下，降低了烧结温度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用本发明的方法制备的自润滑轴承由于该组分配比的六方氮化硼的添加，提高了烧结温度，从而提高了烧结后所得的自润滑轴承的强度；并且六方氮化硼能够抑制碳化物的形成，所得自润滑轴承内没有渗碳体生成，且自润滑轴承内部含有大量的游离石墨，能起到很好的润滑作用，很好地解决了Fe-C系自润滑轴承存在渗碳体、强度不高的问题；与此同时，六方氮化硼也是有效的固体润滑剂，可以进一步提升自润滑轴承的润滑性能；另外无需使用铜大大降低了成本。
附图说明
图1为实施例1的金相组织照片；
图2为实施例2的金相组织照片；
图3为实施例3的金相组织照片；
图4为实施例4的金相组织照片；
图5为实施例5的金相组织照片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
下述实施例中在步骤④精整后可以根据需要进行⑤浸渗：根据使用要求，浸渗使用要求的润滑油。若所得自润滑轴承已经符合要求则不进行该步骤。
下述实施例步骤①混粉中的润滑剂可以选择硬脂酸盐，聚酰胺蜡，硬脂酸等现有技术中常用润滑剂中的任意一种；本发明步骤②中的成形可以选择温压成型，温模成型，普通(室温)成形等现有技术中常用成形工艺中的任意一种。
实施例1：
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为3％，六方氮化硼为0.5％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.8％，余量为铁。本实施例的铁粉为松装密度2.3g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度5.7g/cm3。
③烧结：温度为1120℃，时间为25分钟，烧结气氛为含氢5％体积分数的氢氮混合气。
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸。
精整后的自润滑轴承密度5.6g/cm3，硬度HRB40，径向压溃强度269MPa，从图
1中可以看出，组织中未发现网状的渗碳体组织。
实施例2：
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为2.5％，六方氮化硼为0.3％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.8％，余量为铁。C以石墨形态添加，铁为松装密度2.3g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度6.5g/cm3；
③烧结：温度为1120℃，时间为30分钟，烧结气氛为含氢5％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸。
精整后自润滑轴承密度5.78g/cm3，硬度HRF52，径向压溃强度296MPa，从图2中可以看出，组织中未发现网状的渗碳体组织。
实施例3：
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为3.0％，六方氮化硼为1.2％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.8％，余量为铁。前述铁粉为松装密度2.3g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度5.8g/cm3；
③烧结：温度为1120℃，时间为40分钟，烧结气氛为含氢2％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸。
精整后自润滑轴承密度5.55g/cm3，硬度HRB35，径向压溃强度250MPa，从图3中可以看出，组织中未发现网状的渗碳体组织。
实施例4：
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为3.0％，六方氮化硼为0.5％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂1％，余量为铁。本实施例的前述铁粉为松装密度2.3g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度6g/cm3；
③烧结：温度为1050℃，时间为200分钟，烧结气氛为含氢15％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸。
精整后自润滑轴承密度5.82g/cm3，硬度HRB13，径向压溃强度164MPa，从图4中可以看出，组织中未发现网状的渗碳体组织。
实施例5：
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为3.5％，六方氮化硼为0.3％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.3％，余量为铁。本实施例的前述铁粉为松装密度2.3g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度7g/cm3；
③烧结：温度为1050℃，时间为至少100分钟，烧结气氛为含氢30％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸。
精整后自润滑轴承密度6.85g/cm3，硬度HRB25，径向压溃强度228MPa，从图5中可以看出，组织中未发现网状的渗碳体组织。
实施例6：
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼、二硫化钼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为1.5％，六方氮化硼为0.6％，MoS2为1.5％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.8％，余量为铁。本实施例的前述铁粉为松装密度2.7g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度6.8g/cm3；
③烧结：温度为1100℃，时间为50分钟，烧结气氛为含氢5％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸。
精整后自润滑轴承密度6.75g/cm3，硬度HRB60，径向压溃强度320MPa，并且该自润滑轴承具有较为优异的润滑性能，MoS2的添加进一步提高了润滑性能。
实施例7：
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼、铜锡合金粉及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为2.0％，六方氮化硼为2.2％，Cu-10Sn为5％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.6％，余量为铁。本实施例的前述铁粉为松装密度2.55/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度6.2g/cm3；
③烧结：温度为980℃，时间为20分钟，烧结气氛为含氢10％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸。
精整后自润滑轴承密度6.15g/cm3，硬度HRB30，径向压溃强度230MPa；Cu-Sn合金的添加在不影响强度的情况下，降低了烧结温度。
实施例8：
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼、二硫化钼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为0.6％，六方氮化硼为0.02％，MoS2为0.2％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.3％，余量为铁。本实施例的前述铁粉为松装密度2.7g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度5.4g/cm3；
③烧结：温度为950℃，时间为5分钟，烧结气氛为含氢2％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸
本实施例所得自润滑轴承的性能与实施例6的类似。
实施例9：
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼、二硫化钼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为3.5％，六方氮化硼为3％，MoS2为3％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂1％，余量为铁。本实施例的前述铁粉为松装密度2.7g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度7g/cm3；
③烧结：温度为1250℃，时间为200分钟，烧结气氛为含氢30％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸
本实施例所得自润滑轴承的性能与实施例6的类似。
实施例10
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼、二硫化钼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为0.6％，六方氮化硼为0.02％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.3％，余量为铁。本实施例的前述铁粉为松装密度2.7g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度5.4g/cm3；
③烧结：温度为950℃，时间为5分钟，烧结气氛为含氢2％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸
本实施例所得自润滑轴承的性能与实施例4的类似。
实施例11
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼、二硫化钼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为3.5％，六方氮化硼为3％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂1％，余量为铁。本实施例的前述铁粉为松装密度2.7g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度7g/cm3；
③烧结：温度为1250℃，时间为200分钟，烧结气氛为含氢30％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸
本实施例所得自润滑轴承的性能与实施例4的类似。
实施例12
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼、二硫化钼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为0.6％，六方氮化硼为0.02％，MoS2为0.2％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.3％，余量为铁。本实施例的前述铁粉为松装密度2.7g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度5.4g/cm3；
③烧结：温度为950℃，时间为5分钟，烧结气氛为含氢2％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸
本实施例所得自润滑轴承的性能与实施例6的类似。
实施例13
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼、二硫化钼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为0.6％，六方氮化硼为0.02％，Cu-5Sn为1％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.3％，余量为铁。本实施例的前述铁粉为松装密度2.7g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度5.4g/cm3；
③烧结：温度为950℃，时间为5分钟，烧结气氛为含氢2％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸
本实施例所得自润滑轴承的性能与实施例7的类似。
实施例14
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼、二硫化钼及润滑剂混合，并保证各组分的百分含量分别为：C为3.5％，六方氮化硼为3％，Cu-25Sn为10％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂1％，余量为铁。本实施例的前述铁粉为松装密度2.7g/cm3的还原铁粉。前述百分数均为质量分数。
②成形：成形后密度7g/cm3；
③烧结：温度为1250℃，时间为200分钟，烧结气氛为含氢30％体积分数的氢氮混合气；
④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸。
本实施例所得自润滑轴承的性能与实施例7的类似。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.粉末冶金自润滑轴承的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
①混粉：将石墨粉、铁粉、六方氮化硼及润滑剂混合，并保证各组分的质量百分含量分别为：C为1.5～3％，六方氮化硼为0.6～2.5％，不超过2％的不可避免杂质，粉末润滑剂0.3～1.0％，还包括1～10％质量分数的Cu-Sn合金，余量为铁；该Cu-Sn合金中的锡的质量分数为5～25％，铜的质量分数为75～95％；
②成形；成形后密度为5.4～6.8g/cm3；
③烧结，烧结温度为950～1100℃，烧结时间为5～200分钟，烧结气氛为非氧化性气氛；
制备得到的自润滑轴承内没有渗碳体生成。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金自润滑轴承的制造方法，其特征在于：所述非氧化性气氛为含氢2％～30％体积分数的氢氮混合气。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金自润滑轴承的制造方法，其特征在于：在所述步骤③烧结之后进行步骤④精整：根据零件的最终尺寸要求进行整形，达到所需的尺寸。
4.根据权利要求1所述的粉末冶金自润滑轴承的制造方法，其特征在于：所述步骤①混粉中的铁粉为还原铁粉。
5.根据权利要求1所述的粉末冶金自润滑轴承的制造方法，其特征在于：所述步骤①混粉还包括0.2～3％质量分数的MoS2。
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