CN1107816C - 粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承，该轴承成份组成(重量百分比)含有Cu 20-45%、Zn 4-9%、La或Ce 0.2-2%、其余为Fe及不可避免的杂质，并采用下述方法制备：它是将含Cu、Zn、La或Ce元素的各粉末、其余为Fe及不可避免的杂质的粉末按一定的配比组成的组合物经混合、压制成形、烧结、整形、浸油处理制成的含油轴承。该轴承节约铜资源、成本低、摩擦系数小，机械噪声低，不易锈蚀，优于6-6-3青铜粉末烧结的含油轴承技术标准。

Description

粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用粉末冶金法制造的合金轴承，更具体地说，是涉及在汽车用微型电机，照相机等光学精密仪器、VCD等音响放像机、复印机，头发吹干机等家用电器当中用于旋转支撑电机轴或类似件的烧结制造的合金含油轴承。

技术背景

目前，上述各种机器设备所用的微型电机轴承既要求具有良好的减摩性能，又要求旋转轴在轴承内高速旋转时，机械滑动摩擦噪声低。这类轴承大多是采用6-6-3青铜粉末、Cu-Sn青铜粉末材料，经成形、烧结制成。这种粉末含有大量的铜，每吨含Cu 850-900Kg，而铜资源在我国较缺乏，因此该合金轴承制造成本高。铁铜基粉末(或锑铜基粉末)制造合金含油轴承技术性能要达到用铜锡，或超过6-6-3青铜粉制造的轴承的技术性能十分困难，主要表现在以下几个方面：1、铁铜合金含油轴承表面比铜基含油轴承表面摩擦系数大，传热性能差，噪音高出10分贝以上；2、铁铜合金粉烧结轴承的合金分布不均匀，产品表观软硬不一；3、烧结时金相组织不易控制；4、易锈蚀氧化。又如中国专利说明书CN1021777C公开了一种《含锑铜基粉末材料》，其发明点是节约昂贵的锡，用锑代替锡，制造含油轴承。但是，从该专利说明书所列举的实施例表明：含锑铜基合金粉末及其制品，虽然有锑金属代替了锡金属，但是，它与6-6-3青铜粉末及其制品相比较：该粉末的松装比重及其制品的密度、径向压溃强度(Mpa)和表观硬度(HB)等机械性能均低于6-6-3青铜制品的技术标准，为克服Cu-Sb合金冷却后出现成份不均匀现象，还采用了原材料准备→熔炼→气体雾化→烘干→过筛→粉末等工艺流程。这种粉末及其制品的生产成本也高，因此，从其申请之日至今，也未付诸于规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承，它采用铁代替部分铜，不仅降低了生产成本，还能使其具有磨擦系数小，机械滑动噪声低，合金成份分布均匀，不易锈蚀氧化，而且其性能达到铜锡或超过6-6-3青铜粉末烧结的含油轴承技术标准。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的，上述提供的一种粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承，以重量百分比计，其成份组成含有Cu 20-45％、Zn 4-9％、La或Ce 0.2-2％，其余为Fe及不可避免的杂质。

上述轴承的成份组成中还含有Ti 0.04-0.6％。

上述轴承的成份组成中还含有Mn 0.04-0.6％。

以体积百分比计，上述轴承的含油率为20-25％。其优选方案是，上述轴承的含油率为21-23％。

本发明提供的上述粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承的制造方法，该方法按下列步骤进行：

A、混合以重量百分比计，将按照含Cu元素的粉末20-45％、含Zn元素的粉末4-9％、La或Ce元素粉末0.2-2％、其余为Fe及不可避免的杂质的粉末那样的配比组成的组合物充分混合，或者，将上述组合物进行低温扩散处理；

B、压粉成形将上述混合或低温扩散后的粉末置于模具中压制成形，压成压坯，压力为200-500Mpa，压制密度为5.7-6.0g/cm³；

C、烧结将上述压制成形的压坯在N₂和H₂还原气氛中，逐渐预烧结加热经0.5-2小时，升温到400-600℃，再主烧结加热到800-850℃，恒温0.5-2小时，然后经1-2小时逐渐降温冷却至常温，烧结成合金烧结体；

D、整形将上述烧结体用压模进行压制整形成为具有规定的形状、规定的密度及规定尺寸精度的压件。

E、浸油处理将上述压件进行浸油处理，制成含油轴承。

上述粉末那样的配比组成的组合物中还有含Ti元素的粉末0.05-0.61％。

上述粉末那样的配比组成的组合物中还有含Mn元素的粉末0.05-0.61％。

上述粉末那样的配比组成的组合物中上述含Cu元素的粉末和上述含Zn元素的粉末为黄铜粉末，上述黄铜粉末为24-54％，上述黄铜粉末含Cu 80-87％、Zn 13-20％。

本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承采用稀土作为活性催化剂，使得Fe-Cu合金粉末在低温状态下更加容易结合，经过混合或低温扩散工艺处理，合金分布更均匀，同时稀土有利于合金细化晶粒，烧结体表面呈海绵状细小通孔，使得烧结体内外部孔隙连通性达95％以上，使用运转时，润滑油自动吸出，形成油膜，润滑效果好，再加之烧结后，该轴承的轴孔外表面有一层光滑的自润滑金属膜，使旋转轴在轴承内径表面运转时摩擦阻力减少，降低机械滑动噪声，而且达到防锈、抗氧化要求，延长轴承的使用寿命。该轴承各项机械性能参数均优于6-6-3青铜粉末烧结的含油轴承技术标准。该轴承采用铁粉代替部分铜粉，铁粉的价格仅为铜的价格15-20％，且锌价格仅为锡价格20％，大幅度降低制造成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承的制造工艺流程图；

图2是显示烧结工序中烧结体温度变化的一例的曲线图；

图3是本发明的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承表面的金相组织图。

具体实施方式

以下参照图1-3说明本发明实施方式。

图1是本发明的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承的制造工艺流程图；图2是烧结工序中烧结体温度变化一例的曲线图，横轴表示时间，纵轴表示烧结体的温度。

烧结处理不是使材料粉末全体完全熔融成为合金的，烧结处理是金属或合金的粉末加压成形的成形体在主要元素的熔点以下的温度进行热处理，利用粉末间的结合产生的固熔现象而烧结成的。

本发明的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承，作为烧结含油轴承的材料，在含Fe、Cu、Zn、Ti、Mn的粉末中再加入稀土粉末，将这些粉末按一定的配比组成组合物，对其进行混合或低温扩散处理，制取均匀的海绵状合金粉末，将所得到的混合物压制成形为压坯，再在规定的条件下烧结成为烧结体，藉以制造具有优良机械性能的烧结含油轴承。

本发明提供的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承的技术方案是，以重量百分比计，该轴承的成份组成含有Cu 20-45％、Zn 4-9％、La或Ce 0.2-2％、其余为Fe及不可避免的杂质。

上述轴承的成份组成中还含有Ti 0.04-0.6％。

上述轴承的成份组成中还含有Mn 0.04-0.6％。

制造上述粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承的方法是，该方法按下列步骤进行：以重量百分比计，将按照含Cu元素的粉末20-45％、含Zn元素的粉末4-9％、La或Ce元素粉末0.2-2％、其余为Fe及不可避免的杂质的粉末那样的配比组成的组合物充分混合，或者，将上述组合物进行低温扩散处理；将上述混合或低温扩散后的粉末置于模具中压制成形，压成压坯，压力为200-500MPa；压制密度为5.7-6.0g/cm³；将上述压制成形的压坯在N₂和H₂还原气氛中，逐渐预烧结加热经0.5-2小时，升温到400-600℃，，再主烧结加热到800-850℃，恒温0.5-2小时，然后经1-2小时逐渐降温冷却至常温，烧结成合金烧结体；将上述烧结体用压模进行压制整形成具有规定形状的压件；最后上述压件进行浸油处理，即制成含油轴承。

以体积百分比计，上述含油轴承的含油率为20-25％。最佳含油率为21-23％。

上述粉末那样的配比组成的组合物中上述含Cu元素的粉末、含Zn元素的粉末为黄铜粉末，上述黄铜粉末为24-54％。上述黄铜粉末各元素重量百分比含量为Cu 80-87％，Zn 13-20％。

实施例

以下对本发明的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承及其制造方法的实施方式进行说明。

图1和图2所示。

在混合工序A中，按规定的配比组成及分组将原料粉末进行配合，然后将所有各种原料制成充分混合或经低温扩散处理为均匀的混合物。

表1列出制作含油轴承时的组合物的配比组成，其中：P1、P2......P8表示本发明的混合物的各种配比组成；Q1、Q2......表示为6-6-3青铜粉末组成。

表1

轴承种类		化学成份％
										Cu粉末	Zn粉末	黄铜粉末	含Ti粉末	含Mn粉末-	稀土		其余为Fe及其
		Ce粉末	La粉末
				本发明轴承	P1	20	4	-	-						-	0.6		-	75.4
P2	25	5	-							0.05	-	0.5	-	69.45
					P3	35	7	-	-						0.06	0.6	-	57.34
P4	45	9	-							0.06	0.06	0.6	-	45.28
					P5	-	-	24	-						-	0.5	-	75.5
P6	-	-	30							0.06	-	0.5	-	69.44
					P7	-	-	32	-						0.06	0.6	-	67.34
P8	-	-	45							0.06	0.06	0.6	-	54.28
					青铜6-6-3	Q1	-	-	100						-	-	-	-	-
Q2	-	-	100	-						-	-	-	-
						Q3	-	-	100					-	-	-	-	-

在混合工序A中，按表1所示的配比组成的组合物配合原料粉末，在上述粉末中加入粘合剂，粘合剂是暂时添加的润滑剂，其挥发点低，在烧结开始阶段，会被挥发掉，其加入量为不大于上述混合物的1％。

在压制工序B中，将上述混合物放入模具，按规定形状压制成形，形成压坯，压力为200-500Mpa，压制密度为5.7-6.0g/cm³；

在烧结工序C中，将上述压坯送入网带式连续烧结炉，烧结炉内充有N₂和H₂还原气氛，进行预烧结逐渐加热，经0.5-2小时，加热到400-600℃，被烧结的压坯在烧结炉的网带上匀速移动，在烧结初期过程，粘合剂逐渐挥发，再进入主烧结达到设计的烧结温度800-850℃温度后，恒温0.5-2小时，然后经1-2小时逐渐降温冷却至常温，直到出炉，制成合金烧结体；

在整形工序D中，将上述烧结体放置在压模中进行整形，使上述烧结体成为具有规定的形状、规定的密度及规定尺寸的压件；

在浸油处理工序E中，将上述压件洗净后，浸在润滑油中，在真空状态下进行加热浸油处理，由此，完成浸油处理后的烧结体，其含油率为20-25％(体积)，即制成粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承。

以下将本发明的含油轴承和6-6-3青铜合金含油轴承的含油率、径向压溃强度、硬度的测定结果列于表2：

      表2

轴承种类		含油率	径向压溃强度	表观硬度
					(体积％)	(Mpa)	(HB)
		本发明轴承	P1	21.2				220	47.7
P2	21.1				229	53.5
			P3	21.1			231	46
P4	21.5				200	51
			P5	21.3			200	55.6
P6	21				241	48
			P7	21.2			202	45.6
P8	21				222	45
			青铜6-6-3轴承	Q1			19.5	210	37.7
Q2	19.7	204			36.2
				Q3		19.1	219	38.1

从表2中所示，本发明含油轴承的技术参数优于6-6-3青铜合金含油轴承的技术参数。

一般说来，轴承含油率低于18％时，烧结含油轴承有充分的径向压溃强度，但含油量少。使用时，润滑油易耗尽，烧结含油轴承的寿命变短。另一方面，一般情况下，轴承含油率高于25％时，烧结含油轴承含油量充分了，但其径向压溃强度小，使用时，含油轴承易磨损或变形。

因此，烧结含油轴承的含油率选择在20-25％时，就兼备适宜的含油量和径向压溃强度。所以，本发明轴承含油率为20-25％(体积)，其优选含油率为21-23％，本发明的含油轴承和6-6-3青铜含油轴承在具有同样的径向压溃强度条件下本发明的含油轴承含油率高于6-6-3青铜含油轴承的含油率。

图3所示本发明的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承金属表面金相组织图。

从图3所示本发明的稀土铁黄铜合金含油轴承P4表面金相组织图，可以观察到其中部分铜及其合金固熔于灰色基体中，另一部分铜合金呈淡红色游离态相33。基体为铁素体和较细的珠光体34，少量夹杂物如Ce为兰灰色聚集于基体32之中，由于合金成分较多，态相较复杂，分布了少量游离杂质(黑色层状)及孔隙31。金属组织内的孔隙31是含浸润滑油的油孔。

Claims (9)

1、一种粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承，其特征在于：以重量百分比计，上述轴承的成份组成含有Cu 20-45％、Zn 4-9％、La或Ce 0.2-2％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2、根据权利要求1所述的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承，其特征在于：上述轴承的成份组成中还含有Ti 0.04-0.6％。

3、根据权利要求2所述的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承，其特征在于：上述轴承的成份组成中还含有Mn 0.04-0.6％。

4、根据权利要求1或2或3所述的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承，其特征在于：以体积百分比计，上述轴承的含油率为20-25％。

5、根据权利要求4所述的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承，其特征在于：以体积百分比计，上述轴承的含油率为21-23％。

6、一种制造权利要求1所述的粉末冶金稀土铁黄铜合金含油轴承的方法，其特征在于：该方法按下列步骤进行：

A、混合以重量百分比计，将按照含Cu元素的粉末20-45％、含Zn元素的粉末4-9％、La或Ce元素粉末0.2-2％、其余为Fe及不可避免的粉末那样的配比组成的组合物充分混合，或者，将上述组合物进行低温扩散处理；

B、压粉成形将上述混合或低温扩散后的粉末置于模具中压制成形，压成压坯，压力为200-500Mpa，压制密度为5.7-6.0g/cm³；

C、烧结将上述压制成形的压坯在N₂和H₂还原气氛中，逐渐预烧结加热经0.5-2小时，升温到400-600℃，再主烧结加热到800-850℃，恒温0.5-2小时，然后经1-2小时逐渐降温冷却至常温，烧结成合金烧结体；

D、整形将上述烧结体用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的密度及规定尺寸精度的压件；

E、浸油处理将上述压件进行浸油处理。

7、根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：上述粉末那样的配比组成的组合物中还有含Ti元素的粉末0.05-0.61％。

8、根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：上述粉末那样的配比组成的组合物中还有含Mn元素的粉末0.05-0.61％。

9、根据权利要求6或7或8所述的制造方法，其特征在于：上述含Cu元素的粉末和含Sn元素的粉末为黄铜粉末，上述黄铜粉末为24-54％。上述黄铜粉末含Cu 80-87％、Zn 13-20％。

Images