CN111963573A - 一种含油轴承及其制备方法和应用 - Google Patents

一种含油轴承及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种含油轴承及其制备方法和应用，所述含油轴承包括：内侧轴承，所述内侧轴承的压坯密度为6.50～6.60g/cm3；外侧轴套，所述外侧轴套嵌套在所述内侧轴承的外侧，所述外侧轴套的压坯密度为6.80～7.00g/cm3。本发明在内侧轴承外部嵌套了高强度的轴套，从而在保证内侧轴承的含油率的基础上，显著地提升了含油轴承整体的压溃强度和硬度，进而提升了含油轴承的使用寿命。

Description

一种含油轴承及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于含油轴承技术和粉末冶金技术领域，尤其涉及一种含油轴承及其制备方法和应用。
背景技术
铜基轴承已经广泛用于精密机械、车辆等领域。为了提升轴承的润滑性，通常使用含油轴承，含油轴承是一种多孔质的自润滑轴承，常见的含油轴承为单层筒状结构，根据设计标准，该种轴承需要保证一定的含油率，从而在轴承转动过程中实现自供给润滑油。然而为了保证含油率，则需在轴承材料中形成相应含量的连通孔隙率，而孔隙的存在特别是在较高孔隙率时会严重降低轴承材料的抗压等性能。因此如何在保证一定的含油率的基础上显著地提高含油轴承的压溃强度是目前需要解决的难题。以往的经验往往从铜基轴承材料的成分与烧结工艺入手，但由传统工艺方法制备得到的含油轴承径向的成分、密度、含油率、强度较为均匀一致，未在径向上对它们进行调控，难以兼顾强度和含油率，获得综合性能优良的含油轴承。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种含油轴承，兼具优异的强度和含油率。
本发明采取的技术方案为：
一种含油轴承，包括：
内侧轴承，所述内侧轴承的压坯密度为6.50～6.60g/cm3；
外侧轴套，所述外侧轴套嵌套在所述内侧轴承的外侧，所述外侧轴套的压坯密度为6.80～7.00g/cm3。
按质量百分比计，所述内侧轴承的成分包括：
铁粉：35.00％～35.50％；
锡粉：0.50％～0.60％；
磷铜粉：3.00％～3.50％；
碳粉：0.50％～0.55％；
黄铜粉：余量。
按质量百分比计，所述外侧轴套的成分包括：
铁粉：35.50％～36.00％；
锡粉:0.45％～0.50％；
磷铜粉：2.55％～3.00％；
碳粉：0.45％～0.50％；
YH2粉：0.10％～0.20％；
黄铜粉：余量。
所述内侧轴承和外侧轴套均为圆筒状结构。
本发明还提供所述含油轴承的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例将内侧轴承的成分原料铁粉、锡粉、磷铜粉、碳粉和黄铜粉混合，加入溶剂研磨、干燥、压制成型，得到内侧轴承压坯；
(2)按比例将外侧轴套的成分原料铁粉、锡粉、磷铜粉、碳粉、YH2粉和黄铜粉混合，加入溶剂研磨、干燥、压制成型，得到外侧轴套压坯；
(3)将外侧轴套压坯嵌套在所述内侧轴承压坯外侧，烧结。
步骤(1)中，所述压制成型的压力为380～400MPa。
步骤(2)中，所述压制成型的压力为500～540MPa。
步骤(3)中，外侧轴套的压坯通过过盈配合H8/r7的方式嵌套在内侧轴承的压坯外侧。
步骤(3)中，所述烧结过程在氨分解气氛中进行。所述烧结温度为300～1000℃。所述烧结方法具体为，先升温到380～400℃，保温13～17min，再升温到550～570℃，保温13～17min，最后加热至865～885℃，保温30～40min，最后冷却至常温。
本发明还提供所述含油轴承在精密机械、车辆等领域中的应用。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明在内侧轴承外部嵌套了高强度的轴套，从而在保证内侧轴承的含油率的基础上，显著地提升了含油轴承整体的压溃强度和硬度，进而提升了含油轴承的使用寿命。
(2)本发明的外侧轴套成分相较内侧轴承提高了铁粉含量，降低了锡粉、磷铜粉和碳粉含量，同时加入少量的稀土YH2粉，使得外侧轴套具有更高强度。
(3)含油轴承在烧结前即将内侧轴承和外侧轴套的压坯进行配合嵌套，并因内侧轴承和外侧轴套的成份差异较小，仅需要采用一次烧结，内外两部分间在烧结后具有良好的冶金结合，制造方便，可靠性高，生产效率高。
附图说明
图1为本发明含油轴承的结构示意图；
图2为普通结构的含油轴承的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
参照图1，本发明提供一种新型嵌套结构的含油轴承，可应用于精密机械、车辆等领域。所述含油轴承包括内侧轴承1和外侧轴套2。内侧轴承为圆柱状结构且中心具有轴孔(形成圆筒状结构)，内侧轴承的压坯密度为6.50g/cm3；外侧轴套为圆筒状结构，嵌套在内侧轴承的外侧，外侧轴承的压坯密度为6.80g/cm3。内侧轴承和外侧轴套的压坯通过H8/r7轻型压入配合。
所述含油轴承的制备方法包括如下步骤：
(1)准备内侧轴承和外侧轴套的原料。
其中，按照质量百分比计，内侧轴承的制备原料包括如下合金粉末：
海绵铁粉：35.00％；
锡粉:0.50％；
含磷8wt.％的磷铜粉：3.00％；
碳粉：0.50％；
含锌30wt.％的黄铜粉：余量。
按照质量百分比计，外侧轴套的制备原料包括如下合金粉末：
海绵铁粉：35.50％；
锡粉:0.45％；
含磷8wt.％的磷铜粉：2.55％；
碳粉：0.45％；
稀土YH2粉：0.10％；
含锌35wt.％的黄铜粉：余量。
上述原料的购买途径为：
海绵铁粉，购于赫格纳斯(中国)有限公司；锡粉，购于上海华锡锡业有限公司；含磷8wt.％的磷铜粉，购于安徽旭晶粉体新材料科技有限公司；碳粉为鳞片石墨，购于特密高石墨有限公司；含锌30wt％的黄铜粉，购于苏州福田高新粉末有限公司。
(2)将内侧轴承的合金粉末倒入不锈钢球磨罐中，并加入200ml无水乙醇，进行6h的湿磨，转速130r/min，球料比为5:1，球磨处理后的粉末经干燥，最后通过V型混粉机混合2h，得到内侧轴承的原料粉末。然后将原料粉末倒入压模的模腔内，以380MPa的压力压制成型，外径13.40mm，内径5mm，厚度4.5mm，得到密度为6.50g/cm3的内侧轴承压坯(圆筒状结构)。
(3)将外侧轴承的合金粉末倒入不锈钢球磨罐中，并加入200ml无水乙醇，进行6h的湿磨，转速130r/min，球料比为5:1，球磨处理后的粉末经干燥，最后通过V型混粉机混合2h，得到外侧轴承的原料粉末。然后将所述外侧轴套的原料粉末倒入压模的模腔内以500MPa压制成形，外径18mm，内径13.40mm，厚度4.5mm，得到密度为6.80g/cm3的外侧轴套压坯(圆筒状结构)。
(4)将内侧轴承压坯看做轴，将外侧轴套压坯看作孔，通过H8/r7轻型压入配合将两种压坯连接一起。将连接好的压坯在氨分解气氛中，先升温到380℃，保温17min，再升温到550℃，保温17min，然后加热至865℃保温烧结30min，最后经2h随炉冷却至常温。将烧结样通过压模进行压制整形然后进行真空浸油处理(真空度低于-0.09MPa，使产品处于一定的真空状态，然后将60℃的油注入真空容器)，获得具有精确形状和尺寸精度的含油轴承。
对比例1
作为比较，本对比例提供一种普通结构的含油轴承，仅包括实施例1中为圆柱状结构且中心具有轴孔的内侧轴承。
具体地，参照图2，一种普通结构的含油轴承，仅包括内侧轴承1，其制备方法包括如下步骤：
(1)以质量百分比计，按海绵铁粉：35.00％；锡粉:0.50％；含磷8wt.％的磷铜粉：3.00％；碳粉：0.50％；含锌30wt.％的黄铜粉：余量，称取各原料。
(2)将合金粉末倒入不锈钢球磨罐中，并加入200ml无水乙醇，进行6h的湿磨，转速130r/min，球料比为5:1，球磨处理后的粉末经干燥，最后通过V型混粉机混合2h，得到混合均匀的合金粉末。
(3)将步骤(2)所述合金粉末倒入压模的模腔内以380MPa压制成形，外径13.40mm，内径5.00mm，厚度4.50mm。将压坯在氨分解气氛中，先升温到380℃，保温17min，再升温到550℃，保温17min，然后加热至865℃保温烧结30min，最后经2h随炉冷却至常温。将烧结样通过压模进行压制整形然后进行真空浸油处理(真空度低于-0.09MPa，使产品处于一定的真空状态，然后将60℃的油注入真空容器)，获得具有精确形状和尺寸精度的含油轴承件。
根据GB/T 5163-2006测定含油轴承的密度和含油率，根据GB/T 6804-2008测定含油轴承的径向压溃强度，根据GB/T 9097.1-2002测定含油轴承的表观硬度，实施例1和对比例1的含油轴承测试结果如下表所示：
表1对比例1和实施例1的含油轴承的性能对比
Figure BDA0002612308500000051
测试结果反映，与对比例1普通结构的含油轴承相比，实施例1的新型嵌套结构的含油轴承的密度较大，虽然含油率有所降低，但仍在18vol.％以上，满足工业要求；同时实施例1的含油轴承压溃强度相较对比例1提升了31％，外侧硬度提升了12％。
实施例2
参照图1，本发明提供一种新型嵌套结构的含油轴承，可应用于精密机械、车辆等领域。所述含油轴承包括内侧轴承1和外侧轴套2。内侧轴承为圆柱状结构且中心具有轴孔，内侧轴承的压坯密度为6.60g/cm3；外侧轴套为圆筒状结构，嵌套在内侧轴承的外侧，外侧轴承的压坯密度为7.00g/cm3。内侧轴承和外侧轴套的压坯通过H8/r7轻型压入配合。
所述含油轴承的制备方法包括如下步骤：
(1)准备内侧轴承和外侧轴套的原料。
其中，按照质量百分比计，内侧轴承的制备原料包括如下合金粉末：
海绵铁粉：35.5％；
锡粉:0.60％；
含磷8wt.％的磷铜粉：3.50％；
碳粉：0.55％；
含锌30wt.％的黄铜粉：余量。
按照质量百分比计，外侧轴套的制备原料包括如下合金粉末：
海绵铁粉：36.00％；
锡粉:0.50％；
含磷8wt.％的磷铜粉：3.00％；
碳粉：0.50％；
稀土YH2粉：0.20％；
含锌35wt.％的黄铜粉：余量。
上述原料的购买途径与实施例1相同。
(2)将内侧轴承的合金粉末倒入不锈钢球磨罐中，并加入200ml无水乙醇，进行6h的湿磨，转速130r/min，球料比为5:1，球磨处理后的粉末经干燥，最后通过V型混粉机混合2h，得到内侧轴承的原料粉末。然后将原料粉末倒入压模的模腔内，以400MPa的压力压制成型，外径13.40mm，内径5.00mm，厚度4.50mm，得到密度为6.60g/cm3的内侧轴承压坯。
(3)将外侧轴承的合金粉末倒入不锈钢球磨罐中，并加入200ml无水乙醇，进行6h的湿磨，转速130r/min，球料比为5:1，球磨处理后的粉末经干燥，最后通过V型混粉机混合2h，得到外侧轴承的原料粉末。然后将所述外侧轴套的原料粉末倒入压模的模腔内以540MPa压制成形，外径18mm，内径13.40mm，厚度4.5mm，得到密度为7.00g/cm3的外侧轴套压坯。
(4)将内侧轴承压坯看做轴，将外侧轴套压坯看作孔，通过H8/r7轻型压入配合将两种压坯连接一起。将连接好的压坯在氨分解气氛中，先升温到400℃，保温13min，再升温到570℃，保温13min，然后加热至885℃保温烧结40min，最后经2h随炉冷却至常温。将烧结样通过压模进行压制整形然后进行真空浸油处理(真空度低于-0.09MPa，使产品处于一定的真空状态，然后将60℃的油注入真空容器)，获得具有精确形状和尺寸精度的含油轴承。
对比例2
参照图2，一种普通结构的含油轴承，仅包括为圆柱状结构且中心具有轴孔的内侧轴承1。
该种普通结构的含油轴承的具体制备方法如下所述：
(1)以质量百分比计，按照海绵铁粉：35.5％；锡粉:0.60％；含磷8wt.％的磷铜粉：3.50％；碳粉：0.55％；含锌30wt.％的黄铜粉：余量，称取原料。
(2)将合金粉末倒入不锈钢球磨罐中，并加入200ml无水乙醇，进行6h的湿磨，转速130r/min，球料比为5:1，球磨处理后的粉末经干燥，最后通过V型混粉机混合2h，得到混合均匀的合金粉末。
(3)将步骤(2)所述合金粉末倒入压模的模腔内以400MPa压制成形，外径13.40mm，内径5mm，厚度4.5mm。将压坯在氨分解气氛中，先升温到400℃，保温13min，再升温到570℃，保温13min，然后加热至885℃保温烧结40min，最后经2h随炉冷却至常温。将烧结样通过压模进行压制整形然后进行真空浸油处理(真空度低于-0.09MPa，使产品处于一定的真空状态，然后将60℃的油注入真空容器)，获得具有精确形状和尺寸精度的含油轴承件。
对比例2和实施例2所制得的含油轴承的性能如表2所示。
表2对比例2和实施例2的含油轴承的性能对比
Figure BDA0002612308500000071
测试结果反映，与对比例2普通结构的含油轴承相比，实施例2的新型嵌套结构的含油轴承的密度较大，虽然含油率有所降低，但仍在18vol.％以上，满足工业要求；同时实施例2的含油轴承压溃强度相较对比例2提升了30％，外侧硬度提升了11％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含油轴承，其特征在于：包括：
内侧轴承，所述内侧轴承的压坯密度为6.50～6.60g/cm3；
外侧轴套，所述外侧轴套嵌套在所述内侧轴承的外侧，所述外侧轴套的压坯密度为6.80～7.00g/cm3。
2.根据权利要求1所述含油轴承，其特征在于：按质量百分比计，所述内侧轴承的成分包括：
铁粉：35.00％～35.50％；
锡粉：0.50％～0.60％；
磷铜粉：3.00％～3.50％；
碳粉：0.50％～0.55％；
黄铜粉：余量。
3.根据权利要求2所述含油轴承，其特征在于：按质量百分比计，所述外侧轴套的成分包括：
铁粉：35.50％～36.00％；
锡粉:0.45％～0.50％；
磷铜粉：2.55％～3.00％；
碳粉：0.45％～0.50％；
YH2粉：0.10％～0.20％；
黄铜粉：余量。
4.根据权利要求1～3任意一项所述含油轴承，其特征在于：所述内侧轴承和外侧轴套均为圆筒状结构。
5.一种权利要求1～4任意一项所述含油轴承的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按比例将内侧轴承的成分原料铁粉、锡粉、磷铜粉、碳粉和黄铜粉混合，加入溶剂研磨、干燥、压制成型，得到内侧轴承压坯；
(2)按比例将外侧轴套的成分原料铁粉、锡粉、磷铜粉、碳粉、YH2粉和黄铜粉混合，加入溶剂研磨、干燥、压制成型，得到外侧轴套压坯；
(3)将外侧轴套压坯嵌套在所述内侧轴承压坯外侧，烧结。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述压制成型的压力为380～400MPa。
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述压制成型的压力为500～540MPa。
8.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于：步骤(3)中，外侧轴套的压坯通过过盈配合H8/r7的方式嵌套在内侧轴承的压坯外侧。
9.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述烧结方法具体为，先升温到380～400℃，保温13～17min，再升温到550～570℃，保温13～17min，最后加热至865～885℃，保温30～40min，最后冷却至常温。
10.权利要求1～4任意一项所述含油轴承在精密机械、车辆中的应用。
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