CN116352074B - 一种双层复合结构的驱动套及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铜合金粉末冶金和有色金属加工技术领域，具体涉及一种双层复合结构的驱动套及其制备方法，本驱动套包括内圈和外圈；内圈为铜合金；外圈为不锈钢。本驱动套为双层结构，采用价格较为便宜的不锈钢替代原外圈的铜合金，内圈仍采用铜合金，这种双层结构可以降低铜合金的使用量，减小成本。同时，相较于传统的铸造工艺，粉末冶金制备的铜合金不仅性能稳定，而且节能省材。本发明将粉末冶金铜合金性能稳定、精度高、抗高温软化等特性与不锈钢力学性能、装配性能有机的结合，形成优势互补，良性配合，更好地应用于双层复合结构的驱动套。
Description
技术领域
本发明属于铜合金粉末冶金和有色金属加工技术领域，具体涉及一种双层复合结构的驱动套及其制备方法。
背景技术
目前，液压岩凿机在岩凿工程中起到非常重要的作用。驱动套作为液压岩凿机机械传动中的重要零件，通常被用来传递驱动件向被驱动件提供的机械扭矩。驱动套结构简单，安装方便。目前普遍使用的驱动套结构如图1所示，采用铜合金或其他合金的单层结构。驱动套在工作过程中，与其内圈相连的被驱动件会磨损驱动套的内圈，当驱动套内圈的耐磨层磨损严重时，整个零件就必须报废处理，这样不仅会造成大部分合金材料的浪费，也会增加成本。
当前驱动套的使用材料主要取决于岩凿机械的工况条件，大部分为铜合金和不锈钢。驱动套的外圈与驱动件紧密相连，而内圈则与被驱动件相连，内圈环境恶劣，工况复杂，对于材料性能要求严格。
如何开发一种性能匹配、结构优良、节能省材的复合式驱动套，能够满足驱动套的工况使用条件，降低单层结构带来的合金材料浪费，减小生产制造加工加工的耗能耗材，是当前研究的难点。
发明内容
本发明提供一种双层复合结构的驱动套及其制备方法，提供的双层复合结构的驱动套及其制备方法能够满足驱动套的复杂的工况条件，降低单层结构带来的合金浪费，减小生产制造加工加工的耗能耗材。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双层复合结构的驱动套，包括不锈钢外圈和铜合金内圈；不锈钢外圈和铜合金内圈同轴配合，且不锈钢外圈内圆周面和铜合金内圈外圆周面紧密贴合。
作为本发明的进一步优选，所述驱动套的直径为70～80mm；所述粉末冶金铜合金内圈的直径为60～70mm；所述不锈钢外圈厚度为5～20mm。
作为本发明的进一步优选，所述铜合金内圈采用粉末冶金铜合金制成。
还提供了一种双层复合结构的驱动套的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、原料准备：
准备粉末冶金铜合金内圈的原料粉末；
步骤S2、制备合金生坯：
步骤S2-1、根据粉末冶金铜合金内圈的设定尺寸在不锈钢外圈内设计装粉工装；
步骤S2-2、将步骤S1中的所述原料粉末装入步骤S2-1中的所述装粉工装，得到合金生坯；
步骤S3、制备驱动套：
将步骤S2-2中得到的所述合金生坯依次进行致密化和热等静压处理，得到粉末冶金铜合金内圈与不锈钢外圈一体化的驱动套。
作为本发明的进一步优选，将所述原料粉末装入所述装粉工装后得到合金生坯之前，需将所述原料粉末依次进行振动和脱气。
作为本发明的进一步优选，所述脱气的条件为真空度≤5×10-3Pa，加热温度为450～600℃，保温时间为3～6h。
作为本发明的进一步优选，步骤S3中所述致密化处理的方法为将所述合金生坯进行真空包套，包套内真空度≤3×10-2Pa。
作为本发明的进一步优选，步骤S3中所述热等静压处理的压力为100～120MPa；所述热等静压的温度为800～850℃；保温保压时间为2～4h。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明驱动套能够满足驱动套的复杂的工况条件，降低单层结构带来的合金浪费，减小生产制造加工加工的耗能耗材。
2、本发明将粉末冶金铜合金性能稳定、精度高、抗高温软化等特性与不锈钢力学性能、装配性能有机的结合，形成优势互补，良性配合，更好地应用于双层复合结构的驱动套。
3、本发明制备方法可在现有粉末冶金生产线实现，容易实现规模化生产，且生产流程短、工艺简单、生产效率高，产品性能及质量稳定。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明现有技术中的驱动套；
图2是本发明驱动套结构示意图；
图3是本发明驱动套的剖视图。
图中：1、不锈钢外圈；2、铜合金内圈。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种优选实施方案，一种双层复合结构的驱动套，如图2和图3所示，本驱动套包括不锈钢外圈1和铜合金内圈；不锈钢外圈1和铜合金内圈2同轴配合，且不锈钢外圈1内圆周面和铜合金内圈2外圆周面紧密贴合。
上述铜合金内圈2采用粉末冶金铜合金。所述铜合金内圈2与不锈钢外圈1的界面无分层、无气泡、无夹杂；铜合金内圈2与不锈钢外圈1的界面结合强度优选大于300MPa，更优选为308～312MPa。铜合金内圈2与不锈钢外圈1的界面结合强度小于300MPa，整体零件不满足强度使用要求；高于312MPa则会引起铜合金内圈2及不锈钢外圈1产生脆性断裂。
具体地，所述驱动套的直径为70～80mm，更优选为75～80mm；所述铜合金内圈2的直径为60～70mm，更优选为65～70mm；所述不锈钢外圈1厚度为5～20mm，更优选为5～10mm。所述铜合金内圈的抗拉强度≥510MPa，高温软化温度≥720℃。
本实施方案还提供了一种双层复合结构的驱动套的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、原料准备：
准备粉末冶金铜合金内圈的原料粉末；所述原料粉末优选包括Cu粉。所述Cu粉优选采用水雾化或者氮气雾化制备得到。在本实施方案中，所述Cu粉的粒度优选小于100目。在本实施方案中，对Cu粉来源没有特殊要求，市售或者自制均可。
步骤S2、制备合金生坯：
步骤S2-1、根据粉末冶金铜合金内圈的设定尺寸在不锈钢外圈1内设计装粉工装；
步骤S2-2、将步骤S1中的所述原料粉末装入步骤S2-1中的所述装粉工装，得到合金生坯。
具体地，所述装粉工装优选进行模块化设计，通过焊接组合成形。所述装粉工装优选设置有装粉口和排气管。在本实施方案中，所述装粉口优选为2～4个，保证装粉在不锈钢外圈1的内圈周围均匀一致。本实施方案设置排气管方便后续排气、脱气处理。所述装粉工装的材质优选为钢板，更优选为25#钢板；所述钢板的厚度优选为3～5mm。所述原料粉末优选通过装粉口装入所述装粉工装。
在本实施方案中，将所述原料粉末装入所述装粉工装后得到合金生坯之前，需将所述原料粉末依次进行振动和脱气。
所述振动优选在振动机上进行；所述振动的时间优选为3～5min。本实施方案通过振动使松装密度均匀，最后厚度一致。
所述脱气的方法优选将所述装粉工装置入真空除气封装设备，先抽真空后加热，待真空封装工艺完成后将排气管焊接。所述脱气的条件优选真空度≤5×10-3Pa，加热温度为450～600℃，保温时间为3～6h。本实施方案优选将脱气后的原料粉末随炉冷却至室温。本实施方案通过脱气去除原料粉末吸附的气体和水分，有利于实现后续高质量致密化复合。
步骤S3、制备驱动套：
将步骤S2-2中得到的所述合金生坯依次进行致密化和热等静压处理，得到粉末冶金铜合金内圈与不锈钢外圈一体化的驱动套。
在本实施方案中，所述致密化处理的方法优选为将所述装粉工装进行抽真空，形成真空包套。所述真空包套内真空度≤3×10-2Pa，更优选≤3×10-3Pa。本实施方案通过致密化处理，能够使粉末冶金铜合金致密化。
所述热等静压的压力优选为100～150MPa，更优选为120～140MPa；所述热等静压的温度优选为850～950℃，更优选为900～920℃；保温保压时间优选为2～4h，更优选为3h。在本实施方案中，优选先将致密化处理后的合金坯进行预压，再进行所述热等静压。在本实施方案中，所述预压的压力优选为40MPa。
本实施方案通过热等静压使粉末冶金铜合金内圈与不锈钢外圈1一体化复合。所述热等静压后，优选去除装粉工装，然后精加工，得到粉末冶金铜合金内圈与不锈钢外圈1一体化双层复合结构驱动套。
本实施方案提供的制备方法可在现有粉末冶金生产线实现，容易实现规模化生产，且生产流程短、工艺简单、生产效率高，产品性能及质量稳定。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种双层复合结构的驱动套，其特征在于：包括不锈钢外圈和铜合金内圈；不锈钢外圈和铜合金内圈同轴配合，且不锈钢外圈内圆周面和铜合金内圈外圆周面紧密贴合；
所述铜合金内圈采用粉末冶金铜合金制成，通过热等静压使粉末冶金铜合金内圈与不锈钢外圈一体化复合；
粉末冶金铜合金内圈与不锈钢外圈的界面结合强度为308～312MPa。
2.根据权利要求1所述的一种双层复合结构的驱动套，其特征在于：所述驱动套的直径为70～80mm；所述粉末冶金铜合金内圈的直径为60～70mm；所述不锈钢外圈厚度为5~20mm。
3.根据权利要求1或2所述一种双层复合结构的驱动套的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、原料准备：
准备粉末冶金铜合金内圈的原料粉末；
步骤S2、制备合金生坯：
步骤S2-1、根据粉末冶金铜合金内圈的设定尺寸在不锈钢外圈内设计装粉工装；
步骤S2-2、将步骤S1中的所述原料粉末装入步骤S2-1中的所述装粉工装，得到合金生坯；
步骤S3、制备驱动套：
将步骤S2-2中得到的所述合金生坯依次进行致密化和热等静压处理，得到粉末冶金铜合金内圈与不锈钢外圈一体化的驱动套。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：将所述原料粉末装入所述装粉工装后得到合金生坯之前，需将所述原料粉末依次进行振动和脱气。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述脱气的条件为真空度≤5×10- 3Pa，加热温度为450～600℃,保温时间为3～6h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述致密化处理的方法为将所述合金生坯进行真空包套，包套内真空度≤3×10-2Pa。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述热等静压处理的压力为100～120MPa；所述热等静压的温度为800～850℃;保温保压时间为2～4h。
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