钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承及其制造方法

摘要

本发明公开了一种钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承及其制造方法。它呈轴套状，轴套的外部为钢套，钢套的内壁是用铁镍合金混合粉末压制烧结的耐磨层，其特征是所述的铁镍合金混合粉末的重量百分比为镍15～20%、铁35～40%、锡5～8%、钛粉0.5～1.0%、二硫化钼1～4%、三氧化二铝1～3%、石墨1～4%、硬脂酸锌1～2%，余量为铜。其制造方法是：耐磨坯料的制备，即：配料、拌料、压制成型；钢套的制备；钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承的制备，即：耐磨坯料放入钢套内真空烧结，真空吸油，精加工，二次真空吸油获得成品。具有抗冲击力强和承载力大的特点，也具有耐磨、低摩擦系数、耐腐蚀和自润滑的特性。

说明书

 

技术领域

    本发明涉及的是一种新型材料的自润滑轴承，特别是一种钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承及其制造方法。

背景技术

在挖掘机车身联接轴套、液压油缸轴套、建筑机械、重工业设备联接轴套，在装载机、叉车、起重机，还有射出成型机械、压铸机格林柱、十字头导套、产业机械机器人，以及各类冲压、塑料模具导向套所使用的轴承，这类轴承要求有很高的承载能力、耐粉尘、耐腐蚀、耐冲击，有良好的导热性能，可在较宽的温度范围内正常工作，适合于往复、旋转和摇摆等启动频繁又难以形成油膜的部位；并且需有很低的磨损率、长的使用寿命；可以在无需维护的条件下长期工作的特点。目前广泛采用的是用高力黄铜合金轴套为基体的轴套，再在轴套的四周钻有孔，孔中镶嵌有石墨粒组成自润滑轴承，这种自润滑轴承在行业中称作JDB轴承，它存在着材料成本高、制造工艺复杂、生产效率低，因石墨孔的存在降低了轴承的机械强度，从而导致耐冲击性能差等缺点，又因石墨粒排布存在盲区，造成边界的自润滑不充分、摩擦因数偏大、温升高，这些弱点使得自润滑轴承的承载能力和使用寿命大为下降。虽然有专利2005 2 0013098.0钢基镍合金自润滑滑板但只是一种平面的滑板，并且不能完全满足高承载、变载、耐粉尘、耐腐蚀、耐冲击、耐边缘负载，和有较好的导热性能，较宽的温度范围，以及适合于往复、旋转和摇摆且启动频繁又难以形成油膜的部位做到免维修的要求。

发明内容

本发明的主要目的是为了解决上述技术不足，提供一种钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承，以适用在重载和低速度条件下的旋转、摆动和直线往复运动而且无需加油润滑的工况下使用的钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承。

本发明公开一种钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承，该技术方案是：它呈轴套状，轴套的外部为钢套，钢套的内壁是用铁镍合金混合粉末压制烧结的耐磨层，其特征是所述的铁镍合金混合粉末的重量百分比为镍15～20%、铁35～40%、锡5～8%、钛粉0.5～1.0%、二硫化钼1～4%、三氧化二铝1～3%、石墨1～4%、硬脂酸锌1～2%，余量为铜。

所述钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承的制造工艺路线，其特征是：耐磨坯料的制备，即：配料、拌料、压制成型；钢套的制备；钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承的制备，即：耐磨坯料放入钢套内真空烧结，真空吸油，精加工，二次真空吸油获得成品。

所述钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承的制造方法，其特征包括有下列步骤：

    A．铁镍合金弥散型固体自润滑轴承耐磨坯料的制备

（1）配料：原料组成的重量百分比是镍15～20%、铁35～40%、锡5～8%、钛粉0.5-1.0%、二硫化钼1-4%、三氧化二铝1-3%、石墨1～4%、硬脂酸锌1～2%，余量为铜，所述的镍的平均粒径不大于50μm，铁的平均粒径不大于50μm，锡的平均粒径不大于100μm，钛的平均粒径不大于50μm，二硫化钼的平均粒径不大于1.5μm，三氧化二铝的平均粒径不大于5μm，石墨的平均粒径不大于4μm，铜的平均粒径不大于61μm；

（2）拌料：将上述各配料放入搅拌机中搅拌，成均匀的混合料；

（3）压制成型：把混合料放入轴套成型模，在粉末冶金专用压机上压制，以获得铁镍合金粉末坯料，坯料的密度以6.00g/cm³为易；成型坯料尺寸：外径符合设计尺寸要求，内径和高度需留有加工余量；

B．钢套的制备

（1）选材：选用中碳钢；

（2）车加工尺寸要求：钢套外径比轴承设计尺寸大1.5～2mm；钢套高度为轴承设计尺寸加精加工余量；内径尺寸大于坯料外径0.40mm；粗糙度为3.2；

C．钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承的制备

（1）真空烧结：烧结组件为钢套，钢套内放入铁镍合金粉末压制成型的坯料，坯料内径插入涂有液态石墨溶汁的不锈钢芯棒，不锈钢芯棒外径尺寸小于坯料内径0.40mm，把烧结组件放置真空钼丝炉中进行真空烧结，烧结温度和时间应满足：从室温加热0.5小时升温至400℃，保温0.5小时后，再加热0.25小时升温至600℃，保温1小时后，再加热0. 5小时升温至1000℃，保温1小时后开始匀速降温，降温0.5小时至800℃时开始自然冷却至室温出炉，完全真空烧结；

（2）真空吸油：抽出芯棒把钢基铁镍合金烧结坯料放入真空吸油装置内进行真空吸油，时间2h；

（3）精加工：按设计要求进行精车加工；

（4）二次真空吸油：对加工件再次真空吸油2h，成为成品，轴承最终含油率达6～10%。

按此方法生产的钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承具有抗冲击力强和承载力大的特点，也具有耐磨、低摩擦系数、耐腐蚀和自润滑的特性，并且按照旋转摩擦的特性，重点解决高承载，变载，耐粉尘，耐腐蚀，耐冲击，耐边缘负载，有较好的导热性能，较宽的温度范围。适合于往复，旋转和摇摆且启动频繁又难以形成油膜的部位，基本做到免维修的要求。该发明通过改变自润滑材料的配方，设制一套新的制造工艺路线，制造出一种钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承。

附图说明

图1是钢套内放入铁镍合金粉末压制成型的坯料在烧结时的温度与时间关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。

实施例：

制作尺寸为φ50×φ40×30钢基铁镍合金弥散型自润滑轴承有以下步骤

A．铁镍合金弥散型固体自润滑轴承坯料的制备

（1）配料：原料组成的重量百分比是镍15～20%、铁35～40%、锡5～8%、钛粉0.5-1.0%、二硫化钼1-4%、三氧化二铝1-3%、石墨1～4%、硬脂酸锌1～2%，余量为铜，所述的镍的平均粒径为50μm，铁的平均粒径为50μm，锡的平均粒径为100μm，钛的平均粒径不大于50μm，二硫化钼的平均粒径为1.5μm，三氧化二铝的平均粒径不大于5μm，石墨的平均粒径为4μm，铜的平均粒径为61μm；

（2）拌料：将上述各配料放入ZX-0.005双锥高效混合机内以20r/min的转速拌料3h，成均匀混合料；

（3）压制成型：把混合料放入轴套成型模，在粉末冶金专用压机上压制，以获得铁镍合金粉末轴套坯料，成型坯料尺寸φ44×φ38.4×35，坯料的密度为6.00g/cm³。

B．钢基（钢套）的制备

（1）选材：45#钢；

（2）车加工尺寸要求：φ52×φ44.4×35，内孔粗糙度3.2。

C．钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承的制备

（1）真空烧结：烧结组件为钢套，钢套内放入铁镍合金粉末压制成型的坯料，坯料内径插入涂有液态石墨溶汁的不锈钢芯棒，不锈钢芯棒尺寸Φ38×45。把烧结组件放置真空钼丝炉（ZM-30-14）进行真空烧结，烧结温度和时间应满足：从室温加热0.5小时升温至400℃，保温0.5小时后，再加热0.25小时升温至600℃，保温1小时后，再加热0. 5小时升温至1000℃，保温1小时后开始匀速降温，降温0.5小时至800℃时开始自然冷却至室温出炉，完全真空烧结；具体烧结按图1所示温度与时间的曲线要求。

对图1烧结曲线的说明：

b阶段：400℃保温0.5h 能够使得其中的造孔剂（硬脂酸锌）得到充分的释放；

d阶段：600℃保温1h能够更好的保持尺寸稳定性；

g阶段：缓慢降温能够更好的保持尺寸的稳定性；

（2）真空吸油：抽出芯棒，把钢基铁镍合金烧结坯料放入真空吸油装置内进行真空吸油时间2h；

（3）精加工：按设计要求进行精车加工；

（4）二次真空吸油：对加工件再次真空吸油2h，完成成品。

当然坯料的原料组成按重量百分比可以在镍15～20%，铁35～40%，锡5～8%，钛粉0.5-1.0%，二硫化钼1-4%，三氧化二铝1-3%，石墨1～4%，硬脂酸锌1～2%，余量为铜的范围内任意选择。

需要说明的有：

（1）钢套内径尺寸的选定和内径粗糙度的作用。上述钢套的内径尺寸比压制的铁镍合金粉末坯料外径大0.40mm，且钢套的内径比较粗糙，粗糙度为3.2。原因是坯料经真空烧结后会膨胀，冷却后产生永久变形，实验表明当钢套内径大于坯料外径0.40mm和粗糙度3.2，通过真空烧结钢套和铁镍合金粉末耐磨层可获得足够的结合强度。

（2）固体润滑剂和含油处理的作用。固体润滑剂主要为石墨，由于固体润滑剂均匀的分散在合金层内，因此在滑动开始时就能形成固体润滑膜，这层膜具有低剪切强度，即使在很大的静载荷条件下仍可牢固附着在轴承表面而不易破裂，而含油处理使得静摩擦系数和动摩擦系数基本一致，因此微观移动下不会出现爬行现象。

（3）钢基（钢套）的作用。钢套的基体则提供了很高的机械强度和尺寸稳定性。

（4）二次真空吸油的作用。轴承内摩擦层坯料存在微空隙用来保持含油，精加工前吸油，使得精加工中的粉末和冷却水因微空隙中油的存在不易进入，精加工后二次吸油的作用是即使在精加工后有些粉末和冷却水进入微空隙内，通过二次真吸油也能置换出粉末和冷却水，保证轴承的含油率达到6～10%。

按照实施例制造的钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承的性能测试：

1、合金耐磨层的物理性能测试：

（1）密度：5.66g/cm³；

（2）含油率：6.9%；

（3）硬度：60HB；

（4）屈服强度：160MPa；

（5）压溃强度：180MPa。

2、摩擦磨损性能试验：

试验设备：摇摆试验机

试验尺寸：φ50×φ40×30mm

试验条件：一次性涂油脂  EP-2锂基油

对磨轴：45#钢 HRc42～47

测试环境温度：23℃

载荷：P=25MPa

线速度：V=1m/min

摇摆角度：±60o

试验时间：50h

试验结果：摩擦系数0.027；磨损量0.023mm；温升42℃。

比较例：

制作一件高力黄铜镶嵌石墨的自润滑轴承（JDB）试件，试件尺寸：φ50×φ40×30mm，按实施例相同试验条件，试验结果：摩擦因数0.20，磨损量0.06mm，温升81℃。

摇摆摩擦磨损性能比较：

试件尺寸φ50×φ40×30mm，试验条件：承载25MPa。运动线速度1m/min，一次性涂油脂，连续试验50小时，摇摆角度±60o。

根据上述测试和实验，可以看到，在相同的工况条件下，钢基铁镍合金弥散型固体自润滑轴承的摩擦磨损性能明显优于高力黄铜镶嵌石墨的自润滑轴承，摩擦因数性能尤为突出，同时在产品的制造成本和生产效率上也具有很大的优势。