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CN111001813B - 一种高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料及其制备方法和应用，材料由以下组分按重量百分比组成：铜18.0%~22.0%、碳0.60%~1.1%、钨0.8~2.6%、铬0.6~2.2%、钼0.8~2.8%、镍0.8~3.2%、钒0.8~2.2%、硫0.08~1.2%和余量的铁，材料的显微组织的孔隙中分布有Cu2S。由于烧结材料存在着孔隙，在硫化工序中，涂覆在烧结材料表面的硫磺，受热变成熔融状态并进入烧结材料的连通孔隙中，与烧结材料基体中的Cu发生反应，生成Cu 2S。Cu 2S为减摩组元，可以改善材料的减摩效果，降低摩擦系数，从而得到高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料。

Description

一种高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料及其制备方法 和应用
技术领域
本发明属于金属材料粉末冶金技术领域，特别涉及一种高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料及其制备方法和应用。
背景技术
挖掘机是一种建筑工程设备，滑动轴承是用于其连接转动或直线滑动部位的一类零件，传统的滑动轴承通常采用的是由铸造合金制得的轴承或是在将石墨柱点埋入滑动表面中的轴承，材料利用率低，机加工量大，生产效率低，生产成本较高，工作运转过程中仅靠油槽储存的润滑油脂润滑，并且需要频繁的进行添加，一旦润滑状态恶化失效时，摩擦系数增大会导致滑动轴承与轴之间产生严重的磨损及烧伤，降低了滑动轴承及轴的使用寿命，增加了使用成本。
根据上述滑动轴承的工作环境状况，为保证其工作可靠性和使用寿命，该发明研究出了新的材料并采用粉末冶金特有的制造工艺，有效提高了该部位的含油滑动轴承的减摩性，大大减少了滑动轴承与轴之间烧伤损坏。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料及其制备方法和应用，以提高材料的减摩效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料，由以下组分按重量百分比组成：铜18.0％～22.0％、碳0.60％～1.1％、钨0.8～2.6％、铬0.6～2.2％、钼0.8～2.8％、镍0.8～3.2％、钒0.8～2.2％、硫0.08～1.2％和余量的铁，杂质总量不大于2％；所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的显微组织的孔隙中分布有Cu2S。
进一步方案，所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的显微组织的孔隙中还存在Cu相和S相。
进一步方案，所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的显微组织中还包括铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、石墨的一种或几种。
进一步方案，所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的密度为6.0～6.60g/cm3。
进一步方案，所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料按体积百分比的含油率为18％～24％。
本发明的第二个目的是提供上述项所述的高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各原料后，经过混料、压制、烧结，制备得烧结材料；
(2)硫磺涂覆：通过涂覆将硫磺涂覆到烧结材料的表面，得到涂覆材料；
(3)硫化工序：惰性气氛中，对涂覆材料进行加热，使硫磺熔融并与烧结材料发生化学反应，反应过程中硫磺能够进入烧结材料的孔隙中，即得到高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料。
进一步方案，步骤(2)中，涂覆到烧结材料表面的硫磺的重量为烧结材料重量的0.08％-1.2％。
进一步方案，步骤(3)中，所述加热的温度为120℃-150℃，加热的时间为30-120min。
本发明的第三个目的是提供上述所述的高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的应用，用所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料制备铁基硫化粉末冶金含油轴承。由高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料制备铁基硫化粉末冶金含油轴承的步骤包括热处理、真空浸油、机械加工工序。
与现有技术相比，本发明有益效果体现在：
烧结材料存在着孔隙，把硫磺涂覆到烧结材料的表面，在硫化工序中，涂覆在烧结材料表面的硫磺，经过加热保温，会熔融进入烧结材料的连通孔隙中。由于烧结材料基体中含有Cu，进入孔隙中的硫磺，能够与Cu发生反应，生成Cu2S。而Cu2S为减摩组元，可以改善材料的减摩效果，降低摩擦系数。
在本发明所述的硫化工序条件下，硫磺不会与Fe、W、Cr、V、Ni、Mo成分发生反应，即也不能形成疏松或层状的组织，不会降低材料的强度和硬度；硫磺与Cu发生反应，生成Cu2S，存在于烧结材料的孔隙中，而未进行反应的硫磺，也存在于烧结材料的孔隙中。另外，在材料有磨损现象发生时，摩擦面的温度升高，由于磨损的存在，显微组织中的S相会有部分与Cu相接触，发生反应，能够进一步起到减摩作用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)按重量比称取铜18.0％、碳0.60％、钨0.8％、铬0.6％、钼0.8％、镍0.8％、钒0.8％、余量为铁Fe，使用双锥混料机混料，混合均匀后进行压制，得到压制密度为6.6g/cm3的圆片试样；然后将其放置在1110℃的温度中烧结40min，制备得到烧结材料；
(2)硫磺涂覆：通过筛分使硫磺分散成粉末状，将硫磺粉称重后均匀喷涂在烧结材料的表面，得到涂覆材料；硫磺的量占烧结材料重量约0.08％；
(3)硫化工序：氮气气氛中，将涂覆材料置于120℃温度中，保温120min，由于此温度高于硫磺的熔点，所以硫磺呈熔融状态，能够进入烧结材料的孔隙中，进入烧结材料孔隙中的硫磺与铜发生反应，即得到目标产品。
实施例2
(1)按重量比称取铜20.0％、碳0.75％、钨1.6％、铬1.2％、钼1.6％、镍1.6％、钒1.6％、余量为铁Fe，使用双锥混料机混料，混合均匀后进行压制，得到压制密度为6.3g/cm3的圆片试样；然后将其放置在1120℃的温度中烧结40min，制备得到烧结材料；
(2)硫磺涂覆：通过筛分使硫磺分散成粉末状，将硫磺粉称重后均匀喷涂在烧结材料的表面，得到涂覆材料；硫磺的量占烧结材料重量约0.60％；
(3)硫化工序：氮气气氛中，将涂覆材料置于140℃温度中，保温60min，由于此温度高于硫磺的熔点，所以硫磺呈熔融状态，能够进入烧结材料的孔隙中，进入烧结材料孔隙中的硫磺与铜发生反应，即得到目标产品。
实施例3
(1)按重量比称取铜20.0％、碳0.9％、钨2.0％、铬1.8％、钼2.6％、镍3％、钒1.8％、余量为铁Fe，使用双锥混料机混料，混合均匀后进行压制，得到压制密度为6g/cm3的圆片试样；然后将其放置在1110℃的温度中烧结40min，制备得到烧结材料；
(2)硫磺涂覆：通过筛分使硫磺分散成粉末状，将硫磺粉称重后均匀喷涂在烧结材料的表面，得到涂覆材料；硫磺的量占烧结材料重量约0.80％；
(3)硫化工序：氮气气氛中，将涂覆材料置于150℃温度中，保温30min，由于此温度高于硫磺的熔点，所以硫磺呈熔融状态，能够进入烧结材料的孔隙中，进入烧结材料孔隙中的硫磺与铜发生反应，即得到目标产品。
实施例4
(1)按重量比称取铜22.0％、碳1.1％、钨2.6％、铬2.0％、钼2.8％、镍3.2％、钒2.2％、余量为铁Fe，使用双锥混料机混料，混合均匀后进行压制，得到压制密度为6.4g/cm3的圆片试样；然后将其放置在1110℃的温度中烧结40min，制备得到烧结材料；
(2)硫磺涂覆：通过筛分使硫磺分散成粉末状，将硫磺粉称重后均匀喷涂在烧结材料的表面，得到涂覆材料；硫磺的量占烧结材料重量约1.2％；
(3)硫化工序：氮气气氛中，将涂覆材料置于135℃温度中，保温80min，由于此温度高于硫磺的熔点，所以硫磺呈熔融状态，能够进入烧结材料的孔隙中，进入烧结材料孔隙中的硫磺与铜发生反应，即得到目标产品。
对比例1
与实施例1不同的是，没有涂覆和硫化工序。
对比例2
与实施例2不同的是，没有涂覆和硫化工序。
对比例3
与实施例3不同的是，没有涂覆和硫化工序。
对比例4
与实施例4不同的是，没有涂覆和硫化工序。
对比例5
按重量比称取铜20.0％、碳0.9％、钨2.0％、铬1.8％、钼2.6％、镍3％、钒1.8％、硫磺粉1.2％、余量为铁Fe，使用双锥混料机混料，混合均匀后进行压制，得到压制密度为6.5g/cm3的圆片试样；然后将其放置在1110℃的温度中烧结40min，制备得到烧结材料；
将上述实施例和对比例制得的产品制作为试验样块，进行性能检测：
本申请中摩擦系数的测试方式为：采用环块摩擦磨损试验，标准为GB/T12444-2006《金属材料磨损试验方法试环-试块滑动磨损试验》，加载力为25Kg，转速为500r/min，滴油润滑，滴油量每分钟3-5滴。由于摩擦磨损试验一般分散性较大，本申请同一组别的实施例/对比例，重复做6次试验，试验结果取平均值，保留三位有效数字。每次试验时长120min，从5min开始记录数值，分别每隔5min记录一次；
硬度检测依据的检测标准为GBT 9097.1-2002《烧结金属材料(不包括硬质合金)表观硬度的测定第一部分：截面硬度基本均匀的材料》，检测6点，计算平均值。
上述实施例和对比例制得的产品的性能检测结果如下表1所示：
表1性能检测结果
Figure BDA0002343071360000051
通过表1中可得出，本申请制备的高减摩性烧结硫化材料因增加了涂覆和硫化工序，从而能显著改善烧结材料的减摩效果，降低其摩擦系数。
对比例和实施例相差较小。说明本发明中的涂覆和硫化工序不影响烧结材料的硬度。
对比实施例3与对比例5发现，本申请中是通过涂覆方式将硫磺涂覆到烧结材料的表面，并且硫磺涂覆的重量占烧结材料的重量的1.2％，与直接把硫磺粉加入到材料配比中相比较，能显著提高材料的减摩效果。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料，其特征在于：由以下组分按重量百分比组成：铜18.0％～22.0％、碳0.60％～1.1％、钨0.8～2.6％、铬0.6～2.2％、钼0.8～2.8％、镍0.8～3.2％、钒0.8～2.2％、硫0.08～1.2％和余量的铁，杂质总量不大于2％；所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的显微组织的孔隙中分布有Cu2S；
所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各原料后，经过混料、压制、烧结，制备得烧结材料；
(2)硫磺涂覆：通过涂覆将硫磺涂覆到烧结材料的表面，得到涂覆材料；
(3)硫化工序：惰性气氛中，对涂覆材料进行加热，使硫磺熔融并与烧结材料发生化学反应，反应过程中硫磺能够进入烧结材料的孔隙中，即得到高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料；所述加热的温度为120℃-150℃，加热的时间为30-120min。
2.根据权利要求1所述的高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料，其特征在于：所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的显微组织的孔隙中还存在Cu相和S相。
3.根据权利要求1所述的高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料，其特征在于：所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的显微组织中还包括铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、石墨的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料，其特征在于：所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的密度为6.0～6.60g/cm3。
5.根据权利要求1所述的高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料，其特征在于：所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料按体积百分比的含油率为18％～24％。
6.如权利要求1-5任一项所述的高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按配比称取各原料后，经过混料、压制、烧结，制备得烧结材料；
(2)硫磺涂覆：通过涂覆将硫磺涂覆到烧结材料的表面，得到涂覆材料；
(3)硫化工序：惰性气氛中，对涂覆材料进行加热，使硫磺熔融并与烧结材料发生化学反应，反应过程中硫磺能够进入烧结材料的孔隙中，即得到高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，涂覆到烧结材料表面的硫磺的重量为烧结材料重量的0.08％-1.2％。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述加热的温度为120℃-150℃，加热的时间为30-120min。
9.如权利要求1-5任一项所述的高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料的应用，其特征在于：用所述高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料制备铁基硫化粉末冶金含油轴承。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：由高减摩性铁基硫化粉末冶金含油轴承材料制备铁基硫化粉末冶金含油轴承的步骤包括热处理、真空浸油、机械加工工序。
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