專利名稱：粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用粉末冶金法制造的合金軸承，更具體地說，是涉及在汽車用微型電機，照相機等光學精密儀器、VCD等音響放像機、復印機，頭發(fā)吹干機等家用電器當中用于旋轉(zhuǎn)支撐電機軸或類似件的燒結(jié)制造的合金含油軸承。
目前，上述各種機器設(shè)備所用的微型電機軸承既要求具有良好的減摩性能，又要求旋轉(zhuǎn)軸在軸承內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)時，機械滑動摩擦噪聲低。這類軸承大多是采用6-6-3青銅粉末、Cu-Sn青銅粉末材料，經(jīng)成形、燒結(jié)制成。這種粉末含有大量的銅，每噸含Cu850-900Kg，而銅資源在我國較缺乏，因此該合金軸承制造成本高。鐵銅基粉末(或銻銅基粉末)制造合金含油軸承技術(shù)性能要達到用銅錫，或超過6-6-3青銅粉制造的軸承的技術(shù)性能十分困難，主要表現(xiàn)在以下幾個方面1、鐵銅合金含油軸承表面比銅基含油軸承表面摩擦系數(shù)大，傳熱性能差，噪音高出10分貝以上；2、鐵銅合金粉燒結(jié)軸承的合金分布不均勻，產(chǎn)品表觀軟硬不一；3、燒結(jié)時金相組織不易控制；4、易銹蝕氧化。又如中國專利說明書CN1021777C公開了一種《含銻銅基粉末材料》，其發(fā)明點是節(jié)約昂貴的錫，用銻代替錫，制造含油軸承。但是，從該專利說明書所列舉的實施例表明含銻銅基合金粉末及其制品，雖然有銻金屬代替了錫金屬，但是，它與6-6-3青銅粉末及其制品相比較該粉末的松裝比重及其制品的密度、徑向壓潰強度(Mpa)和表觀硬度(HB)等機械性能均低于6-6-3青銅制品的技術(shù)標準，為克服Cu-Sb合金冷卻后出現(xiàn)成份不均勻現(xiàn)象，還采用了原材料準備→熔煉→氣體霧化→烘干→過篩→粉末等工藝流程。這種粉末及其制品的生產(chǎn)成本也高，因此，從其申請之日至今，也未付諸于規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的是提供一種粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承，它采用鐵代替部分銅，不僅降低了生產(chǎn)成本，還能使其具有磨擦系數(shù)小，機械滑動噪聲低，合金成份分布均勻，不易銹蝕氧化，而且其性能達到銅錫或超過6-6-3青銅粉末燒結(jié)的含油軸承技術(shù)標準。
本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，上述提供的一種粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承，其成份組成(重量百分比)含有Cu20-45％、Zn4-9％、La或Ce0.2-2％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，并采用下述方法制備它是將含Cu元素的粉末20-45％(重量)、含Zn元素的粉末4-9％(重量)、La或Ce元素的粉末0.2-2％(重量)、其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)的粉末那樣的配比組成的組合物經(jīng)混合、壓制成形、燒結(jié)、整形、浸油處理制成的軸承。
上述軸承的成份組成(重量百分比)中還含有Ti0.04-0.6％，上述粉末那樣的配比組成的組合物中還有含Ti元素的粉末0.05-0.61％(重量)。
上述軸承的成份組成(重量百分比)中還含有Mn0.04-0.6％，上述粉末那樣的配比組成的混合物中還有含Mn元素的粉末0.05-0.61％(重量)。
上述軸承的含油率為20-25％(體積)。其優(yōu)選方案是，上述軸承的含油率為21-23％(體積)。
上述粉末那樣的配比組成的組合物中上述含Cu元素的粉末和上述含Zn元素的粉末為黃銅粉末，上述黃銅粉末為24-54％(重量)，上述黃銅粉末(重量百分比)含Cu80-87％、Zn13-20％。
本發(fā)明提供的上述粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承的制造方法，該方法按下列步驟進行A、混合將按照含Cu元素的粉末20-45％(重量)、含Zn元素的粉末4-9％(重量)、La或Ce元素粉末0.2-2％(重量)、其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)的粉末那樣的配比組成的組合物充分混合，或者，將上述組合物進行低溫擴散處理；B、壓粉成形將上述混合或低溫擴散后的粉末置于模具中壓制成形，壓成壓坯，壓力為200-500Mpa，壓制密度為5.7-6.0g/cm3；C、燒結(jié)將上述壓制成形的壓坯在N2和H2還原氣氛中，逐漸預燒結(jié)加熱經(jīng)0.5-2小時，升溫到400-600℃，再主燒結(jié)加熱到800-850℃，恒溫0.5-2小時，然后經(jīng)1-2小時逐漸降溫冷卻至常溫，燒結(jié)成合金燒結(jié)體；D、整形將上述燒結(jié)體用壓模進行壓制整形成為具有規(guī)定的形狀、規(guī)定的密度及規(guī)定尺寸精度的壓件。
E、浸油處理將上述壓件進行浸油處理，制成含油軸承。
上述粉末那樣的配比組成的組合物中還有含Ti元素的粉末0.05-0.61％(重量)。
上述粉末那樣的配比組成的組合物中還有含Mn元素的粉末0.05-0.61％(重量)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點本發(fā)明的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承采用稀土作為活性催化劑，使得Fe-Cu合金粉末在低溫狀態(tài)下更加容易結(jié)合，經(jīng)過混合或低溫擴散工藝處理，合金分布更均勻，同時稀土有利于合金細化晶粒，燒結(jié)體表面呈海綿狀細小通孔，使得燒結(jié)體內(nèi)外部孔隙連通性達95％以上，使用運轉(zhuǎn)時，潤滑油自動吸出，形成油膜，潤滑效果好，再加之燒結(jié)后，該軸承的軸孔外表面有一層光滑的自潤滑金屬膜，使旋轉(zhuǎn)軸在軸承內(nèi)徑表面運轉(zhuǎn)時摩擦阻力減少，降低機械滑動噪聲，而且達到防銹、抗氧化要求，延長軸承的使用壽命。該軸承各項機械性能參數(shù)均優(yōu)于6-6-3青銅粉末燒結(jié)的含油軸承技術(shù)標準。該軸承采用鐵粉代替部分銅粉，鐵粉的價格僅為銅的價格15-20％，且鋅價格僅為錫價格20％，大幅度降低制造成本。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細說明。


圖1是本發(fā)明的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承的制造工藝流程圖；圖2是顯示燒結(jié)工序中燒結(jié)體溫度變化的一例的曲線圖；圖3是本發(fā)明的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承表面的金相組織圖。
以下參照圖1-3說明本發(fā)明實施方式。
圖1是本發(fā)明的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承的制造工藝流程圖；圖2是燒結(jié)工序中燒結(jié)體溫度變化一例的曲線圖，橫軸表示時間，縱軸表示燒結(jié)體的溫度。
燒結(jié)處理不是使材料粉末全體完全熔融成為合金的，燒結(jié)處理是金屬或合金的粉末加壓成形的成形體在主要元素的熔點以下的溫度進行熱處理，利用粉末間的結(jié)合產(chǎn)生的固熔現(xiàn)象而燒結(jié)成的。
本發(fā)明的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承，作為燒結(jié)含油軸承的材料，在含F(xiàn)e、Cu、Zn、Ti、Mn的粉末中再加入稀土粉末，將這些粉末按一定的配比組成組合物，對其進行混合或低溫擴散處理，制取均勻的海綿狀合金粉末，將所得到的混合物壓制成形為壓坯，再在規(guī)定的條件下燒結(jié)成為燒結(jié)體，藉以制造具有優(yōu)良機械性能的燒結(jié)含油軸承。
本發(fā)明提供的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承的技術(shù)方案是，該軸承的成份組成(重量百分比)含有Cu20-45％、Zn4-9％、La或Ce0.2-2％、其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，并采用下述方法制備它是將含Cu元素的粉末20-45％(重量)、含Zn元素的粉末4-9％(重量)、La或Ce元素的粉末0.2-2％(重量)、其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)的粉末那樣的配比組成的組合物經(jīng)混合、壓制成形、燒結(jié)、整形、浸油處理制成的軸承。
上述軸承的成份組成(重量百分比)中還含有Ti0.04-0.6％，上述粉末那樣的配比組成的組合物中還有含Ti元素的粉末0.05-0.61％(重量)。
上述軸承的成份組成(重量百分比)中還含有Mn0.04-0.6％，上述粉末那樣的配比組成的組合物中還有含Mn元素的粉末0.05-0.61％(重量)。
上述粉末那樣的配比組成的組合物中上述含Cu元素的粉末、含Zn元素的粉末為黃銅粉末，上述黃銅粉末為24-54％(重量)。上述黃銅粉末各元素(重量百分比)含量為Cu80-87％，Zn13-20％。
制造上述粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承的方法是，該方法按下列步驟進行它是將按照含Cu元素的粉末20-45％(重量)、含Zn元素的粉末4-9％(重量)、La或Ce元素粉末0.2-2％(重量)、其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)的粉末那樣的配比組成的組合物充分混合，或者，將上述組合物進行低溫擴散處理；將上述混合或低溫擴散后的粉末置于模具中壓制成形，壓成壓坯，壓力為200-500MPa；壓制密度為5.7-6.0g/cm3；將上述壓制成形的壓坯在N2和H2還原氣氛中，逐漸預燒結(jié)加熱經(jīng)0.5-2小時，升溫到400-600℃，，再主燒結(jié)加熱到800-850℃，恒溫0.5-2小時，然后經(jīng)1-2小時逐漸降溫冷卻至常溫，燒結(jié)成合金燒結(jié)體；將上述燒結(jié)體用壓模進行壓制整形成具有規(guī)定形狀的壓件；最后上述壓件進行浸油處理，即制成含油軸承。
上述含油軸承的含油率為20-25％(體積)。最佳含油率為21-23％(體積)。
實施例以下對本發(fā)明的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承及其制造方法的實施方式進行說明。
圖1和圖2所示。
在混合工序A中，按規(guī)定的配比組成及分組將原料粉末進行配合，然后將所有各種原料制成充分混合或經(jīng)低溫擴散處理為均勻的混合物。
表1列出制作含油軸承時的組合物的配比組成，其中P1、P2……P8表示本發(fā)明的混合物的各種配比組成；Q1、Q2……表示為6-6-3青銅粉末組成。
表1 在混合工序A中，按表1所示的配比組成的組合物配合原料粉末，在上述粉末中加入粘合劑，粘合劑是暫時添加的潤滑劑，其揮發(fā)點低，在燒結(jié)開始階段，會被揮發(fā)掉，其加入量為不大于上述混合物的1％(重量)；在壓制工序B中，將上述混合物放入模具，按規(guī)定形狀壓制成形，形成壓坯，壓力為200-500Mpa，壓制密度為5.7-6.0g/cm3；在燒結(jié)工序C中，將上述壓坯送入網(wǎng)帶式連續(xù)燒結(jié)爐，燒結(jié)爐內(nèi)充有N2和H2還原氣氛，進行預燒結(jié)逐漸加熱，經(jīng)0.5-2小時，加熱到400-600℃，被燒結(jié)的壓坯在燒結(jié)爐的網(wǎng)帶上勻速移動，在燒結(jié)初期過程，粘合劑逐漸揮發(fā)，再進入主燒結(jié)達到設(shè)計的燒結(jié)溫度800-850℃溫度后，恒溫0.5-2小時，然后經(jīng)1-2小時逐漸降溫冷卻至常溫，直到出爐，制成合金燒結(jié)體；在整形工序D中，將上述燒結(jié)體放置在壓模中進行整形，使上述燒結(jié)體成為具有規(guī)定的形狀、規(guī)定的密度及規(guī)定尺寸的壓件；在浸油處理工序E中，將上述壓件洗凈后，浸在潤滑油中，在真空狀態(tài)下進行加熱浸油處理，由此，完成浸油處理后的燒結(jié)體，其含油率為20-25％(體積)，即制成粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承。
以下將本發(fā)明的含油軸承和6-6-3青銅合金含油軸承的含油率、徑向壓潰強度、硬度的測定結(jié)果列于表2表2 從表2中所示，本發(fā)明含油軸承的技術(shù)參數(shù)優(yōu)于6-6-3青銅合金含油軸承的技術(shù)參數(shù)。
一般說來，軸承含油率低于18％(體積)時，燒結(jié)含油軸承有充分的徑向壓潰強度，但含油量少。使用時，潤滑油易耗盡，燒結(jié)含油軸承的壽命變短。另一方面，一般情況下，軸承含油率高于25％(體積)時，燒結(jié)含油軸承含油量充分了，但其徑向壓潰強度小，使用時，含油軸承易磨損或變形。
因此，燒結(jié)含油軸承的含油率選擇在20-25％(體積)時，就兼?zhèn)溥m宜的含油量和徑向壓潰強度。所以，本發(fā)明軸承含油率為20-25％(體積)，其優(yōu)選含油率為21-23％(體積)，本發(fā)明的含油軸承和6-6-3青銅含油軸承在具有同樣的徑向壓潰強度條件下本發(fā)明的含油軸承含油率高于6-6-3青銅含油軸承的含油率。
圖3所示本發(fā)明的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承金屬表面金相組織圖。
從圖3所示本發(fā)明的稀土鐵黃銅合金含油軸承P4表面金相組織圖，可以觀察到其中部分銅及其合金固熔于灰色基體中，另一部分銅合金呈淡紅色游離態(tài)相33?；w為鐵素體和較細的珠光體34，少量夾雜物如Ce為蘭灰色聚集于基體32之中，由于合金成分較多，態(tài)相較復雜，分布了少量游離雜質(zhì)(黑色層狀)及孔隙31。金屬組織內(nèi)的孔隙31是含浸潤滑油的油孔。
權(quán)利要求
1.一種粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承，其特征在于上述軸承的成份組成(重量百分比)含有Cu20-45％、Zn4-9％、La或Ce0.2-2％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，并采用下述方法制備它是將含Cu元素的粉末20-45％(重量)、含Zn元素的粉末4-9％(重量)、La或Ce元素的粉末0.2-2％(重量)、其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)的粉末那樣的配比組成的組合物經(jīng)混合、壓制成形、燒結(jié)、整形、浸油處理制成的軸承。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承，其特征在于上述軸承的成份組成(重量百分比)中還含有Ti0.04-0.6％，上述粉末那樣的配比組成的組合物中還有含Ti元素的粉末0.05-0.61％(重量)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承，其特征在于上述軸承的成份組成(重量百分比)中還含有Mn0.04-0.6％，上述粉末那樣的配比組成的組合物中還有含Mn元素的粉末0.05-0.61％(重量)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承，其特征在于上述軸承的含油率為20-25％(體積)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承，其特征在于上述軸承的含油率為21-23％(體積)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承，其特征在于上述含Cu元素的粉末和含Sn元素的粉末為黃銅粉末，上述黃銅粉末為24-54％(重量)。上述黃銅粉末(重量百分比)含Cu80-87％、Zn13-20％。
7.一種制造權(quán)利要求1所述的粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承的方法，其特征在于該方法按下列步驟進行A、混合將按照含Cu元素的粉末20-45％(重量)、含Zn元素的粉末4-9％(重量)、La或Ce元素粉末0.2-2％(重量)、其余為Fe及不可避免的粉末那樣的配比組成的組合物充分混合，或者，將上述組合物進行低溫擴散處理；B、壓粉成形將上述混合或低溫擴散后的粉末置于模具中壓制成形，壓成壓坯，壓力為200-500Mpa，壓制密度為5.7-6.0g/cm3；C、燒結(jié)將上述壓制成形的壓坯在N2和H2還原氣氛中，逐漸預燒結(jié)加熱經(jīng)0.5-2小時，升溫到400-600℃，再主燒結(jié)加熱到800-850℃，恒溫0.5-2小時，然后經(jīng)1-2小時逐漸降溫冷卻至常溫，燒結(jié)成合金燒結(jié)體；D、整形將上述燒結(jié)體用壓模進行壓制整形，使其具有規(guī)定的形狀、規(guī)定的密度及規(guī)定尺寸精度的壓件；E、浸油處理將上述壓件進行浸油處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于上述粉末那樣的配比組成的組合物中還有含Ti元素的粉末0.05-0.61％(重量)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于上述粉末那樣的配比組成的組合物中還有含Mn元素的粉末0.05-0.61％(重量)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粉末冶金稀土鐵黃銅合金含油軸承,該軸承成分組成(重量百分比)含有Cu20—45%、Zn4—9%、La或Ce0.2—2%、其余為Fe及不可避免的雜質(zhì),并采用下述方法制備:它是將含Cu、Zn、La或Ce元素的各粉末、其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)的粉末按一定的配比組成的組合物經(jīng)混合、壓制成形、燒結(jié)、整形、浸油處理制成的含油軸承。該軸承節(jié)約銅資源、成本低、摩擦系數(shù)小,機械噪聲低,不易銹蝕,優(yōu)于6—6—3青銅粉末燒結(jié)的含油軸承技術(shù)標準。
文檔編號B22F3/26GK1288114SQ0012503
公開日2001年3月21日 申請日期2000年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月5日
發(fā)明者陳秀發(fā) 申請人:海安縣鷹球集團有限公司