專利名稱：含磷量大于0.1%的磷青銅－鋼雙金屬軸承材料制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金雙金屬軸承材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用粉末冶金的方法生產(chǎn)磷青銅—鋼雙金屬軸承材料的新工藝，尤其涉及含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的雙金屬軸承材料廣泛用于制造發(fā)電機、發(fā)動機、工程機械及家用電器的軸承和軸套。其中，銅基雙金屬軸承材料由于具有很高的承載能力和的抗疲勞強度，在高轉(zhuǎn)速、大功率的發(fā)動機中應(yīng)用相當(dāng)普遍。
傳統(tǒng)的銅基雙金屬軸瓦材料又以鉛青銅—鋼雙金屬軸承材料為主，這種材料具有高承載能力和高抗疲勞強度，一直被認(rèn)為是較為理想的制造軸承或軸套的材料，也因此而得到了廣泛的應(yīng)用。
然而，由于其具有約為10％～24％較高的含鉛量，隨著近年來環(huán)保意識的提高，開發(fā)無鉛軸承材料的呼聲日趨高漲，其應(yīng)用情況也隨之受到一定程度的影響。例如，從去年開始我國出口日本的發(fā)動機就不允許有含鉛的零部件；從2007年起，歐盟也將實行同樣的限制政策。
因此，近兩年來，我國研究人員對無鉛軸承材料的研究已進(jìn)入攻堅階段，且目標(biāo)集中在磷青銅—鋼軸承材料的研發(fā)，用以替代以往廣泛使用的鉛青銅—鋼雙金屬軸承材料。由于磷青銅—鋼雙金屬材料具有承載能力和抗疲勞強度更高，耐腐蝕性能更好等顯著特點，因此，目前已經(jīng)在日本等發(fā)達(dá)國家得到應(yīng)用。
過去，我國也有使用磷青銅材料制造軸承襯套的例子，其生產(chǎn)方法大體上有兩種一種是采用鑄造法制成整體磷青銅襯套或磷青銅—鋼雙金屬襯套；另一種是采用粉末冶金法，即先用磷青銅粉末壓制成型而后再進(jìn)行燒結(jié)的方法，制造整體磷青銅襯套。
上述兩種方法的缺點是顯而易見的，整體磷青銅襯套不僅需耗費大量的有色金屬，而且由于沒有鋼背作支撐，因此強度較低；澆鑄磷青銅—鋼雙金屬襯套，有色金屬用量雖有所減少，但成品率不高，浪費情況嚴(yán)重；此外，上述兩種方法的共同缺點還在于均只能進(jìn)行單件生產(chǎn)，因而生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝，它不僅可以大大節(jié)省有色金屬材料，而且產(chǎn)品質(zhì)量更好，同時，因能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，使勞動生產(chǎn)率大大提高。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其實質(zhì)性特點在于在預(yù)先準(zhǔn)備好的所需牌號和厚度的碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼背上設(shè)置具有適當(dāng)厚度的金屬或合金過渡層，再把具有一定含磷量的磷青銅合金粉末均勻地鋪撒在鋼背上，并使其具有一定的鋪撒厚度；然后進(jìn)行一次燒結(jié)，以使磷青銅合金粉末粘結(jié)在鋼背上；再進(jìn)行一次軋制，以使磷青銅合金層致密；接著進(jìn)行二次燒結(jié)，以使磷青銅合金層牢固地粘結(jié)在鋼背上；最后進(jìn)行二次軋制，以精確控制雙金屬板材的尺寸；最終生產(chǎn)出符合所需尺寸要求的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料。
上述的含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其中，所述設(shè)置在鋼背上的過渡層可以是銅層，也可以是含磷量小于0.1％的磷青銅合金層；所述過渡層的厚度為0.05～0.10mm。
上述的含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其中，所述的過渡層為銅層時，采用電鍍工藝方法進(jìn)行設(shè)置；所述的過渡層為含磷量小于0.1％的磷青銅時，采用燒結(jié)工藝方法進(jìn)行設(shè)置。
上述的含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其中，所述鋼背上磷青銅合金粉末的鋪粉厚度取決于所要求的成品雙金屬板材中磷青銅合金層的厚度。
上述的含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其中，所述的一次燒結(jié)、二次燒結(jié)均是在還原性保護(hù)氣氛下進(jìn)行的；其燒結(jié)的工藝條件分別為一次燒結(jié)燒結(jié)溫度750～800℃，燒結(jié)時間15～20分鐘；二次燒結(jié)燒結(jié)溫度800～850℃，燒結(jié)時間15～45分種；所述一次燒結(jié)、二次燒結(jié)的具體工藝參數(shù)均取決于所需的雙金屬材料的厚度。
上述的含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其中，所述二次軋制的厚度公差值為±0.02mm。
上述的含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其具體工藝方法如下1、鋼背準(zhǔn)備a、根據(jù)欲做襯套規(guī)格和用途的不同，選擇所需牌號和厚度的碳素結(jié)構(gòu)鋼板，裁成具有一定寬度和一定長度的鋼條料，并以該鋼條料作為鋼背；b、在鋼背上設(shè)置過渡層；該過渡層可以是銅層，也可以是含磷量小于0.1％的磷青銅合金層，過渡層的厚度均為0.05～0.10mm；當(dāng)過渡層為銅層時，可采用電鍍工藝方法進(jìn)行設(shè)置；當(dāng)過鍍層為含磷量小于0.1％的磷青銅層時可用燒結(jié)工藝方法進(jìn)行設(shè)置；2、鋪粉利用專門的鋪粉裝置，把符合要求的磷青銅粉末均勻地鋪撒在已設(shè)有過渡層的鋼背上，其鋪粉厚度取決于所要求的成品雙金屬板材中磷青銅合金層的厚度；3、一次燒結(jié)在還原性保護(hù)氣氛下進(jìn)行一次燒結(jié)，以使磷青銅合金層與過渡層之間具有一定的粘結(jié)牢度；其工藝條件為燒結(jié)溫度750～800℃，燒結(jié)時間15～20分鐘，具體取決于雙金屬材料的總厚度；4、一次軋制利用軋機對設(shè)置了銅過度層并經(jīng)一次燒結(jié)后的雙金屬材料進(jìn)行一次軋制，以此來提高雙金屬材料中磷青銅合金層的密度；5、二次燒結(jié)對設(shè)置了銅過度層并經(jīng)一次軋制后的雙金屬材料進(jìn)行二次燒結(jié)，以進(jìn)一步提高磷青銅合金層與鋼背間的粘結(jié)牢度及磷青銅合金層的強度；
所述二次燒結(jié)的溫度高于所述一次燒結(jié)的溫度，燒結(jié)溫度通常為800～850℃，燒結(jié)時間通常為15～45分種，具體同樣取決于雙金屬材料的總厚度；6、二次軋制對設(shè)置了銅過度層并經(jīng)二次燒結(jié)后的雙金屬材料進(jìn)行二次軋制，以此精確控制雙金屬板材的總厚度，并使其厚度公差值控制在±0.02mm的范圍內(nèi)。本發(fā)明含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料的制造工藝由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果1.由于本發(fā)明采用二次燒結(jié)、二次軋制的生產(chǎn)工藝方法，并嚴(yán)格按照相應(yīng)的工藝參數(shù)進(jìn)行精確控制，因此可確保磷青銅中磷的含量超過0.1％時，磷青銅合金層與鋼背之間仍能粘結(jié)牢固。
2.利用本發(fā)明制造工藝，可有效地控制磷青銅中的磷在燒結(jié)工藝過程中的燒損量，并能夠生產(chǎn)出含磷量大于0.1％的所有磷青銅—鋼雙金屬軸承材料。
3.利用本發(fā)明的制造工藝，可以大大節(jié)省國內(nèi)目前短缺的有色金屬。
4.利用本發(fā)明的制造工藝，可以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，甚至實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，因此，生產(chǎn)效率高。
5.正是由于本發(fā)明采用二次燒結(jié)、二次軋制的制造工藝，使其所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有更加優(yōu)良而穩(wěn)定的機械性能；經(jīng)國家權(quán)威部門檢測表明利用本發(fā)明的制造工藝生產(chǎn)的含磷量為0.35％的磷青銅—鋼雙金屬材料，經(jīng)鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，機車車輛配件檢驗站檢測，其抗疲勞強度大于150MPa，達(dá)到國外最高水平。
6.從國家的宏觀發(fā)展來看，本發(fā)明具有重大的技術(shù)和經(jīng)濟意義，實用價值很高。


通過以下對本發(fā)明含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝的一實施例并結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解其發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點。其中，附圖為圖1為本發(fā)明含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝的流程框圖；
圖2為利用本發(fā)明制造工藝所生產(chǎn)出的含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料的斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1、2所示，本發(fā)明含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝，有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中的兩大難題一是當(dāng)磷青銅中磷的含量超過0.1％時，磷青銅合金層與鋼背的粘結(jié)牢度急劇下降；二是磷青銅中的磷在燒結(jié)過程中易燒損。
它是在預(yù)先準(zhǔn)備好的所需牌號和厚度的碳素結(jié)構(gòu)鋼背1上設(shè)置具有適當(dāng)厚度的過渡層2，再把具有一定含磷量的磷青銅合金粉末均勻地鋪撒在鋼背上，使其具有一定的鋪撒厚度，進(jìn)行一次燒結(jié)，使磷青銅合金粉末粘結(jié)在鋼背1上，形成磷青銅合金層3；而后進(jìn)行一次軋制，使磷青銅合金層3致密；接著進(jìn)行二次燒結(jié)，使磷青銅合金層3牢固地粘結(jié)在鋼背1上；最后進(jìn)行二次軋制，生產(chǎn)出符合所需尺寸要求的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料。
其過渡層2可以是銅層，也可以是含磷量小于0.1％的磷青銅合金層；過渡層的厚度均為0.05～0.10mm。當(dāng)過渡層為銅層時，可采用電鍍工藝方法設(shè)置；當(dāng)過渡層為含磷量小于0.1％的磷青銅時，可采用燒結(jié)工藝方法設(shè)置。
磷青銅合金粉末的鋪粉厚度取決于所要求的成品雙金屬板材中磷青銅合金層3的厚度計算得出。
本發(fā)明的一次燒結(jié)、二次燒結(jié)均是在還原性保護(hù)氣氛下進(jìn)行的；其燒結(jié)的工藝條件分別為一次燒結(jié)燒結(jié)溫度750～800℃，燒結(jié)時間15～20分鐘；二次燒結(jié)燒結(jié)溫度800～850℃，燒結(jié)時間15～45分種；上述一次燒結(jié)、二次燒結(jié)的具體工藝參數(shù)均取決于所需的雙金屬材料的厚度。
本發(fā)明一次軋制的目的在于提高磷青銅合金層3的密度；其二次軋制則是用以精確控制雙金屬板材的尺寸，其厚度公差值為±0.02mm。
本發(fā)明含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料制造工藝的具體工藝方法如下
1、鋼背1的準(zhǔn)備a、根據(jù)欲做襯套的規(guī)格和用途的不同，選擇所需牌號和厚度的碳素結(jié)構(gòu)鋼板，裁成具有一定寬度和一定長度的鋼條料，并以此作為鋼背1；b、在鋼背1上設(shè)置過渡層2；該過渡層2可以是銅層，也可以是含磷量小于0.1％的磷青銅合金層，過渡層2的厚度均為0.05～0.10mm；過渡層2為銅層時，可采用電鍍工藝方法進(jìn)行設(shè)置；當(dāng)過鍍層2為含磷量小于0.1％的磷青銅層時可用燒結(jié)工藝方法進(jìn)行設(shè)置；2、鋪粉利用專門的鋪粉裝置，把符合要求的磷青銅粉末均勻地鋪撒在已設(shè)有過渡層2的鋼背1上，其厚度取決于要求的成品雙金屬板材中磷青銅合金層3的厚度；3、一次燒結(jié)燒結(jié)是在還原性保護(hù)氣氛下進(jìn)行，其目的是使磷青銅合金層3與過渡層2之間具有一定的粘結(jié)牢度；其工藝條件為燒結(jié)溫度750～800℃，燒結(jié)時間15～20分鐘，取決于所需雙金屬材料的總厚度；4、一次軋制利用軋機對設(shè)置了銅過度層并經(jīng)一次燒結(jié)后的雙金屬材料進(jìn)行一次軋制，此工序的目的是用軋制的方法提高磷青銅合金層3的密度；5、二次燒結(jié)對設(shè)置了銅過度層并經(jīng)一次軋制后的雙金屬材料進(jìn)行二次燒結(jié)，此工序的目的是進(jìn)一步提高磷青銅合金層3與鋼背1間的粘結(jié)牢度及磷青銅合金層3的強度；二次燒結(jié)的溫度高于一次燒結(jié)的溫度，通常為800～850℃，燒結(jié)時間通常為15～45分種，取決于雙金屬材料的厚度；6、二次軋制對設(shè)置了銅過度層并經(jīng)二次燒結(jié)后的雙金屬材料進(jìn)行二次軋制，通過軋制來精確控制雙金屬板材的尺寸，使其厚度公差值控制在±0.02mm的范圍。
按照本發(fā)明的制造工藝過程，當(dāng)進(jìn)行二次燒結(jié)時，磷青銅中磷的燒損在0.1～0.2％之間。因此，在生產(chǎn)某種含磷量的材料時，必須把磷在燒結(jié)時的燒損量考慮進(jìn)去，以確保雙金屬材料成品中磷的實際含量值。如為了生產(chǎn)含磷量為0.3％的磷青銅材料，就應(yīng)該選擇含磷量為0.4～0.5％的磷青銅粉末。這樣即可控制所要求的磷含量，又可保證磷青銅—鋼雙金屬軸承材料的機械性能。
當(dāng)生產(chǎn)總厚度H為2.2mm，鋼背1厚為1.7mm，有效寬度為135mm，含磷0.3～0.5％，含錫6～7％，余量為銅的磷青銅—鋼雙金屬襯套材料時，大體上可按照以下工藝步驟進(jìn)行1、鋼背1的準(zhǔn)備把厚度為2.0mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼板剪成寬為142mm的條料，并以該條料作為鋼背1，并采用電鍍方法在鋼背1上設(shè)置金屬銅過度層2，銅過度層2的厚度約0.06mm，鍍銅后用軋機軋成1.73±0.01厚，最后用校平機把軋制好的鋼背校平待用。
2、一次燒結(jié)，通過鋪粉裝置把含磷0.45～0.55％、含錫6～7％的磷青銅合金粉末均勻地鋪撒在已準(zhǔn)備好的鋼背上，放入連續(xù)式燒結(jié)爐中進(jìn)行第一次燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)溫度為780℃，燒結(jié)時間為20分鐘。
鋪粉厚度為0.85mm，此次燒結(jié)后的總厚度控制在2.4mm左右。
3、一次軋制把經(jīng)一次燒結(jié)后的板材用軋機進(jìn)行一次軋制，軋制后的總厚度控制在2.28±0.01mm，使磷青銅合金層3致密。
4、二次燒結(jié)把經(jīng)過一次軋制的板材，在同樣的燒結(jié)爐和同樣的燒結(jié)氣氛保護(hù)氣氛下進(jìn)行第二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在840℃左右，使磷青銅合金層3與鋼背1粘結(jié)牢固。
5、二次軋制把經(jīng)二次燒結(jié)后的板材用軋機進(jìn)行二次軋制，最終軋制總厚度控制在2.20±0.01mm。
至此，本發(fā)明含磷量大于0.1％的磷青銅—鋼雙金屬軸承材料成品即制造完畢。由于利用本發(fā)明的制造工藝可連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，因此本發(fā)明具有很高的實用價值。
權(quán)利要求
1.含磷量大于0.1％的磷青銅-鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其特征在于在預(yù)先準(zhǔn)備好的所需牌號和厚度的碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼背上設(shè)置具有適當(dāng)厚度的金屬或合金過渡層，再把具有一定含磷量的磷青銅合金粉末均勻地鋪撒在鋼背上，并使其具有一定的鋪粉厚度；然后進(jìn)行一次燒結(jié)，以使磷青銅合金粉末粘結(jié)在鋼背上；再進(jìn)行一次軋制，以使磷青銅合金層致密；接著進(jìn)行二次燒結(jié)，以使磷青銅合金層牢固地粘結(jié)在鋼背上；最后進(jìn)行二次軋制，以精確控制雙金屬板材的尺寸；最終生產(chǎn)出符合所需尺寸要求的磷青銅-鋼雙金屬軸承材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷量大于0.1％的磷青銅-鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其特征在于所述設(shè)置在鋼背上的過渡層可以是銅層，也可以是含磷量小于0.1％的磷青銅合金層；所述過渡層的厚度為0.05～0.10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含磷量大于0.1％的磷青銅-鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其特征在于所述的過渡層為銅層時，采用電鍍工藝方法進(jìn)行設(shè)置；所述的過渡層為含磷量小于0.1％的磷青銅時，采用燒結(jié)工藝方法進(jìn)行設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷量大于0.1％的磷青銅-鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其特征在于所述鋼背上磷青銅合金粉末的鋪粉厚度取決于所要求的成品雙金屬板材中磷青銅合金層的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷量大于0.1％的磷青銅-鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其特征在于所述的一次燒結(jié)、二次燒結(jié)均在還原性保護(hù)氣氛下進(jìn)行；其燒結(jié)的工藝條件分別為一次燒結(jié)燒結(jié)溫度750～800℃，燒結(jié)時間15～20分鐘；二次燒結(jié)燒結(jié)溫度800～850℃，燒結(jié)時間15～45分種；所述一次燒結(jié)、二次燒結(jié)的具體工藝參數(shù)均取決于所需的雙金屬材料的總厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷量大于0.1％的磷青銅-鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其特征在于所述二次軋制的厚度公差值為±0.02mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷量大于0.1％的磷青銅-鋼雙金屬軸承材料制造工藝，其特征在于具體工藝方法如下1、鋼背準(zhǔn)備a、根據(jù)欲做襯套規(guī)格和用途的不同，選擇所需牌號和厚度的碳素結(jié)構(gòu)鋼板，裁成具有一定寬度和一定長度的鋼條料，并以該鋼條料作為鋼背；b、在鋼背上設(shè)置過渡層；該過渡層可以是銅層，也可以是含磷量小于0.1％的磷青銅合金層，過渡層的厚度均為0.05～0.10mm；當(dāng)過渡層為銅層時，可采用電鍍工藝方法進(jìn)行設(shè)置；當(dāng)過鍍層為含磷量小于0.1％的磷青銅層時可用燒結(jié)工藝方法進(jìn)行設(shè)置；2、鋪粉利用專門的鋪粉裝置，把符合要求的磷青銅粉末均勻地鋪撒在已設(shè)有過渡層的鋼背上，其鋪粉厚度取決于所要求的成品雙金屬板材中磷青銅合金層的厚度；3、一次燒結(jié)在還原性保護(hù)氣氛下進(jìn)行一次燒結(jié)，以使磷青銅合金層與過渡層之間具有一定的粘結(jié)牢度；其工藝條件為燒結(jié)溫度750～800℃，燒結(jié)時間15～20分鐘，具體取決于雙金屬材料的總厚度；4、一次軋制利用軋機對設(shè)置了銅過度層并經(jīng)一次燒結(jié)后的雙金屬材料進(jìn)行一次軋制，以此來提高雙金屬材料中磷青銅合金層的密度；5、二次燒結(jié)對設(shè)置了銅過度層并經(jīng)一次軋制后的雙金屬材料進(jìn)行二次燒結(jié)，以進(jìn)一步提高磷青銅合金層與鋼背間的粘結(jié)牢度及磷青銅合金層的強度；所述二次燒結(jié)的溫度高于所述一次燒結(jié)的溫度，燒結(jié)溫度通常為800～850℃，燒結(jié)時間通常為15～45分種，具體同樣取決于雙金屬材料的總厚度；6、二次軋制對設(shè)置了銅過度層并經(jīng)二次燒結(jié)后的雙金屬材料進(jìn)行二次軋制，以此精確控制雙金屬板材的總厚度，并使其厚度公差值控制在±0.02mm的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含磷量大于0.1％的磷青銅－鋼雙金屬軸承材料制造工藝，在預(yù)先準(zhǔn)備好的所需牌號和厚度的碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼背上設(shè)置具有適當(dāng)厚度的金屬或合金過渡層，再把具有一定含磷量的磷青銅合金粉末均勻地鋪撒在鋼背上，并使其具有一定的鋪粉厚度；然后進(jìn)行一次燒結(jié)，以使磷青銅合金粉末粘結(jié)在鋼背上；再進(jìn)行一次軋制，以使磷青銅合金層致密；接著進(jìn)行二次燒結(jié)，以使磷青銅合金層牢固地粘結(jié)在鋼背上；最后進(jìn)行二次軋制，以精確控制雙金屬板材的尺寸；最終生產(chǎn)出符合所需尺寸要求的磷青銅－鋼雙金屬軸承材料。本發(fā)明不僅可以大大節(jié)省有色金屬材料，而且所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有更加優(yōu)良而穩(wěn)定的機械性能；還因能實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，勞動生產(chǎn)率大大提高。
文檔編號B22F3/12GK1775426SQ200510110718
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者帥志宏, 何光志, 陳進(jìn)添, 溫世達(dá), 張春流 申請人:上海核威實業(yè)有限公司, 核工業(yè)福州粉末冶金雙金屬軸瓦材料廠