粉末冶金制备铝基含油轴承及其性能研究

发布时间：2020-03-28 19:40

【摘要】：铝粉末冶金含油轴承与铜基和铁基含油轴承相比,具有导热性能好、重量轻、工作温升低、耐磨性好、噪音小以及耐腐蚀性好等优点,同时,还可大幅度降低含油轴承的成本,并且近年来在粉末冶金制备含油轴承领域,铜基与铁基合金的发展变化较小,而铝基合金的发展相当迅速,合金牌号不断增加,实际应用越来越广泛,充分显示出铝基合金是目前最有发展前途的含油轴承材料,开发、研究铝基合金是国际含油轴承材料领域的重要发展方向。本论文中采用粉末冶金法,通过控制压制压力、烧结温度和保温时间等各项参数,制备出满足使用条件的铝基含油轴承。由于金属铝本身有硬度低、承载能力弱以及耐磨性能差等缺点,因此,要在铝基中添加入Cu、Mg和Si等其它元素,才能提高含油轴承的含油率、径向压溃强度、表观硬度以及耐摩擦磨损性等各项性能参数。本研究中首先确定粉末颗粒的大小,粉末颗粒太大或太小都会对试样产生不良的影响,颗粒太小会使压制后的试样内部过于紧实,孔隙之间不联通,影响试样的含油率；颗粒太大会使试样在烧结后产生冶金结合力不够的情况,导致试样有硬度与强度不足的缺点。通过实验研究发现,粉末颗粒的粒度保持在75gm-150μm时,各项性能测试的结果最佳。铜元素是本研究中铝基含油轴承最主要的添加元素,它对铝基含油轴承的性能有着重要的影响。当基体中的铜含量未超过7.5%时,试样中的含油率与径向压溃强度随着铜含量的增加而增大；磨损量随着铜含量的增加而减少。当铜含量超过7.5%时,含油率与径向压溃强度随着铜含量的增加而减小；磨损量随着铜含量的增加而增大。试样的硬度随着铜含量的增加一直在不断地增大。硅元素能显著提高基体的硬度与耐磨性,但同时硅元素也会导致试样在烧结后产生收缩,致使烧结体的含油率发生下降。当硅元素的含量小于1.0%时,烧结体的径向压溃强度随着硅含量的增加而增大；当硅元素的含量大于1.0%时,烧结体的径向压溃强度随着硅含量的增加而减小。镁元素的加入会使试样在烧结后产生MgO, MgO呈蓬松状,可使烧结体产生膨胀,抵消硅元素对烧结体带来的收缩作用,大幅度提高烧结体的含油率。但产生膨胀后的烧结体在硬度和耐摩擦磨损性能方面会变差,且随着镁含量的不断增加,硬度不断地减小,磨损量不断地增加。当镁含量小于2.0%时,烧结体的强度随着镁含量的增加而增大；当镁含量大于2.0%时,烧结体的强度随着镁含量的增加而减小。铬元素对烧结体的含油率没有显著的影响,但对烧结体其它方面的性能有着较为突出的影响。随着铬含量的不断增加,烧结体的表观硬度也在不断增大。当铬含量小于2.0%时,烧结体的强度和耐摩擦磨损性能随着铬含量的增加而提高；当铬含量大于2.0%时,烧结体的强度和耐摩擦磨损性能随着铬含量的增加而下降。锡元素的加入会使烧结体的含油率增大、硬度下降。当锡含量小于2.0%时,烧结体的强度随着锡含量的增加而提高；当锡含量大于2.0%时,烧结体的强度随着锡含量的增加而下降。最终得到试样最优化的成份配比为Al-7.5%Cu-1.0%Si-2.0%Mg-2.0%Cr-2.0%Sn,使用的压制压力为32MPa,烧结温度为600℃,使用氩气作为保护气,保温6小时,最终得到烧结体样品的含油率为18.3%,强度为155.2MPa,硬度为63.4HB。
【图文】：

含油轴承,制品

制品的形状、尺寸和所要求的性能也各不相同，与之相应地，粉末冶金的制备工艺步骤逡逑和方法也多种多样。但是，粉末加工与处理、成型和烧结这兰个工序是至为重要的基本逡逑工序。图１．１为本研究中制备和研究铅基含油轴承的主要实验过程Ｗ。逡逑压制成型逡逑逦逡逑Ｗl#气作为保护气，在管逡逑式炉中进行烧结保温逡逑试样性能测试及表逡逑面形貌观察分析逡逑图１．１制备和研究铅基含油轴承试样的主要实验流程逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｍａｉｎ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｒｅ拍ａｒｃｈ邋ｏｆ邋ａｌｕｍｉ打ｉｕｍ邋ｏｉｌｅｄ邋ｂｅａｒｉｎｇ逡逑１．２．３粉末冶金工艺的优势及其发展逡逑粉末冶金工艺制备工业制品的主要优势有：能生产各种特殊性能的材料和制品；显逡逑著的经济技术效果；应用的广泛性等，例如，它既可Ｗ制造很硬的金刚石工具，又可Ｗ逡逑制造像铅一样软的密封垫；它既可Ｗ制造几乎没有孔隙的致密零件，又可Ｗ制造蜂窝化逡逑的多化材料；它既可Ｗ制造转动时摩擦阻力较小的轴承，，又可制造摩擦阻力很大的刹逡逑

布氏硬度计,压头

Ｆｉｇ．邋２．７邋Ｂｒｉｎｅｌｌ邋ｈａｒｄｎｅｓｓ邋化ｓｔｅｒ邋ｏｆ邋ｔｙｐｅ邋ＨＢ－３０００逡逑本研究所制备的错基含油轴承试样主要基体元素为错，根据铅及侣合金的特性，使逡逑用布氏硬度测试试样的硬度ｔ４８ｌ试验使用ＨＢ－３０００型布氏硬度计，如图２．７所示，实验步逡逑骤为：１、安装压头与试台；２、选择试验力；３、选择试验力保持时间；４、正式实验；逡逑５、检验并确定实验结果。逡逑安装压头与试台；根据试验规范手册，选择合适的压头，本实验的材料主要为铅合逡逑金材料，因此按照说明书中的规范选择５ｍｍ的压头，用质地较软的纱布擦拭压头上的防逡逑镑油，待擦拭干净后装入主轴衬套内，旋转紧定螺钉使其轻径压于压头固定杆之扁平处，逡逑然后将试台安装在丝杠上。再将试样平稳、密合地安放在试台上，接着转动手轮，使试逡逑台缓慢上升，试样与压头接触直至手轮与螺母产生相对滑动，最后将压头紧定螺钉压紧逡逑于固定杆之扁平处。逡逑选择试验力：选用的试验力为１．８３９千牛（１８７．５公斤力）时，将巧码吊架挂在大杠逡逑杆尾部刀刃上即可；若加上６２．５公斤的巧码就形成２．４５２千牛（２５０公斤力）试验力；再逡逑加上５００公斤的栋码便形成了７．３５５千牛（７５０公斤力）试验力，Ｗ此类推。根据试验规范逡逑手册
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF125

【参考文献】