制造烧结金属含油轴承的高性能青铜粉
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将烧结的轴承进行了真空含浸润滑油处理。使 用的润滑油是合 成润滑油 Anclerol 465, 其密度于 16 下为 0. 92g / cm3, 而粘度于 40 下为 62mm2/ s。 测定了轴承的含油量和油的有效率。油的有效率是 根据轴承的总孔隙中油可达到与充填的百分率计算 的; 其是以用充填的孔隙的体积分数来报告的。
High performance bronze powders for self lubricated bearings
Nic Veloff, Anil Nadkarni, Thomas Murphy ( SCM M etal Products, Inc. , 2601 W eck Dr. Research T r iangle P ar k, NC 27709, USA)
测定了烧结体的性能, 其中包括密度、DC( 尺寸 变化) 、RCS( 径向压溃强度) 、韧性、砂漏、不圆度及 空气透气性。根据 OD( 外径) 和阴模尺寸间相差的 百分数计算了 DC。依照标准的 MP IF 试验程序测 定了 RCS 与韧性。RCS 是轴承承载能力的间接量 度。韧性是 根据 RCS 试验时 的断裂 变形测 定的。 砂漏是根据轴承顶端或底端与中间外径的差值计算 的。不圆度是根据在顶端与底端测量的相互成 90 的两个 OD 之差值计算的。空气透气性是在 p 为 6. 9 10- 3MPa 与 138 10- 3MP a 下测量的。
2 结果
2. 1 粉末性能 在这些试验中使用的 S2G 牌号粉末和标准预
第 25 卷第 5 期
N ic Veloff 等: 制造烧结金属含油轴承的高性能青铜粉
389
混合青铜粉末的物理性能汇总于表 1。可见, 和传 2. 2 轴承性能
统预混合青铜粉相比较, S2G 粉末的细粉( < 45 m)
表 2 为在 760~ 850 范围内, 于四种不同温度
1 试验程序
1. 1 粉末的生产与试验 三种新青铜粉的牌号为 Sure2 GlideT M , 他们都
是用专有技术制造的。将组成与生产工艺相结合, 大大降低了生产成 本。这三种 牌号的标记分 别为 S2G- 100, S2G- 110 及 S2G- 120。将这些粉末和 由 90% ( 质量分 数) 氧 化物还 原的 Cu 粉 ( 粒 径 < 100 m) 与 10% ( 质量分数) 雾化 Sn 粉组成的 标准
> 74 m /%
52. 5 39. 3 35. 2 7. 1
> 45 m /%
22. 3 24. 4 21. 3 32. 2
< 45 m /%
17. 2 23. 3 22. 1 60. 7
生坯强度 ( 于 6. 3g/ cm3 下)
/ M Pa 8. 3 7. 4 8. 0 5. 3
参考牌号
S2G- 100 S2G- 110 S2G- 120 预混合粉
四海文苑
制造烧结金属含油轴承 的高性能青铜粉
Nic V eloff Anil N adkarni T homas M urphy
( SCM M etal Pr oducts, lnc. , 2601 weck Dr. Research T riangle Park, N C 27709)
摘 要: 自 润滑青铜轴承的性能决定于许多因素的综 合作用, 诸如 精整后 的密度、径向 压溃强 度( R CS) 、含 油量、表面粗糙度、施加的载荷、轴的速度及孔隙结构。压坯与烧结体的密度以及烧结时 的尺寸变化 ( DC) , 在 轴承制造中都很重要。这篇文章阐述了生产高使用性 能烧结轴 承用的一系 列新的青 铜粉末。对使用 性能的 测定表明, 与 用标准的预混合青铜粉末制造的轴承相比, 这些轴承 摩擦系数 较小, 温 升较低且 稳定, 而 且径向 压溃强度较高。性能优异是因为连通孔隙结构较细 小, 从而 通过极好 的毛细作用 可吸入大 量油。在理论 上, 较高的 RCS 可使轴承具有较高的承受载荷的能力。 关键词: 粉末冶金自润滑轴承; 含油轴承; 青铜粉; S2G 青铜粉
S2G- 100 S2G- 110 S2G- 120 预混合粉
S2G- 100 S2G- 110 S2G- 120 预混合粉
Abstract: Bearing performance of self lubricated bronze bear ings is dependent on a combinatio n of many factors, such as sized density, Radial Crush Strength ( RCS ) , oil content, surface finish, applied load, shaft speed, and pore structure. Compacted and sintered densities, and Dimensional Chang e( DC) dur ing sintering are important in the manufactrur e of the bearings. T his paper descr ibes a series o f new bro nze powders t hat produce sintered bearings wit h impr oved performance. P erformance evaluation of these bearings show ed lower coefficients of friction, low er peak and steady state temperatures, and higher R CS t han bearings made from standard premix ed bronze pow ders. T he superior performance is attributed to a finer interconnected po re structure, which results in high oil absor ption wit h excellent capillarity. T he higher RCS can theoretically provide a higher load carrying capability in the bear ings. Key words: PM self lubricated bearings; o illess bear ings; bronze powders; S2G bronze powders
3 88
粉末冶金技术
2007 年 10 月
多孔性青铜含油轴承一般是由 Cu90% ( 质量分 数) 与 Sn10% ( 质量分数) 及润滑剂的预混合粉生产 的。用模具将预混合粉于 138~ 345M Pa 压力下压 制成密度为 6. 0~ 7. 2g/ cm3 的生坯。通常, 在多带 网带炉中, 于保护气氛中, 将轴承压坯进行烧结。为 烧除润滑剂, 将网带炉的第 1 带, 即预热带的温度设 定为 425~ 650 。为使 Sn 与 Cu 合金化, 从而达到 所要求的烧结体强度, 将炉子的第 2 带, 即高温加热 带设定在 730~ 850 。为使砂漏、变形及不圆度的 量最小, 最好将网带速度与温度调节到既能使 Sn 与 Cu 有足够时间进行合金化, 又能达到所要求的尺寸 变化( DC) 。为获得规定的孔隙体积, 要控制 DC 及 烧结体密度。为确定轴承的尺寸与密度, 要将烧结 后的轴承进行精整, 而且要在真空下进行含浸油处 理。一般, 精整后密度变化较小的轴承的含油量较 高, 但径向压溃强度( RCS) 较低。设计轴承时, 必须 使要求的 RCS 与含油量相平衡。青铜轴承的承载 能力用 PV 值进行评定。PV 值是轴或轴承运转时, 负荷与线速度的乘积。PV 值和轴承的使用性能密 切相关, 因为 PV 值增大时, 轴承的使用寿命减小。 但当 PV 值很小, 运转速度太慢, 致使在轴承与轴之 间不能形成流体动力油膜时的情况除外。
将烧结 的轴承精整到 名义密度为 6. 5g/ cm3。 将精整的轴承按上述方法进行真空浸油。对含浸过 油的轴承, 测定了湿密度、含油量及油的有效率。
将含浸过油的轴承, 用 Falex 轴承试验机, 于名 义 PV 值 115MPa m/ m in 下进行了轴承使用性能试 验。测定了扭矩、峰值与稳定态温度、轴承的磨损及 油的损耗。计算了摩擦系数。
较少, 松装密度稍低, 而他们的生坯强度都较高。
下, 烧结的轴承性能。
表 1 S2G 牌号粉末与标准预混合青铜粉的特性
T able 1 Properties of the S2G grades of powders and the standar d premix ed bronze pow der
S CM 牌号
S2G - 100 S2G - 110 S2G - 120 预混合粉
松装密度 / ( g cm- 3)
流速 / [ s ( 50g) - 1]
2. 49
34
2. 62
33
3. 11
27
3. 14
34
> 280 m /%
0. 0 0. 0 0. 2 0. 0
> 154 m /%
8. 0 13. 0 21. 2 痕量
源自文库第 25 卷第 5 期 2007 年 10 月
粉末冶金技术
Powder Metallurgy Technology
Vol 25, No 5 Oct 2007
编者按: 近年来, 铜、锡等原料价格上涨, 国际上一些知名金属粉末生产厂家都在开发制造 青铜含油轴承用的性能高、价格低廉的替代材料。美国 SCM 公司在北美 Pow der M et . 2006 年会上发表的, 题为 H igh performance bronze pow ders f or self lubricat ed bearings , 就是一篇关于替代传统 90Cu- 10Sn 青铜粉的新型 S2G 青铜粉的试验报告, 这篇报告介 绍了他们开发的新型 S2G 青铜粉和传统预混合粉的性能比较、制造的青铜含油轴承的性 能比较以及使用性能的对比。经征得 SCM 公司同意, 特将此文译为中文予以刊载, 供国 内相关业者参考。需要指出的是, 国内现在以 铜包铁粉 替代铜粉制造青铜含油轴承者 日渐增多, 但很少有人作过全面的应用基础研究, 这是当前国内粉末原料生产厂家最需要 研究的重要问题之一。
预混合青铜粉进行平行试 验。所有粉 末都添加了 0. 75% ( 质量分数) 的润滑剂进行润滑, 并在试验室 的 V 型混料机中混合 20min。用 MP IF 标准试验方 法测定松装密度、流速及粒度分布。
将粉末压制成名义密度为 6. 3g/ cm3 的标准横 向断裂强度( T RS) 试棒。 1. 2 轴承的生产与试验
通常, 轴承的使用寿命在 3 000~ 10 000h。实 际上, 不经常进行轴承的使用寿命试验。一般采用 的方法是在运转以后立即依据轴承的温度监控轴承 的使用性能, 以之 作为轴承使用寿 命的近似指标。 使用寿命较短与运转期间的温度升高有关。温度升 高是因为固定轴承和消除轴承与轴之间的表面凹凸 不平。轴与轴承间较大的摩擦系数会导致轴承温度 较高, 还会使油变质, 最终使轴承失效。为获得轴承 的相对使用性能数据, 利用磨合期的峰值与稳态温度 是一条捷径。但可能会有其他因素影响最终的轴承 使用性能, 而且仅只出现在寿命使用性能试验期间。
用双 向成形模具, 将粉末压 制成 25. 4mm 19. 0mm 19. 0mm 的 轴承生坯。生坯的 名义重 量与 密 度 分 别 为 27g 与 6. 3g/ cm3。 用 带 宽 为 102mm 的连续网带炉, 在由 25% ( 体积分数) N2 + 75% ( 体积分数) H2 组成的分解氨气体中, 于 760~ 850 温度范围内进行烧结。将网带速度调节到在 760 下烧结 14min, 而在较高烧结温度 760~ 850 下保温约 4min。
High performance bronze powders for self lubricated bearings
Nic Veloff, Anil Nadkarni, Thomas Murphy ( SCM M etal Products, Inc. , 2601 W eck Dr. Research T r iangle P ar k, NC 27709, USA)
测定了烧结体的性能, 其中包括密度、DC( 尺寸 变化) 、RCS( 径向压溃强度) 、韧性、砂漏、不圆度及 空气透气性。根据 OD( 外径) 和阴模尺寸间相差的 百分数计算了 DC。依照标准的 MP IF 试验程序测 定了 RCS 与韧性。RCS 是轴承承载能力的间接量 度。韧性是 根据 RCS 试验时 的断裂 变形测 定的。 砂漏是根据轴承顶端或底端与中间外径的差值计算 的。不圆度是根据在顶端与底端测量的相互成 90 的两个 OD 之差值计算的。空气透气性是在 p 为 6. 9 10- 3MPa 与 138 10- 3MP a 下测量的。
2 结果
2. 1 粉末性能 在这些试验中使用的 S2G 牌号粉末和标准预
第 25 卷第 5 期
N ic Veloff 等: 制造烧结金属含油轴承的高性能青铜粉
389
混合青铜粉末的物理性能汇总于表 1。可见, 和传 2. 2 轴承性能
统预混合青铜粉相比较, S2G 粉末的细粉( < 45 m)
表 2 为在 760~ 850 范围内, 于四种不同温度
1 试验程序
1. 1 粉末的生产与试验 三种新青铜粉的牌号为 Sure2 GlideT M , 他们都
是用专有技术制造的。将组成与生产工艺相结合, 大大降低了生产成 本。这三种 牌号的标记分 别为 S2G- 100, S2G- 110 及 S2G- 120。将这些粉末和 由 90% ( 质量分 数) 氧 化物还 原的 Cu 粉 ( 粒 径 < 100 m) 与 10% ( 质量分数) 雾化 Sn 粉组成的 标准
> 74 m /%
52. 5 39. 3 35. 2 7. 1
> 45 m /%
22. 3 24. 4 21. 3 32. 2
< 45 m /%
17. 2 23. 3 22. 1 60. 7
生坯强度 ( 于 6. 3g/ cm3 下)
/ M Pa 8. 3 7. 4 8. 0 5. 3
参考牌号
S2G- 100 S2G- 110 S2G- 120 预混合粉
四海文苑
制造烧结金属含油轴承 的高性能青铜粉
Nic V eloff Anil N adkarni T homas M urphy
( SCM M etal Pr oducts, lnc. , 2601 weck Dr. Research T riangle Park, N C 27709)
摘 要: 自 润滑青铜轴承的性能决定于许多因素的综 合作用, 诸如 精整后 的密度、径向 压溃强 度( R CS) 、含 油量、表面粗糙度、施加的载荷、轴的速度及孔隙结构。压坯与烧结体的密度以及烧结时 的尺寸变化 ( DC) , 在 轴承制造中都很重要。这篇文章阐述了生产高使用性 能烧结轴 承用的一系 列新的青 铜粉末。对使用 性能的 测定表明, 与 用标准的预混合青铜粉末制造的轴承相比, 这些轴承 摩擦系数 较小, 温 升较低且 稳定, 而 且径向 压溃强度较高。性能优异是因为连通孔隙结构较细 小, 从而 通过极好 的毛细作用 可吸入大 量油。在理论 上, 较高的 RCS 可使轴承具有较高的承受载荷的能力。 关键词: 粉末冶金自润滑轴承; 含油轴承; 青铜粉; S2G 青铜粉
S2G- 100 S2G- 110 S2G- 120 预混合粉
S2G- 100 S2G- 110 S2G- 120 预混合粉
Abstract: Bearing performance of self lubricated bronze bear ings is dependent on a combinatio n of many factors, such as sized density, Radial Crush Strength ( RCS ) , oil content, surface finish, applied load, shaft speed, and pore structure. Compacted and sintered densities, and Dimensional Chang e( DC) dur ing sintering are important in the manufactrur e of the bearings. T his paper descr ibes a series o f new bro nze powders t hat produce sintered bearings wit h impr oved performance. P erformance evaluation of these bearings show ed lower coefficients of friction, low er peak and steady state temperatures, and higher R CS t han bearings made from standard premix ed bronze pow ders. T he superior performance is attributed to a finer interconnected po re structure, which results in high oil absor ption wit h excellent capillarity. T he higher RCS can theoretically provide a higher load carrying capability in the bear ings. Key words: PM self lubricated bearings; o illess bear ings; bronze powders; S2G bronze powders
3 88
粉末冶金技术
2007 年 10 月
多孔性青铜含油轴承一般是由 Cu90% ( 质量分 数) 与 Sn10% ( 质量分数) 及润滑剂的预混合粉生产 的。用模具将预混合粉于 138~ 345M Pa 压力下压 制成密度为 6. 0~ 7. 2g/ cm3 的生坯。通常, 在多带 网带炉中, 于保护气氛中, 将轴承压坯进行烧结。为 烧除润滑剂, 将网带炉的第 1 带, 即预热带的温度设 定为 425~ 650 。为使 Sn 与 Cu 合金化, 从而达到 所要求的烧结体强度, 将炉子的第 2 带, 即高温加热 带设定在 730~ 850 。为使砂漏、变形及不圆度的 量最小, 最好将网带速度与温度调节到既能使 Sn 与 Cu 有足够时间进行合金化, 又能达到所要求的尺寸 变化( DC) 。为获得规定的孔隙体积, 要控制 DC 及 烧结体密度。为确定轴承的尺寸与密度, 要将烧结 后的轴承进行精整, 而且要在真空下进行含浸油处 理。一般, 精整后密度变化较小的轴承的含油量较 高, 但径向压溃强度( RCS) 较低。设计轴承时, 必须 使要求的 RCS 与含油量相平衡。青铜轴承的承载 能力用 PV 值进行评定。PV 值是轴或轴承运转时, 负荷与线速度的乘积。PV 值和轴承的使用性能密 切相关, 因为 PV 值增大时, 轴承的使用寿命减小。 但当 PV 值很小, 运转速度太慢, 致使在轴承与轴之 间不能形成流体动力油膜时的情况除外。
将烧结 的轴承精整到 名义密度为 6. 5g/ cm3。 将精整的轴承按上述方法进行真空浸油。对含浸过 油的轴承, 测定了湿密度、含油量及油的有效率。
将含浸过油的轴承, 用 Falex 轴承试验机, 于名 义 PV 值 115MPa m/ m in 下进行了轴承使用性能试 验。测定了扭矩、峰值与稳定态温度、轴承的磨损及 油的损耗。计算了摩擦系数。
较少, 松装密度稍低, 而他们的生坯强度都较高。
下, 烧结的轴承性能。
表 1 S2G 牌号粉末与标准预混合青铜粉的特性
T able 1 Properties of the S2G grades of powders and the standar d premix ed bronze pow der
S CM 牌号
S2G - 100 S2G - 110 S2G - 120 预混合粉
松装密度 / ( g cm- 3)
流速 / [ s ( 50g) - 1]
2. 49
34
2. 62
33
3. 11
27
3. 14
34
> 280 m /%
0. 0 0. 0 0. 2 0. 0
> 154 m /%
8. 0 13. 0 21. 2 痕量
源自文库第 25 卷第 5 期 2007 年 10 月
粉末冶金技术
Powder Metallurgy Technology
Vol 25, No 5 Oct 2007
编者按: 近年来, 铜、锡等原料价格上涨, 国际上一些知名金属粉末生产厂家都在开发制造 青铜含油轴承用的性能高、价格低廉的替代材料。美国 SCM 公司在北美 Pow der M et . 2006 年会上发表的, 题为 H igh performance bronze pow ders f or self lubricat ed bearings , 就是一篇关于替代传统 90Cu- 10Sn 青铜粉的新型 S2G 青铜粉的试验报告, 这篇报告介 绍了他们开发的新型 S2G 青铜粉和传统预混合粉的性能比较、制造的青铜含油轴承的性 能比较以及使用性能的对比。经征得 SCM 公司同意, 特将此文译为中文予以刊载, 供国 内相关业者参考。需要指出的是, 国内现在以 铜包铁粉 替代铜粉制造青铜含油轴承者 日渐增多, 但很少有人作过全面的应用基础研究, 这是当前国内粉末原料生产厂家最需要 研究的重要问题之一。
预混合青铜粉进行平行试 验。所有粉 末都添加了 0. 75% ( 质量分数) 的润滑剂进行润滑, 并在试验室 的 V 型混料机中混合 20min。用 MP IF 标准试验方 法测定松装密度、流速及粒度分布。
将粉末压制成名义密度为 6. 3g/ cm3 的标准横 向断裂强度( T RS) 试棒。 1. 2 轴承的生产与试验
通常, 轴承的使用寿命在 3 000~ 10 000h。实 际上, 不经常进行轴承的使用寿命试验。一般采用 的方法是在运转以后立即依据轴承的温度监控轴承 的使用性能, 以之 作为轴承使用寿 命的近似指标。 使用寿命较短与运转期间的温度升高有关。温度升 高是因为固定轴承和消除轴承与轴之间的表面凹凸 不平。轴与轴承间较大的摩擦系数会导致轴承温度 较高, 还会使油变质, 最终使轴承失效。为获得轴承 的相对使用性能数据, 利用磨合期的峰值与稳态温度 是一条捷径。但可能会有其他因素影响最终的轴承 使用性能, 而且仅只出现在寿命使用性能试验期间。
用双 向成形模具, 将粉末压 制成 25. 4mm 19. 0mm 19. 0mm 的 轴承生坯。生坯的 名义重 量与 密 度 分 别 为 27g 与 6. 3g/ cm3。 用 带 宽 为 102mm 的连续网带炉, 在由 25% ( 体积分数) N2 + 75% ( 体积分数) H2 组成的分解氨气体中, 于 760~ 850 温度范围内进行烧结。将网带速度调节到在 760 下烧结 14min, 而在较高烧结温度 760~ 850 下保温约 4min。