粉末冶金自润滑轴承标准

国际标准化组织(ISO)1996年对ISO5755《烧结金属材料规范》进行了修订[2]。但其中关于粉末冶金自润滑轴承材料的牌号较少，也没有关于轴承设计与应用的说明。

美国金属粉末工业联合会(MPIF)，自1965年发布《粉末冶金自润滑轴承》材料标准以来，先后于1974、1976、1986、1990及1998进行了修订。1998年版[3]比1990年版[4]增加了4个材料牌号，在工程知识方面也增加了一些新内容。

特全文介绍如下。

1 注释与推荐的做法

1.1 最小值概念对于粉末冶金材料，MPIF采用了最小性能值概念。在设计粉末冶金轴承时，可能会采用诸如含油量与径向压溃力这些值。化学组成、密度，和在一些场合，径向压溃力也都列出了最大值。利用不同的化学组成、颗粒形状、密度和或工艺技术可达到同样的性能，这是粉末冶金的一大优点。

最小值是由产需双方确定的在一个生产批量中所有轴承在统计上都要超过的值。产需双方应商定取样方法。

需方应选择和详细说明对于具体应用最合适的粉末冶金材料与性能系统。提供的数据规定了列举的材料的值与给出了最低性能。利用较复杂的工艺过程还可改进使用性能。为了选择一种在性能与价格上都可行的最佳材料，和粉末冶金生产厂家讨论轴承的用途是很重要的。

利用MPIF标准35拟订粉末冶金轴承的技术条件，意味着除非产需双方另有协议外，材料性能至少具有标准中规定的最小值。

1.2 牌号选择

在选择一种特定的材料牌号之前，需要对包括尺寸公差在内的轴承设计与其最终用途进行细致分析。此外，还应考虑成品轴承的最终性能要求，例如密度、孔隙度、抗压强度、耐蚀性、耐磨性、含油量、油的种类、表面粗糙度及和应用相关的任何其他要求。建议在最终选定材料牌号之前，产需双方间就上述各个方面进行讨论。

除了本标准中已标准化的轴承材料之外，还有可用于特殊用途的拥有专利的其他材料。(关于设计的建议和与正确使用粉末冶金自润滑轴承有关的其他知识见MPIF出版的粉末冶金设计手册。)

1.3 名称

在前缀字符代号之后的4位数字指的是材料组成。

在有色金属材料中，4位数字系列的前2位数字表示主要合金化组份的百分含量。4位数字系列的后2位数字表示次要合金化组分的百分含量。代号中虽未包括其他次要元素，但在每一种标准材料的“化学组成”中都已给出。粉末冶金有色金属材料牌号代号举例如下:

在铁基材料中，主要合金化元素(除化合碳外)都包括在前缀字符代号中，代号中虽不包括其他元素，但在每一种标准材料“化学组成”中都已将它们列出。4位数字代号前2位数字表示主要合金化组元的百分含量。K代表径向压溃强度，以103psi表示。

在4位数字系列中，最后2位数字表示铁基材料的化合碳含量。在代号系统中，冶金化合碳的范围表示如下:

后缀2位数字表示系数K的最小值，K是以103psi表示的。需方可根据粉末冶金材料的化学成分预计K值。字符K表示轴承材料牌号。

1.4 化学组成

每种材料的化学组成都列出了主要元素质量百分含量的最小与最大值。其他元素包括用差减法求出的所有其他元素。这些元素可能包括为特殊目的添加的其他次要元素与各个组份中含有的常量无关元素。

粉末冶金自润滑材料的化学组成规范表述的是烧结态材料。诸如精整、切削加工、滚磨或浸油之类后续作业都可能改变化学分析的结果。只要取样(钻取切屑)时未受到油或氧化物之类污染，就不会妨碍检验烧结态零件的化学组成。在某些场合，不管是为了精整还是为了润滑含浸的润滑剂，用Soxh let萃取法(ASTMB328)都可以部分地除去。

经过精整、滚磨、切削加工或含浸处理的零件都会被含碳材料污染，因此，在定碳之前必须将含碳材料除去。还无法将某些这类污染材料完全除去;因此，也就无法测定出精确的含碳量。铁中的化合碳含量可用全相估计珠光体的面积百分率来测定:100%珠光体约等于0 8%碳。

1.5 显微组织可将粉末冶金轴承显微组织的检验作为一种诊断手段，用来揭示烧结程度和对粉末冶金制造过程至关重要的其他冶金信息。兹就对大多数烧结材料通用的几项检查叙述如下。

在选择显微组织分析用粉末冶金零件磨片时，对于镶样与研磨建议采用平行于压制方向的内平面。应将粗与精抛光一直继续到估计所有孔隙都已被显露出来。孔隙的面积百分率表示零件的密度。例如，80%致密的轴承，其孔隙占有的面积应约为20%。

在制备显微组织检验用的试样时，像为自润滑设计的这些低密度材料，必须浸以镶样树脂。这将有助于防止切削加工或抛光时孔隙发生畸变。烧结轴承往往首先在未腐蚀状态下进行检验。在正常的烧结件中，于200×下将极少或不会看出原始颗粒界。必须用Soxhlet萃取法除去轴承中含有的油，从而，它不会干扰显微镜检验。对未腐蚀的内径表面的检验应显示出表面的孔隙度。

在90 10铜锡青铜轴承中，组织应为α青铜与最少量淡红色富铜区，和没有灰色的铜锡化合物。在铁铜轴承中，铜应熔化和流到周围的小孔隙中。含铜量为5%到10%时，将可以看出铜的熔化区域。含铜量为2%或更少时，一般不会有游离铜存在。轴承组织中显示的原始颗粒界应最少。“低”青铜的显微组织兼有铁与青铜组织的外观。

依据制造工艺过程，铁石墨材料的显微组织中或者含有游离石墨或者含有游离石墨/化合碳的混合物。为了在金相检验时能保持住石墨，在粒度为400与600的SiC砂纸上进行粗磨，然后于中等压力下，在250r/min的抛光盘上的短绒毛布上，用粒度1μm的金刚石抛光2~6min。

2 定义与公式

2.1 含浸油低密度粉末冶金零件或轴承中的可控、连通孔隙结构使着其可含浸以润滑油。从而，就赋予它们以自润滑性能。当零件摩擦发热时，油膨胀与流至轴承表面。在运转中，当轴旋转时，油就从轴承中被“抽出”。冷却时，油又借助毛细作用被吸入金属的孔隙中。粉末冶金轴承按容积一般可吸收10%~30%的油。含浸油是用真空技术或用在加热的油中浸泡零件来实现的。(见本文“8”关于这方面的进一步的工程知识)。

2.2 孔隙度孔隙度是轴承中孔隙容积所占的百分率。它是密度的余数。理论密度为85%的轴承，其孔隙度为15%。轴承中的孔隙如同海绵一样，呈伸展到表面的互通孔隙网络状。连通孔隙度对于自润滑轴承的使用性能很重要，是这类材料技术条件中的一项性能。孔隙度的计算如下:

另外:

(1)所有称量都要用分析天平精密到0 1%。

(2)蒸馏水中应添加0 1%~0 2%(质量分数)润湿剂，以将称量试样时水的表面张力的影响减小到最小限度。

(3)试样的质量最少为2g。

(4)用来在水中悬挂试样的细丝的直径应为0 12~0 25mm。沉入水中时，试样或丝上都不得附着有空气泡。

(5)水的密度根据表2确定。

注:1.表中值取自“MetrologicalHandbook145，QualityAssuranceforMeasurement，”1990，NIST，p9、10，和表示的是在空气中于1大气压下的值;

2.关于详细的情况见MPIF标准42。

2.3 接收状态轴承的容积含油率含油率(P1)表示接收状态轴承孔隙中充填的油的容积百分率。容积含油率可计算如下:

另外:

(1)所有称量都用分析天平精密到0 1%。

(2)蒸馏水中应添加0 1%~0 2%(质量分数)润湿剂，以将称量试样时水的表面张力的影响减小到最低限度。

(3)试样的质量至少应为2g。

(4)用来在水中悬挂试样的细丝的直径应为0 12~0 25mm。当沉入水中时，试样或丝上都不得附着有空气泡。