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含油轴承用粉末的现状与展望

日期:2019-5-9 19:00:13 点击:604

      含油轴承作为机电基础零件已被广泛应用于汽车、事务机械、家电制品、电动工具、音响器材、电脑相关设备等多种行业中。不同的工作条件对含油轴承提出了各种不同的材料和性能要求,比如说,一般的电动工具用含油轴承对耐磨性有特别的要求,音响机械用含油轴承则需要较低的摩擦系数等等。

   GB/T2688中规定的分为铁系、铁碳系、铁铜碳系、铁铜系、6-6-3青铜系等7种含油轴承材料已远远不能满足各种工况的需求,各轴承生产厂家又参照国外标准生产铁青铜系、铁黄铜系等材料的轴承。原料粉末的特性很大程度上决定了含油轴承的最终性能,如国外采用了镀铜铁粉为原料的轴承,含油率可以达到30%,压溃强度20kg/cm2以上。

  

   下面就结合扬州保来得在粉末国产化的过程中遇到的问题谈谈现阶段国产粉末在含油轴承中的应用及原料的改进需求,请大家参考。

  

  一、还原铁粉

  

  还原铁粉作为粉末冶金产业最重要的原材料,消耗量约占铁粉总量的70%~80%。自上世纪八十年代来还原铁粉已取得了长足的发展,主要生产设备和生产工艺已发生了结构性的变化,如一次还原从最初的倒焰窑发展到现在的150米以上的隧道窑,精还原炉也从自制的还原炉到逐渐使用引进的进口还原炉,破碎机组也在逐渐引进国外先进设备,最直接的结果是还原铁粉的质量和性能有了普遍的提高。国产还原铁粉我们认为仍存在以下问题:

  

  1、杂质含量高。

  

  国内还原铁粉大多数采用铁鳞作为原料,经过冲洗、粉碎、多道磁选、还原等工艺制成。受铁鳞来源的影响,锰、硅等的杂质不能在后面的工序中被有效去除,一般成品粉中锰含量0.4%~0.5%,硅含量0.15%以上,酸不溶物含量也在0.40%以上。这些杂质作为硬质相加剧了粉末成形和烧结品整形过程中模具的磨损。通常采用赫格纳斯生产的还原铁粉整形芯棒每50万只更换,而国产粉芯棒更换的频率为20万只。

  

  2、颗粒形状不佳。

  

  铁粉的表面形状直接影响压制后颗粒的相互嵌合,嵌合的多少很大程度上决定着成形性。国内铁粉生产厂家一般采用普通粉碎设备对铁鳞和海绵铁进行破碎,合批设备为双锥形搅拌机,在破碎和搅拌的同时破坏了颗粒表面的形貌,使粉末和粉末之间的咬合变少,从而降低了粉末的成形性。

  

  3.氧和碳含量偏高。

  

  由于国内大多数还原铁粉受到铁粉还原炉密封性、保护气氛流动方向、温控精确度等方面的限制,成品粉的氧含量一般在0.5%左右,碳含量一般在0.05%左右,大大降低了粉末的压制性,并很大程度上影响了烧结活性,降低了压溃强度;而进口还原粉分别控制在0.3%和0.02%以下。

  

  4.松装比重偏高。

  

  粉末的粒度分布会对松比产生很大的影响。由于因为受到粉碎及粒度分布的影响,铁粉中细粉含量特别是325目筛下物国产还原粉的松比一般情况下偏高,且波动较大,给批量生产带来了不稳定因素。国外一般用分级后的粉按一定的粒度分布按比例加入,保证了松比和流动性的稳定性。

  

  5.含油率偏低。

  

       铁粉颗粒内部的孔隙数量和大小直接影响着含油轴承的储油能力和出油速度。铁鳞还原粉内部孔隙较少且细小,横截面的孔隙率一般是15~30%,国外还原铁粉的颗粒孔隙率可达到40%以上。对一般的铁基含油轴承,考虑到成品的强度,其密度一般5.90~6.10 g/cm3,国产粉的封闭孔隙率一般为6~8%,而进口粉为3.5~4.5%。

  

  总之,国产还原铁粉在一般要求的轴承中已得到广泛的应用,但随着5级、6级精度轴承的逐步推广,主机厂也要求不良品率提高到ppm级,现阶段还原铁粉的质量水平已不能满足需求,我们希望铁粉生产企业能在以下方面有所提高:

  

  1. 改善破碎设备,发展螺旋混粉合批机,尽可能保持铁粉颗粒表面形状的不规则;

  

  2. 保证稳定的铁鳞来源,并有足够大的混合能力,改进批量之间的稳定性;

  

  3. 保证细粉比例在可控制的范围内,实现不通过增加粗粉比例就能得到低松比;

  

  4. 改善球磨工艺,减少片状粉的含量,提高颗粒内部孔隙率并得到较大的孔隙;

  

  5. 改善成品粉包装,减少运输、储存过程中的氧化、结块问题。

  

  二、雾化铜粉

  

  由于铜的低摩擦系数和优良的抗咬合性,纯铜粉、青铜粉与还原铁粉混合或单独使用,用于制作广泛的使用的铁铜基、铜基含油轴承,年需求量相当巨大。随着环保意识的加强,6-6-3青铜粉正逐渐退出市场,电解铜粉也会逐渐减少,取而代之的是水雾化铜粉、铜锡扩散粉或合金粉。国内雾化纯铜粉的差距主要有:

  

  1.松比高

  

  国外先进的铜粉生产工艺是将雾化后的粉末进行焙烧氧化或研磨氧化,再高温还原得到类似还原铁粉内部形貌的雾化铁粉,松比一般在2.3~2.5 g/cm3,而国内现行工艺得到的雾化铜粉松比一般在2.7~3.0 g/cm3,相对较小的压缩比导致生坯强度较差;

  

  2.氧含量高

  

  类似于还原铁粉,受还原炉的局限国内雾化铜粉的氧含量偏高,导致烧结后的强度偏低且粉末的压制性较差。

  

  三、青铜粉

  

  由于目前雾化青铜粉的技术目前还不成熟,现阶段用得较多的是铜锡扩散粉或铜锡混合粉。国内基于雾化铜粉的扩散青铜粉同样存在松比高、氧含量高、烧结强度低等缺陷,集中表现在:

  

  1.类似于雾化青铜粉,松比和氧含量比较高;

  

  2.由于锡粉在烧结时向表面扩散或其他原因,烧结后产品的表面有“绿”色,影响了产品外观; 

  

  3.烧结后强度低。一般进口粉烧结强度为21kg/cm2,目前国产粉仅为17 kg/cm2,相对低的烧结强度限制了国产铜粉使用范围;

  

  4.烧结尺寸稳定性差。铜粉和锡粉进行混合时,由于锡粉较细容易产生偏析,导致了烧结时同一批次产品有大有小或同一产品变形严重,严重影响到整形后尺寸的精度。

  

  5.封闭孔隙率高。国产铜粉表面形状虽然不规则,但整体看表面比较光滑,颗粒内部也没有形成孔隙,含油轴承的封闭孔隙率比较高,导致相同密度的产品出现含油率不足的现象。

  

   我们希望国产铜粉能克服上述问题,争取达到国外铜粉的水平,打破在高端铜粉市场进口粉一统天下的局面。

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