制作钢基双面铜合金轴承毛坯的骨架和以其制备钢基双面铜合金轴承毛坯及其轴承的方法
【专利摘要】本发明涉及一种制作钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架及采用该骨架制备钢基双面铜合金轴承毛坯及其轴承成品的方法。第一步，制作钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，包括筒形工艺钢壳、筒形钢基和定位件，筒形工艺钢壳的内壁与筒形钢基的外壁之间形成熔铸空间。第二步，对骨架进行熔铸前处理，包括化学预处理和铸前处理；第三步，将配制好的非铁合金颗粒定量地放入钢坯中、封盖、离心熔铸成型、冷却、消除应力；第四步机加工得到轴承成品；本发明提高了钢基与非铁合金的接合强度，减少了外喷敷或电镀工序，提高了劳动生产率，降低了生产成本，同时也避免了环境污染。
【专利说明】制作钢基双面铜合金轴承毛坯的骨架和以其制备钢基双面铜合金轴承毛坯及其轴承的方法
[0001]
【技术领域】
本发明涉及钢基双金属轴承的制备方法，特别涉及一种制作钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架及采用该骨架制备钢基双面铜合金轴承毛坯及其轴承成品的方法。
【背景技术】
[0002]钢基双金属复合材料是近几年国家研究开发、推广的一种新型材料。它是以钢为基体，内表面或内、外表面复合非铁金属及合金，这样不仅增加了非铁金属及合金的强度，同时节约了大量的非铁金属及合金，这种复合材料广泛应用于蜗轮、轴瓦、轴套等行业。特别是用钢基作载体，内外覆盖两层铜合金作为滑动轴承毛坯材料，可有效地减小滑动轴承的结构空间，提高承载能力，增加旋转速度，从而获得高强度、性能优良的双面双金属径向滑动轴承。常用的钢基双面铜合金轴承复合材料的制备方法有静止浇铸法、离心浇铸法、粉未烧结法等，但是上述方法均不能一次制成所需要的双面双金属轴承复合材料，而是需要分2步进行:先是在钢基的内表面复合铜合金，经加工成型后，再在钢基的外壳上喷敷、烧结或电镀一层铜合金。很显然，这种分步制作的方法很不方便。同时这种外喷敷的方法所获得的喷敷层与钢背的结合强度不是太好；而如果采用电镀沉积的方法，则不仅费时，而且还污染环境，同时当电镀层超过一定的厚度时，钢基与所覆金属之间的结合强度也不理想。
【发明内容】
[0003]本发明的目的之一是提供一种方便制作钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架。
[0004]本发明的目的之二是提供一种采用该骨架制备钢基双面铜合金轴承毛坯的方法。
[0005]本发明的目的之三是提供一种采用该骨架制备钢基双面铜合金轴承的方法。
[0006]实现本发明第一发明目的的技术方案为:
一种制造钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，包括筒形工艺钢壳和筒形钢基，筒形钢基置于筒形工艺钢壳内，筒形钢基的两端均设有沿圆周方向上间隔分布的若干定位件，定位件的外侧面与筒形工艺钢壳的内壁相抵，使得筒形钢基与筒形工艺钢壳相互定位，筒形钢基的内孔与沿圆周方向上间隔分布的相邻两个定位件之间的空间相通，并通往筒形工艺钢壳的内壁与筒形钢基的外壁之间形成的空间。
[0007]优选，所述定位件焊接在筒形钢基的端面。
[0008]优选，所述定位件为T形块和/或L形块。
[0009]优选，所述定位件与筒形钢基制成一体，以进一步提高筒形钢基和筒形工艺钢壳的同轴精度，从而提闻轴承毛还的成品率。
[0010]优选，所述定位件为一段轴向截面的外径端呈圆弧形的凸体。
[0011]优选，所述定位块的外部轮廓呈圆弧状流线型。
[0012]优选，所述定位件沿圆周方向上均匀分布，以使筒形钢基与筒形工艺钢壳之间更好地保持同轴。
[0013]优选，所述筒形钢基的两端均有三个定位件。
[0014]优选，所述筒形钢基为两个或两个以上。
[0015]采用上述设计合理的结构后，由于每个筒形钢基的两端均设有沿圆周方向上间隔分布的若干定位件，定位件的外侧面与筒形工艺钢壳的内壁相抵，这样每个筒形钢基就与筒形工艺钢壳相互定位，并保持基本同轴；筒形钢基的内孔与定位件之间的空隙相通，并通往筒形工艺钢壳的内壁与筒形钢基的外壁之间形成的空间。这样相当于在筒形钢基的内外表面形成了一个设计非常合理的铜合金流动通道，有利于筒形钢基的内外表面在感应加热颗粒离心熔铸时同时镀覆铜合金，且不易松脱和变形，制造出的钢基双面铜合金轴承毛坯成品率较高。本结构设计合理，能够实现筒形钢基内外表面一次性覆盖双面铜合金，为钢基双面铜合金轴承毛坯的制造提供了极大的方便。
[0016]实现本发明第二发明目的的技术方案为:一种制备钢基双面铜合金轴承毛坯的方法，依次包括如下步骤:
第一步，制作如权利要求1?8所述的钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架；
第二步，对第一步制得的骨架先进行熔铸前处理，包括化学预处理和铸前处理；化学预处理包括碱洗、酸洗、漂洗、挂盐；铸前处理包括在骨架两端粘贴有中心孔的封盖，并使封盖后的骨架烘干；
第三步，根据所制作轴承毛坯的大小，称量所需要加入的干燥的铜合金颗粒和助熔剂及脱氧剂，并将其混匀后放入骨架内；
第四步，将装有铜合金颗粒和助熔剂及脱氧剂的骨架装夹到水平离心铸机的支架上进行感应加热、颗粒离心熔铸，冷却后成型；制得钢基双面铜合金轴承毛坯。
[0017]优选地，在第一步中，所述定位件与筒形钢基制成一体。
[0018]优选地，在第一步中，所述定位件与筒形钢基制成一体，且所述定位件为一段圆弧形体。
[0019]优选地，在第一步中，所述定位件的内、外部轮廓呈圆弧状流线型；更优选地，在第一步中，所述定位件为一段圆弧形体。
[0020]优选地，在第二步中，所述封盖由石棉材料制作而成。
[0021 ] 优选地，在第三步中，所述助熔剂的加入量为铜合金颗粒重量的5%，所述助熔剂为铜焊剂。
[0022]优选地，在第三步中，所述脱氧剂的加入量为铜合金颗粒重量的1%?5%，所述脱氧剂为细木炭颗粒或木屑。
[0023]优选地，在第四步中，所述的感应加热是用感应加热器将骨架包容后加热温度至1050°C?1150°C，采用功率40?80千瓦，加热时间至骨架表面呈均匀黄红色。
[0024]优选，在第四步中，所述冷却是采用双向大流量冷却水冷却到骨架表面能有滞留水带。
[0025]优选地，在第五步中，对第四步制得的钢基双面铜合金轴承毛坯进行消除应力处理。
[0026]上述第一步制作的钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，包括筒形工艺钢壳和筒形钢基，筒形钢基置于筒形工艺钢壳内，筒形钢基和筒形工艺钢壳通过定位块相互固定定位，且使筒形钢基和筒形工艺钢壳保持基本同轴；并借助于间隔分布的定位件在筒形钢基与筒形工艺钢壳之间形成铜合金流动通道；这种钢坯骨架模型的机理是用筒形工艺钢壳箍住中间的合金使其与筒形钢基结合，再用内层的合金通过离心力使其与筒形钢基结合，待熔铸、冷却成型后再将筒形工艺钢壳和定位件都加工掉，最终形成以筒形钢基为芯，内外敷铸铜合金的“三明治”。
[0027]为了保证铜合金颗粒熔化后在离心力的作用下能在筒形钢基的内外表面自由流动，并覆铸在筒形钢基的内外表面，在筒形钢基与筒形工艺钢壳之间设计了沿圆周方向间隔均匀分布的定位件，该定位件既将筒形钢基与筒形工艺钢壳互相更好地同轴定位，又可以保证筒形钢基与筒形工艺钢壳之间具有合金流动通道，此定位件最后与筒形工艺钢壳一起加工掉，解决了筒形钢基在筒形工艺钢壳中的扭曲和窜位问题，保证了筒形钢基的内外层铜合金能达到轴承产品所要求的同轴精度。
[0028]所述定位件与筒形钢基最好为一整体结构，即制成一体，可以更好地保持同轴精度，有利于提高最终轴承产品的成品率；所述定位件的内、外部轮廓最好呈圆弧状流线型，有助于熔化的铜合金溶液在筒形钢基内外表面的畅通流动，可以获得更加均匀、结合力好的铜合金层。
[0029]在第二步的化学预处理中，所述挂盐是将骨架置于一定浓度的硼砂溶液中；在第二步的铸前处理中，所述封盖由石棉材料制作而成。
[0030]在第二步，即骨架熔铸前的处理中，为了提高铜合金与筒形钢基的结合强度，减少铸造的缺陷，通常对骨架进行碱洗、酸洗、去酸、挂盐等常规工序的化学预处理；最后将有孔的封盖粘贴在骨架两端，并烘干脱水。
[0031]这一方面是为了除掉在机械加工或运输过程中粘附在骨架表面的油污及脏物，另一方面也是使骨架内部各表面处于还原状态，以利于提高其与铜合金的结合强度；所述挂盐是将骨架置于一定浓度的硼砂溶液中；在铸前处理中，将有中心孔的封盖粘贴在骨架的两端，是用来防止铜合金颗粒或熔液在离心旋转过程中不外泄；最好用带有中心孔的封盖封住骨架的两端；所述封盖最好由石棉材料制作而成。
[0032]在第三步中，所述助熔剂的加入量为铜合金颗粒重量的5%，所述助熔剂为铜焊剂。
[0033]在第四步中，采用感应加热、颗粒离心熔铸、快速冷却的工艺，制得。所述快速冷却是采用双向大流量冷却水冷却到骨架表面能有滞留水带。
[0034]为了保证内层铜合金具有足够的离心粘着力，又避免筒形钢基外部的铜合金液在离心力的作用下向外作用而与筒形钢基脱离、出现脱壳现象，同时也要避免在离心力的作用下筒形钢基产生弯矩力，而影响筒形钢基与铜合金的结合力不强、重则直接脱壳的现象，应根据轴承直径的大小确定合适的离心力，离心熔铸时的离心力计算公式如下式表示:
q= P X R ω2 /g= P X G ( g/cm3)( I )
式(I )中，P表示合金单位体积的质量，单位为g/cm3, ω表示旋转角速度,单位为rad/s, R表示轴承或筒形钢基的内直径，单位为cm，g表示重力加速度(9.81m/s2);理想的重力系数G范围是13.5~50.5，在该范围内均能使合金与筒形钢基产生良好的结合力。
[0035]在第四步中，所述的感应加热、颗粒离心熔铸工艺是用感应加热器将筒形工艺钢壳包容后，先采用较高功率熔融铜合金 ，再以较低功率保温至筒形工艺钢壳外表面呈均匀黄红色，即停电。
[0036]优选，在第四步中，所述的感应加热、颗粒离心熔铸工艺是用感应加热器将筒形工艺钢壳包容后采用功率40?80Kw，加热工件至1050°C?1150°C，加热时间至工艺钢壳表面呈均匀黄红色。
[0037]在感应加热、颗粒离心熔铸后，随之进入快速冷却工艺阶段，冷却的目的就是使液态铜合金按顺序由外到内均匀地凝固在筒形钢基的内、外壁上，使工件能够得到均匀而快速的冷却，这样既避免了筒形钢基与外层铜合金的剥离，又有效的提高了内外两层铜合金与筒形钢基的平行度。采用双向大流量冷却水，冷却至筒形工艺钢壳表面能有滞留水带止。制得钢基双面铜合金轴承毛坯。
[0038]进一步优选，在第五步中，所述消除应力处理，是把冷却后的钢基双面铜合金轴承毛坯，置入低温炉中进行消除应力处理，温度为180°C?220°C，时间约2h。
[0039]实现本发明的目的之三的技术方案为:
一种采用该骨架制备钢基双面铜合金轴承的方法，包括如下步骤:
首先，根据采用前述方法制得钢基双面铜合金轴承毛坯；
其次，对所制得的钢基双面铜合金轴承毛坯进行应力消除处理；
最后，对消除应力后的钢基双面铜合金轴承毛坯进行机加工，获得到所要求尺寸的轴承成品。
[0040]本发明提供的骨架结构设计合理，制作方便，能够在作为轴承毛坯的筒形钢基的内外表面一次性覆盖双面铜合金，为钢基双面铜合金轴承毛坯及其轴承成品的制造提供了极大的方便。
[0041]本发明的制备方法因为采用了上述结构设计合理的骨架，所以能在作为轴承毛坯的筒形钢基的内外表面一次性覆盖双面铜合金，从而可以省去一道外喷敷、烧结或电镀工序，并有利于环境保护；同时又因为采用了一次性感应加热颗粒离心熔铸的方法，将加热和离心熔铸合二为一，使制作步骤更加简单，提高了生产效率，且明显改善了筒形钢基与铜合金之间的结合强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是制作钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架的轴向结构示意图；
图2是图1沿A-A线的剖视图；
图3是制作钢基双面铜合金轴承毛坯用的另一种骨架的结构示意图；
图4是图3沿B-B线的剖视图；
图5是制作钢基双面铜合金轴承毛坯用的又一种骨架的结构示意图；
图6是图5的C向视图；
图7是用本发明图3和图4的骨架制造的钢基双面铜合金轴承毛坯的示意图；
图8是图7沿C-C线的剖视图；
图9是实施例1的轴向内合金层金相组织；
图10是实施例1的轴向外合金层金相组织；
图11是实施例1的径向内合金层金相组织；
图12是实施例1的径向外合金层金相组织； 图13是用实施例1所制得的轴承毛坯展平后的实物产品图；
图14是用实施例1所制得的轴承坯碾平后的实物照片。
【具体实施方式】
[0043]以下结合附图给出的实施例对制作钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架作进一步详细的说明。并结合制备方法的实施例对本发明的一次感应加热、颗粒离心熔铸法制造钢基双面铜合金轴承毛坯的工艺过程进行详细描述。
[0044]实施例1:本发明制作钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架的实施例。
[0045]如图1、2所示，是本发明的制作钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架的第一个实施例，一种制造钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，包括筒形工艺钢壳I和筒形钢基3，筒形钢基3置于筒形工艺钢壳I内，筒形钢基3的两端均设有沿圆周方向上间隔分布的若干定位件2，定位件2的外侧面与筒形工艺钢壳I的内壁相抵，使得筒形钢基3与筒形工艺钢壳I相互定位，筒形钢基3的内孔3-1与沿圆周方向上间隔分布的相邻两个定位件2之间的空间4相通，并通往筒形工艺钢壳I的内壁与筒形钢基3的外壁之间形成的空间5。
[0046]如图1、2所示，所述定位件2焊接在筒形钢基3的端面。所述定位件2为T形块和/或L形块。也即定位件2的轴向截面呈T形或L形。
[0047]如图1、2所示，所述定位件2沿圆周方向上均匀分布，以使筒形钢基3与筒形工艺钢壳I之间更好地保持同轴。
[0048]如图1所示，所述筒形钢基3为三个。
[0049]如图2所示，所述筒形钢基3的两端均有三个定位件2。当然筒形钢基3每端的定位件2也可以是两个或多个。
[0050]如图3、4所示，是本发明的制作钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架的第二个实施例，一种制造钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，包括筒形工艺钢壳I和筒形钢基3，筒形钢基3置于筒形工艺钢壳I内，筒形钢基3的两端均设有沿圆周方向上间隔分布的若干定位件2，定位件2的外侧面与筒形工艺钢壳I的内壁相抵，使得筒形钢基3与筒形工艺钢壳I相互定位，筒形钢基3的内孔3-1与沿圆周方向上间隔分布的相邻两个定位件2之间的空间4相通，并通往筒形工艺钢壳I的内壁与筒形钢基3的外壁之间形成的空间5。
[0051]如图3、4所示，所述定位件2与筒形钢基3制成一体。
[0052]如图3、4所示，所述定位件2为一段轴向截面的外径端呈圆弧形的凸体。
[0053]如图3、4所示，所述定位件2沿圆周方向上均匀分布，以使筒形钢基3与筒形工艺钢壳I之间更好地保持同轴。
[0054]如图3所示，所述筒形钢基3为三个。当然也可以为两个或四个或四个以上。
[0055]如图5、6所示，是本发明的制作钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架的第三个实施例，一种制造钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，包括筒形工艺钢壳I和筒形钢基3，筒形钢基3置于筒形工艺钢壳I内，筒形钢基3的两端均设有沿圆周方向上间隔分布的若干定位件2，定位件2的外侧面与筒形工艺钢壳I的内壁相抵，使得筒形钢基3与筒形工艺钢壳I相互定位，筒形钢基3的内孔3-1与沿圆周方向上间隔分布的相邻两个定位件2之间的空间4相通，并通往筒形工艺钢壳I的内壁与筒形钢基3的外壁之间形成的空间5。
[0056]如图5、6所示，所述定位件2与筒形钢基3制成一体。[0057]如图5、6所示，所述定位件2为一段轴向截面的外径端呈圆弧形的凸体。
[0058]如图5、6所示，所述定位件2沿圆周方向上均匀分布，以使筒形钢基3与筒形工艺钢壳I之间更好地保持同轴。
[0059]如图5所示，所述筒形钢基3为一个。
[0060]如图6所示，所述每个筒形钢基3的两端均有三个定位件2。当然筒形钢基3每端的定位件2也可以是两个或多个。
[0061]所述定位件2的外形轮廓最好是呈圆弧过渡的流线型，这样能减少铜合金熔液在合金通道中的流动阻力，有利于筒形钢基3表面获得更均匀的合金层。
[0062]如图7、8所示是用本发明方法制造的钢基双面铜合金轴承毛坯的示意图。
[0063]实施例2:采用本发明骨架制备钢基双面铜合金轴承毛坯方法的实施例。
[0064]一次性感应加热、颗粒离心熔铸法制造钢基双面铜合金滑动轴承毛坯，该轴承毛坯最终的内、外径尺寸要求分别为53和66mm，宽度尺寸要求为20mm，且内、外表面都要求覆盖一层Imm厚的符合ZCuPb24Sn4牌号要求的铜合金。依次按照如下工艺步骤进行:
第一步，制作如图1和图2所示的一种钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，包括筒形工艺钢壳I和筒形钢基3，筒形钢基3置于筒形工艺钢壳I内，筒形钢基3的两端均设有沿圆周方向上间隔分布的若干定位件2，定位件2的外侧面与筒形工艺钢壳I的内壁相抵，使得筒形钢基3与筒形工艺钢壳I相互定位，筒形钢基3的内孔3-1与沿圆周方向上间隔分布的相邻两个定位件2之间的空间4相通，并通往筒形工艺钢壳I的内壁与筒形钢基3的外壁之间形成的空间5。
[0065]第二步，对骨架进行熔铸前处理，包括化学预处理和铸前处理；
Al)化学预处理包括碱洗、酸洗、漂洗、挂盐；所述挂盐，就是把骨架浸入59TlO%的硼砂溶液后取出即可；
BI)铸前处理包括在骨架两端用耐高温粘结剂一羧甲基纤维素，粘贴有中心孔的封盖，并使封盖后的骨架烘干脱水；所述封盖采用石棉制作；
第三步、将500g的化学成份符合ZCuPb24Sn4牌号要求的铜合金颗粒和25g左右的铜焊剂混匀后从骨架两端封盖的中心孔置入骨架之中，滚至熔料铺平；制得待熔铸的工件。
[0066]第四步，感应加热、颗粒离心熔铸、冷却成型，该步又依次包括以下步骤:
a)将待熔铸的工件的两端用夹具装夹后装上离心熔铸机，慢慢加速启动，使其旋转，目的是使待熔铸的工件内部的铜合金颗粒在离心力作用下均匀分布在筒形钢基的内外表面处，到约IOs时升速至η = 700 r/min ；
b)将中频感应炉的感应器包容待熔铸的工件后进行感应加热，并离心熔铸；开始加热时的功率为60 Kw，加热时间为2min ;后降至功率30 Kw，加热时间为0.5min ;所述的感应加热是用感应加热器将待熔铸的工件包容后采用功率4(T80 Kw，加热温度至10500C?1150°C，加热时间至筒形工艺钢壳表面呈均匀黄红色。
[0067]c)快速冷却感应加热离心熔铸后的工件:采用上、下双向大流量冷却水，冷却至工艺钢壳表面能看到有滞留水带为止，制得钢基双面铜合金轴承毛坯。冷却水流量越大，冷却所用时间越短，通常冷却时间在15?25s为宜，所用冷却水的温度为室温，环境温度为自然温度；
第五步、消除应力处理:把钢基双面铜合金轴承毛坯放在能够提供180°C ?250°C温度范围的设备内进行消除铸造应力处理，时间约为2h ;所用设备可以是干燥箱或热处理炉
坐寸O
[0068]第六步，机加工上述消除应力处理后的钢基双面铜合金轴承毛坯，去除筒形工艺钢壳和定位件，得到所要求尺寸的轴承成品。
[0069]实施例3:采用本发明骨架制备钢基双面铜合金轴承毛坯方法的实施例。
[0070]一次性感应加热、颗粒离心熔铸法制造钢基双面铜合金滑动轴承毛坯，尺寸要求与实施例1相同，即该轴承毛坯最终的内、外径尺寸要求分别为53和66_，宽度尺寸要求为20mm,且内、外表面都要求覆盖一层Imm厚的符合ZCuPb24Sn4牌号要求的铜合金。最主要的不同之处，在于使用本发明如图3和图4所示的另一种结构形式的骨架。依次按照如下工艺步骤进行:
第一步，制作如图3和图4所示的另一种钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，包括筒形工艺钢壳I和筒形钢基3，筒形钢基3置于筒形工艺钢壳I内，筒形钢基3的两端均设有沿圆周方向上间隔分布的若干定位件2，定位件2的外侧面与筒形工艺钢壳I的内壁相抵，使得筒形钢基3与筒形工艺钢壳I相互定位，筒形钢基3的内孔3-1与沿圆周方向上间隔分布的相邻两个定位件2之间的空间4相通，并通往筒形工艺钢壳I的内壁与筒形钢基3的外壁之间形成的空间5。
[0071]第二步，对骨架进行熔铸前处理，包括化学预处理和铸前处理；
Al)化学预处理包括碱洗、酸洗、漂洗、挂盐；所述挂盐，就是把骨架浸入59TlO%的硼砂溶液后取出即可；
BI)铸前处理包括在骨架两端用耐高温粘结剂一羧甲基纤维素，粘贴有中心孔的封盖，并使封盖后的骨架烘干脱水；所述封盖采用石棉制作，并使封盖后的骨架烘干脱水。所述封盖最好采用石棉制作，装拆方便，还可以防止钢壳内壁受潮；
第三步、将500g的成份符合ZCuPb24Sn4牌号要求的铜合金颗粒和25g左右的铜焊剂混匀后从骨架两端封盖的中心孔置入骨架之中，滚至熔料铺平；制得待熔铸的工件；
第四步，感应加热、颗粒离心熔铸、冷却成型，该步又依次包括以下步骤:
a)将待熔铸的工件的两端用夹具装夹后装上离心熔铸机，慢慢加速启动，使骨架旋转，目的是使骨架内部的铜合金颗粒在离心力作用下均匀分布在筒形钢基的内外表面处，到约IOs时升速至n = 800r/min ；
b)将中频感应炉的感应器包容整个待熔铸的工件后进行感应加热,并离心熔铸；开始加热时的功率为67 Kw，加热时间为2min ;后降至功率40 Kw，加热时间为0.5min ；
c)快速冷却感应加热离心熔铸后的工件:采用上、下双向大流量冷却水，冷却至工艺钢壳表面能看到有滞留水带为止。冷却水流量越大，冷却所用时间越短，通常冷却时间在15^25s为宜，所用冷却水的温度为室温，环境温度为自然温度；制得钢基双面铜合金轴承毛还；
第五步，消除应力处理:把钢基双面铜合金轴承毛坯放在能够提供180°C ~250°C温度范围的设备内进行消除铸造应力处理，处理时间为2h ;所用设备可以是干燥箱或热处理炉
坐寸ο
[0072]第六步，机加工上述钢基双面铜合金轴承毛坯，去除筒形工艺钢壳和定位件，得到所要求尺寸的轴承成品。[0073]实施例4:采用本发明骨架制备钢基双面铜合金轴承毛坯方法的实施例。一次感应加热离心熔铸法制造具有钢基双面铜合金滑动轴承毛坯，该轴承毛坯最终的内、外径尺寸要求分别为43和54 mm，宽度尺寸要求为17 mm，且内、外表面都要求覆盖一层Imm厚的铜合金，其成份符合ZCuPb24Sn4牌号。依次按照如下工艺步骤进行:
第一步，制作如图7和图8所示的另一种钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，如图3和图4所示包括筒形工艺钢壳I和筒形钢基3，筒形钢基3置于筒形工艺钢壳I内，筒形钢基3的两端均设有沿圆周方向上间隔分布的若干定位件2，定位件2的外侧面与筒形工艺钢壳I的内壁相抵，使得筒形钢基3与筒形工艺钢壳I相互定位，筒形钢基3的内孔3-1与沿圆周方向上间隔分布的相邻两个定位件2之间的空间4相通，并通往筒形工艺钢壳I的内壁与筒形钢基3的外壁之间形成的空间5。
[0074]第二步，对骨架进行熔铸前处理，包括化学预处理和铸前处理；
Al)化学预处理包括碱洗、酸洗、漂洗、挂盐；所述挂盐，就是把骨架浸入59TlO%的硼砂溶液后取出即可。
[0075]BI)铸前处理包括在骨架两端用耐高温粘结剂一羧甲基纤维素，粘贴有中心孔的封盖，并使封盖后的骨架烘干脱水；所述封盖采用石棉制作，并使封盖后的骨架烘干脱水。
[0076]第三步、将500g的成份符合ZCuPb24Sn4牌号要求的铜合金颗粒和25g左右的铜焊剂混匀后从钢坯两端封盖的中心孔置入钢坯之中，滚至熔料铺平；制得待熔铸工件；
第四步、感应加热离心熔铸，该步又依次包括以下步骤:
a)将待熔铸工件的两端用夹具装夹后装上离心熔铸机，慢慢加速启动，使骨架旋转，目的是使待熔铸工件内部的铜合金颗粒在离心力作用下均匀分布在钢基的内外表面处，到约IOs时升速至n = 800r/min ；
b)将中频感应炉的感应器包容整个待熔铸工件后进行感应加热,并离心熔铸；开始加热时的功率为67 Kw，加热时间为2min ;后降至功率40 Kw，加热时间为0.5min ;
c)快速冷却感应加热离心熔铸后的工件:采用上、下双向大流量冷却水，冷却至工艺钢壳表面能看到有滞留水带为止。冷却水流量越大，冷却所用时间越短，通常冷却时间在15^25s为宜，所用冷却水的温度为室温，环境温度为自然温度；制得钢基双面铜合金轴承毛还；
第五步、消除应力处理:把钢基双面铜合金轴承毛坯放在能够提供180°C ~250°C温度范围的设备内进行消除铸造应力处理，时间为2h ;所用设备可以是干燥箱或热处理炉等。
[0077]第六步、机加工成型:去除工艺钢壳和定位件，制得尺寸符合达设计要求的轴承成
品O
[0078]所述离心熔铸机可采用德国格里柯集团或四川永川船舶修造厂生产的同类产品。
[0079]通过对上述实施例2、3和4制得的钢基双面铜合金复合材料轴承毛坯及轴承成品进行实物剖析，内外表面的合金层化学成分基本一致，见表1，金相组织均匀，见图广12 ；(JB/T9749-1999《内燃机铸造铜铅合金轴瓦金相检验》进行检测)，双面合金与钢基之间的结合层金相检验达一级，钢背与铜铅合金的结合强度大于160N/mm2，铜铅合金的抗拉强度大于250 N/mm2，钢背与铜铅合金的结合界面金相组织为I~2级，碾平实物无剥落，见图12，改善了双面铜铅合金与钢基的结合力，符合双金属滑动轴承的各项技术指标。
[0080]表1轴承坯内外合金层的化学成分比较(％)
【权利要求】
1.一种制造钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，其特征在于:包括筒形工艺钢壳(I)和筒形钢基(3)，筒形钢基(3)置于筒形工艺钢壳(I)内，筒形钢基(3)的两端均设有沿圆周方向上间隔分布的若干定位件(2)，定位件(2)的外侧面与筒形工艺钢壳(I)的内壁相抵，使得筒形钢基(3)与筒形工艺钢壳(I)相互定位，筒形钢基(3)的内孔(3-1)与沿圆周方向上间隔分布的相邻两个定位件(2)之间的空间(4)相通，并通往筒形工艺钢壳(I)的内壁与筒形钢基(3)的外壁之间形成的空间(5)。
2.根据权利要求1所述的制造钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，其特征在于:所述定位件(2)焊接在筒形钢基(3)的端面。
3.根据权利要求1所述的制造钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，其特征在于:所述定位件2为T形块和/或L形块。
4.根据权利要求1所述的制造钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，其特征在于:所述定位件(2)与筒形钢基(3)制成一体。
5.根据权利要求4所述的制造钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，其特征在于:所述定位件2为一段轴向截面的外径端呈圆弧形的凸体。
6.根据权利要求1所述的制造钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，其特征在于:所述定位件(2)沿圆周方向上均匀分布，以使筒形钢基(3)与筒形工艺钢壳(I)之间保持基本同轴。
7.根据权利要求6所述的制造钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，其特征在于:所述筒形钢基(3)的两端均有三个定位件(2)。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的制造钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架，其特征在于:所述筒形钢基(3)为两个或两个以上。
9.一种采用权利要求1~8所述的钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架制备钢基双面铜合金轴承毛坯的方法，包括如下步骤: 第一步，制作如权利要求1~8所述的钢基双面铜合金轴承毛坯用的骨架， 第二步，对第一步制得的骨架先进行熔铸前处理，包括化学预处理和铸前处理；化学预处理包括碱洗、酸洗、漂洗、挂盐；铸前处理包括在骨架两端粘贴有中心孔的封盖，并使封盖后的骨架烘干； 第三步，根据所制作轴承毛坯的大小，称量所需要加入的干燥的铜合金颗粒和助熔剂及脱氧剂，并将其混匀后放入骨架内； 第四步，将装有铜合金颗粒和助熔剂及脱氧剂的骨架装夹到水平离心铸机的支架上进行感应加热、颗粒离心熔铸，冷却成型；制得钢基双面铜合金轴承轴套毛坯。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:第五步，对第四步制得的钢基双面铜合金轴承毛坯进行应力消除处理。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:所述封盖由石棉材料制作而成。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:在第三步中，所述助熔剂的加入量为铜合金颗粒重量的5%，所述助熔剂为铜焊剂。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:在第三步中，所述脱氧剂的加入量为铜合金颗粒重量的1%~5%,所述脱氧剂为细木炭颗粒或木屑。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:所述的感应加热是用感应加热器将骨架包容后加热温度至1050°C~1150°C，采用功率40~80千瓦，加热时间至骨架表面呈均匀黄红色。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:所述快速冷却是采用双向冷却水冷却到骨架表面能有滞留水带。
16.一种制备钢基双面铜合金轴承的方法，包括如下步骤: 首先，根据权利要求9 ~15所述的方法制得钢基双面铜合金轴承毛坯； 其次，对所制得的钢基双面铜合金轴承毛坯进行消除应力处理； 最后，对消除应力后的钢基双面铜合金轴承毛坯进行机加工，获得所要求尺寸的轴承成品。
【文档编号】F16C33/06GK103727131SQ201210386568
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月13日 优先权日:2012年10月13日
【发明者】唐建达, 马良, 支建方, 李娄明 申请人:南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司