专利名称：一种轴承镶套材料及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适于在重载条件下使用，尤其适于在牙轮头中使用的具复合结构的轴承镶套材料及其制作方法。该轴承镶套材料可广泛应用于滑动轴承部件，特别是牙轮钻头轴承的强化。
背景技术：
轴承作为一种支承运转的构件已被广泛应用于各机械装置和设备中。就牙轮钻头来说，随着钻井技术的发展，高钻压和高转速钻井已成为目前的两个主要发展方向，这就对牙轮钻头轴承的承载性能和能力提出了更高的要求。现有的牙轮钻头的轴承结构主要分为两种类型，一种是在牙轮牙掌上直接形成轴承副，另一种是采用镶套结构轴承副。采用镶套结构轴承副，可使轴承副不受牙轮牙掌材料和工艺的局限，改善轴承副的性能。现有的轴承镶套材料通常采有铜合金，该材料虽具较好的抗咬合性能和减摩性能，但耐磨性和强度较差，所以承载能力低，使用寿命不够长；以工具钢作为镶套材料，虽耐磨性能好，但减摩和抗咬合性能差，因而其承载性能还不尽理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种不仅强度高，而且抗咬合性能好，减摩性能优异的具有较高承载能力的轴承镶套材料及其制作方法。
本发明的轴承镶套材料由以下的技术方案来实现包括有钢基多孔骨架，在钢基多孔骨架中充填铜基或银基溶渗剂。
按上述方案，所述的钢基多孔骨架由还原铁粉、电解钼粉、镍粉、钼-铁粉、石墨粉相混合，经压制后烧结而成，其原料配比(材料成分)按重量计为Cu0.5～7.5％C0.3～3％Ni0～10％Mo0～3％Fe余量。
钢基多孔骨架的密度为6.0～7.0g/cm3；所述的铜基熔渗剂原料为纯Cu或Cu-Sn合金或其它铜合金；银基熔渗剂原料为纯Ag、Ag-Mn合金或其它银合金；熔渗剂的渗入量按重量计为材料总重量的10～25％，最后成形的镶套材料密度为7.0～8.3g/cm3。
本发明钢基多孔骨架的较佳原料配比(材料成分)按重量计为Cu2～5％C1～2％Ni0～2％Mo0～1％Fe余量。
本发明轴承镶套材料的制作方法为用还原铁粉、电解铜粉、镍粉、钼-铁粉、石墨粉为原料，混合均匀，经压制后烧结成钢基多孔骨架，钢基多孔骨架的原料配比按重量计为Cu 0.5～7.5％ C 0.3～3％Ni 0～10％Mo 0～3％ Fe 余量。
烧结温度为1100～1200℃，烧结后的钢基多孔骨架通过熔渗工艺将铜基或银基熔渗剂渗入钢基多孔骨架中，渗入量按重量计为材料总重量的10～25％。
按上述方案，烧结可为真空烧结或氢气保护烧结；熔渗可为真空熔渗或氢气保护熔渗，熔渗温度为1100～1200℃。
本发明以钢基多孔骨架作为基体，将导热高、抗咬合和减摩性能好的铜基银基熔渗剂渗入多孔骨架，形成了具复合结构性能的轴承镶套材料，产生了以下的有益效果1、强度和承载能力高，工作时轴承扭矩和温度平稳；2、导热性能好，抗咬合性能显著增强； 3、镶套的减摩性能和耐磨损性能显著提高，从而提高了镶套轴承的承载能力和有效使用寿命。
实验结果表明，本发明的镶套材料其抗拉强度值可达900MPa以上，硬度值为HRC40左右。由其制成的镶套结构牙轮钻头轴承在166rpm转速下平均承载能力可达90～110KN，而相同结构尺寸的工具钢镶套轴承牙轮钻头在166rpm转速下平均承载能力约为60～70KN。
图1为本发明轴承镶套材料的金相组织结构图。
具体实施例方式
以下进一步说明本发明的实施例。
实施例1钢基多孔骨架的原料配比按重量计为Cu2％、Mo1％、C2％、Fe余量，熔渗剂为纯Cu熔渗剂，钢基多孔骨架在1130～1150℃真空烧结，钢基多孔骨架的密度控制在6.2～6.5g/cm3范围内，经1130～1150℃真空烧结熔渗60分钟，纯Cu的渗入量按重量计为材料总重量的14～20％之间，制成的镶套轴承材料密度为7.6～8.0g/cm3。轴承实验在166rpm转速下平均承载能力可达96.6KN，承载能力同比提高38％。
实施例2钢基多孔骨架的原料配比按重量计为Cu5％、Ni2％、Cl％、Fe余量，熔渗剂为纯Cu-5％Fe-5％Mn(Fe5％、Mn5％、Cu余量)铜基熔渗剂，钢基多孔骨架在1120～1140℃下氢气保护烧结，在1130～1150℃氢气保护熔渗80分钟。轴承实验在166rpm转速下平均承载能力可达112.1KN，承载能力同比提高60％。
实施例3钢基多孔骨架的原料配比按重量计为Cu2％、Ni2％、C1.5％、Fe余量，熔渗剂为纯Ag熔渗剂，钢基多孔骨架在1130～1150℃下氢气保护烧结成形，在1100～1120℃下氢气保护熔渗60分钟，轴承实验在166rpm转速下平均承载能力可达90.2KN，承载能力同比提高30％。
实施例4钢基多孔骨架的原料配比按重量计为Cu2％、Ni2％、C2％、Fe余量，熔渗剂为Ag-15％Mn(Mn15％、Ag余量)银基熔渗剂，钢基多孔骨架在1130～1150℃真空烧结，在1130～1150℃真空烧结熔渗60分钟，轴承实验在166rpm转速下平均承载能力可达93.2KN，承载能力同比提高33％。
本发明的轴承镶套材料可以进行淬火、回火处理，以得到高强度、高抗咬合和较好减摩性能的轴承镶套材料。其典型金相组织结构如图1所示，为针状马氏骨架和铜基或银基熔渗剂相弥散分布的混合型组织。
权利要求
1.一种轴承镶套材料，包括有钢基多孔骨架，其特征在于在钢基多孔骨架中充填铜基或银基溶渗剂。
2.按权利要求1所述的轴承镶套材料，其特征在于按上述方案，所述的钢基多孔骨架由还原铁粉、电解铜粉、镍粉、钼-铁粉、石墨粉相混合，经压制后烧结而成，其原料配比按重量计为Cu0.5～7.5％C0.3～3％ Ni 0～10％Mo0～3％Fe余量。
3.按权利要求2所述的轴承镶套材料，其特征在于钢基多孔骨架的较佳原料配比按重量计为Cu2～5％C1～2％Ni 0～2％Mo0～1％Fe余量。
4.按权利要求1或2所述的轴承镶套材料，其特征在于钢基多孔骨架的密度为6.0～7.0g/cm3。
5.按权利要求1或2所述的轴承镶套材料，其特征在于所述的铜基熔渗剂原料为纯Cu或Cu-Sn合金或其它铜合金。
6.按权利要求1或2所述的轴承镶套材料，其特征在于银基熔渗剂原料为纯Ag、Ag-Mn合金或其它银合金。
7.按权利要求4所述的轴承镶套材料，其特征在于熔渗剂的渗入量按重量计为材料总重量的10～25％，最后成形的镶套材料密度为7.0～8.3g/cm3。
8.一种轴承镶套材料的制作方法，用还原铁粉、电解铜粉、镍粉、钼-铁粉、石墨粉为原料，混合均匀，经压制后烧结成钢基多孔骨架，其特征在于钢基多孔骨架的原料配比按重量计为Cu 0.5～7.5％ C 0.3～3％Ni 0～1 0％Mo 0～3％ Fe余量。烧结温度为1100～1200℃，烧结后的钢基多孔骨架通过熔渗工艺将铜基或银基熔渗剂渗入钢基多孔骨架中，渗入量按重量计为材料总重量的10～25％。
9.按权利要求8所述的制作方法，其特征在于烧结为真空烧结或氢气保护烧结。
10.按权利要求8或9所述的制作方法，其特征在于熔渗为真空熔渗或氢气保护熔渗，熔渗温度为1100～1200℃。
全文摘要
本发明涉及一种适于在重载条件下使用，尤其适于在牙轮头中使用的具复合结构的轴承镶套材料及其制作方法。包括有钢基多孔骨架，在钢基多孔骨架中充填铜基或银基溶渗剂。所述的钢基多孔骨架由还原铁粉、电解铜粉、镍粉、钼－铁粉、石墨粉相混合，经压制后烧结而成，其原料配比按重量计为Cu0.5～7.5％C0.3～3％Ni0～10％Mo0～3％Fe余量。本发明产生了以下的有益效果1.强度和承载能力高，工作时轴承扭矩和温度平稳；2.导热性能好，抗咬合性能显著增强；3.镶套的减摩性能和耐磨损性能显著提高，从而提高了镶套轴承的承载能力和有效使用寿命。
文档编号C22C9/02GK1438431SQ03118809
公开日2003年8月27日 申请日期2003年3月21日 优先权日2003年3月21日
发明者张烈华, 王才德 申请人:江汉石油钻头股份有限公司