专利名称：含磷量大于0.1%的磷青铜－钢双金属轴承材料制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于粉末冶金双金属轴承材料生产技术领域，涉及一种采用粉末冶金的方法生产磷青铜—钢双金属轴承材料的新工艺，尤其涉及含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺。
背景技术：
现有技术中的双金属轴承材料广泛用于制造发电机、发动机、工程机械及家用电器的轴承和轴套。其中，铜基双金属轴承材料由于具有很高的承载能力和的抗疲劳强度，在高转速、大功率的发动机中应用相当普遍。
传统的铜基双金属轴瓦材料又以铅青铜—钢双金属轴承材料为主，这种材料具有高承载能力和高抗疲劳强度，一直被认为是较为理想的制造轴承或轴套的材料，也因此而得到了广泛的应用。
然而，由于其具有约为10％～24％较高的含铅量，随着近年来环保意识的提高，开发无铅轴承材料的呼声日趋高涨，其应用情况也随之受到一定程度的影响。例如，从去年开始我国出口日本的发动机就不允许有含铅的零部件；从2007年起，欧盟也将实行同样的限制政策。
因此，近两年来，我国研究人员对无铅轴承材料的研究已进入攻坚阶段，且目标集中在磷青铜—钢轴承材料的研发，用以替代以往广泛使用的铅青铜—钢双金属轴承材料。由于磷青铜—钢双金属材料具有承载能力和抗疲劳强度更高，耐腐蚀性能更好等显著特点，因此，目前已经在日本等发达国家得到应用。
过去，我国也有使用磷青铜材料制造轴承衬套的例子，其生产方法大体上有两种一种是采用铸造法制成整体磷青铜衬套或磷青铜—钢双金属衬套；另一种是采用粉末冶金法，即先用磷青铜粉末压制成型而后再进行烧结的方法，制造整体磷青铜衬套。
上述两种方法的缺点是显而易见的，整体磷青铜衬套不仅需耗费大量的有色金属，而且由于没有钢背作支撑，因此强度较低；浇铸磷青铜—钢双金属衬套，有色金属用量虽有所减少，但成品率不高，浪费情况严重；此外，上述两种方法的共同缺点还在于均只能进行单件生产，因而生产效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺，它不仅可以大大节省有色金属材料，而且产品质量更好，同时，因能够实现连续生产，使劳动生产率大大提高。
本发明的目的是这样实现的含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺，其实质性特点在于在预先准备好的所需牌号和厚度的碳素结构钢钢背上设置具有适当厚度的金属或合金过渡层，再把具有一定含磷量的磷青铜合金粉末均匀地铺撒在钢背上，并使其具有一定的铺撒厚度；然后进行一次烧结，以使磷青铜合金粉末粘结在钢背上；再进行一次轧制，以使磷青铜合金层致密；接着进行二次烧结，以使磷青铜合金层牢固地粘结在钢背上；最后进行二次轧制，以精确控制双金属板材的尺寸；最终生产出符合所需尺寸要求的磷青铜—钢双金属轴承材料。
上述的含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺，其中，所述设置在钢背上的过渡层可以是铜层，也可以是含磷量小于0.1％的磷青铜合金层；所述过渡层的厚度为0.05～0.10mm。
上述的含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺，其中，所述的过渡层为铜层时，采用电镀工艺方法进行设置；所述的过渡层为含磷量小于0.1％的磷青铜时，采用烧结工艺方法进行设置。
上述的含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺，其中，所述钢背上磷青铜合金粉末的铺粉厚度取决于所要求的成品双金属板材中磷青铜合金层的厚度。
上述的含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺，其中，所述的一次烧结、二次烧结均是在还原性保护气氛下进行的；其烧结的工艺条件分别为一次烧结烧结温度750～800℃，烧结时间15～20分钟；二次烧结烧结温度800～850℃，烧结时间15～45分种；所述一次烧结、二次烧结的具体工艺参数均取决于所需的双金属材料的厚度。
上述的含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺，其中，所述二次轧制的厚度公差值为±0.02mm。
上述的含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺，其具体工艺方法如下1、钢背准备a、根据欲做衬套规格和用途的不同，选择所需牌号和厚度的碳素结构钢板，裁成具有一定宽度和一定长度的钢条料，并以该钢条料作为钢背；b、在钢背上设置过渡层；该过渡层可以是铜层，也可以是含磷量小于0.1％的磷青铜合金层，过渡层的厚度均为0.05～0.10mm；当过渡层为铜层时，可采用电镀工艺方法进行设置；当过镀层为含磷量小于0.1％的磷青铜层时可用烧结工艺方法进行设置；2、铺粉利用专门的铺粉装置，把符合要求的磷青铜粉末均匀地铺撒在已设有过渡层的钢背上，其铺粉厚度取决于所要求的成品双金属板材中磷青铜合金层的厚度；3、一次烧结在还原性保护气氛下进行一次烧结，以使磷青铜合金层与过渡层之间具有一定的粘结牢度；其工艺条件为烧结温度750～800℃，烧结时间15～20分钟，具体取决于双金属材料的总厚度；4、一次轧制利用轧机对设置了铜过度层并经一次烧结后的双金属材料进行一次轧制，以此来提高双金属材料中磷青铜合金层的密度；5、二次烧结对设置了铜过度层并经一次轧制后的双金属材料进行二次烧结，以进一步提高磷青铜合金层与钢背间的粘结牢度及磷青铜合金层的强度；
所述二次烧结的温度高于所述一次烧结的温度，烧结温度通常为800～850℃，烧结时间通常为15～45分种，具体同样取决于双金属材料的总厚度；6、二次轧制对设置了铜过度层并经二次烧结后的双金属材料进行二次轧制，以此精确控制双金属板材的总厚度，并使其厚度公差值控制在±0.02mm的范围内。本发明含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料的制造工艺由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1.由于本发明采用二次烧结、二次轧制的生产工艺方法，并严格按照相应的工艺参数进行精确控制，因此可确保磷青铜中磷的含量超过0.1％时，磷青铜合金层与钢背之间仍能粘结牢固。
2.利用本发明制造工艺，可有效地控制磷青铜中的磷在烧结工艺过程中的烧损量，并能够生产出含磷量大于0.1％的所有磷青铜—钢双金属轴承材料。
3.利用本发明的制造工艺，可以大大节省国内目前短缺的有色金属。
4.利用本发明的制造工艺，可以实现连续生产，甚至实现自动化生产，因此，生产效率高。
5.正是由于本发明采用二次烧结、二次轧制的制造工艺，使其所生产出来的产品具有更加优良而稳定的机械性能；经国家权威部门检测表明利用本发明的制造工艺生产的含磷量为0.35％的磷青铜—钢双金属材料，经铁道部产品质量监督检测中心，机车车辆配件检验站检测，其抗疲劳强度大于150MPa，达到国外最高水平。
6.从国家的宏观发展来看，本发明具有重大的技术和经济意义，实用价值很高。
通过以下对本发明含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺的一实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1为本发明含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺的流程框图；
图2为利用本发明制造工艺所生产出的含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料的断面结构示意图。
具体实施例方式
如图1、2所示，本发明含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺，有效地解决了现有技术中的两大难题一是当磷青铜中磷的含量超过0.1％时，磷青铜合金层与钢背的粘结牢度急剧下降；二是磷青铜中的磷在烧结过程中易烧损。
它是在预先准备好的所需牌号和厚度的碳素结构钢背1上设置具有适当厚度的过渡层2，再把具有一定含磷量的磷青铜合金粉末均匀地铺撒在钢背上，使其具有一定的铺撒厚度，进行一次烧结，使磷青铜合金粉末粘结在钢背1上，形成磷青铜合金层3；而后进行一次轧制，使磷青铜合金层3致密；接着进行二次烧结，使磷青铜合金层3牢固地粘结在钢背1上；最后进行二次轧制，生产出符合所需尺寸要求的磷青铜—钢双金属轴承材料。
其过渡层2可以是铜层，也可以是含磷量小于0.1％的磷青铜合金层；过渡层的厚度均为0.05～0.10mm。当过渡层为铜层时，可采用电镀工艺方法设置；当过渡层为含磷量小于0.1％的磷青铜时，可采用烧结工艺方法设置。
磷青铜合金粉末的铺粉厚度取决于所要求的成品双金属板材中磷青铜合金层3的厚度计算得出。
本发明的一次烧结、二次烧结均是在还原性保护气氛下进行的；其烧结的工艺条件分别为一次烧结烧结温度750～800℃，烧结时间15～20分钟；二次烧结烧结温度800～850℃，烧结时间15～45分种；上述一次烧结、二次烧结的具体工艺参数均取决于所需的双金属材料的厚度。
本发明一次轧制的目的在于提高磷青铜合金层3的密度；其二次轧制则是用以精确控制双金属板材的尺寸，其厚度公差值为±0.02mm。
本发明含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料制造工艺的具体工艺方法如下
1、钢背1的准备a、根据欲做衬套的规格和用途的不同，选择所需牌号和厚度的碳素结构钢板，裁成具有一定宽度和一定长度的钢条料，并以此作为钢背1；b、在钢背1上设置过渡层2；该过渡层2可以是铜层，也可以是含磷量小于0.1％的磷青铜合金层，过渡层2的厚度均为0.05～0.10mm；过渡层2为铜层时，可采用电镀工艺方法进行设置；当过镀层2为含磷量小于0.1％的磷青铜层时可用烧结工艺方法进行设置；2、铺粉利用专门的铺粉装置，把符合要求的磷青铜粉末均匀地铺撒在已设有过渡层2的钢背1上，其厚度取决于要求的成品双金属板材中磷青铜合金层3的厚度；3、一次烧结烧结是在还原性保护气氛下进行，其目的是使磷青铜合金层3与过渡层2之间具有一定的粘结牢度；其工艺条件为烧结温度750～800℃，烧结时间15～20分钟，取决于所需双金属材料的总厚度；4、一次轧制利用轧机对设置了铜过度层并经一次烧结后的双金属材料进行一次轧制，此工序的目的是用轧制的方法提高磷青铜合金层3的密度；5、二次烧结对设置了铜过度层并经一次轧制后的双金属材料进行二次烧结，此工序的目的是进一步提高磷青铜合金层3与钢背1间的粘结牢度及磷青铜合金层3的强度；二次烧结的温度高于一次烧结的温度，通常为800～850℃，烧结时间通常为15～45分种，取决于双金属材料的厚度；6、二次轧制对设置了铜过度层并经二次烧结后的双金属材料进行二次轧制，通过轧制来精确控制双金属板材的尺寸，使其厚度公差值控制在±0.02mm的范围。
按照本发明的制造工艺过程，当进行二次烧结时，磷青铜中磷的烧损在0.1～0.2％之间。因此，在生产某种含磷量的材料时，必须把磷在烧结时的烧损量考虑进去，以确保双金属材料成品中磷的实际含量值。如为了生产含磷量为0.3％的磷青铜材料，就应该选择含磷量为0.4～0.5％的磷青铜粉末。这样即可控制所要求的磷含量，又可保证磷青铜—钢双金属轴承材料的机械性能。
当生产总厚度H为2.2mm，钢背1厚为1.7mm，有效宽度为135mm，含磷0.3～0.5％，含锡6～7％，余量为铜的磷青铜—钢双金属衬套材料时，大体上可按照以下工艺步骤进行1、钢背1的准备把厚度为2.0mm的碳素结构钢板剪成宽为142mm的条料，并以该条料作为钢背1，并采用电镀方法在钢背1上设置金属铜过度层2，铜过度层2的厚度约0.06mm，镀铜后用轧机轧成1.73±0.01厚，最后用校平机把轧制好的钢背校平待用。
2、一次烧结，通过铺粉装置把含磷0.45～0.55％、含锡6～7％的磷青铜合金粉末均匀地铺撒在已准备好的钢背上，放入连续式烧结炉中进行第一次烧结，烧结气氛为还原性气氛，烧结温度为780℃，烧结时间为20分钟。
铺粉厚度为0.85mm，此次烧结后的总厚度控制在2.4mm左右。
3、一次轧制把经一次烧结后的板材用轧机进行一次轧制，轧制后的总厚度控制在2.28±0.01mm，使磷青铜合金层3致密。
4、二次烧结把经过一次轧制的板材，在同样的烧结炉和同样的烧结气氛保护气氛下进行第二次烧结，烧结温度控制在840℃左右，使磷青铜合金层3与钢背1粘结牢固。
5、二次轧制把经二次烧结后的板材用轧机进行二次轧制，最终轧制总厚度控制在2.20±0.01mm。
至此，本发明含磷量大于0.1％的磷青铜—钢双金属轴承材料成品即制造完毕。由于利用本发明的制造工艺可连续进行生产，生产效率高，因此本发明具有很高的实用价值。
权利要求
1.含磷量大于0.1％的磷青铜-钢双金属轴承材料制造工艺，其特征在于在预先准备好的所需牌号和厚度的碳素结构钢钢背上设置具有适当厚度的金属或合金过渡层，再把具有一定含磷量的磷青铜合金粉末均匀地铺撒在钢背上，并使其具有一定的铺粉厚度；然后进行一次烧结，以使磷青铜合金粉末粘结在钢背上；再进行一次轧制，以使磷青铜合金层致密；接着进行二次烧结，以使磷青铜合金层牢固地粘结在钢背上；最后进行二次轧制，以精确控制双金属板材的尺寸；最终生产出符合所需尺寸要求的磷青铜-钢双金属轴承材料。
2.根据权利要求1所述的含磷量大于0.1％的磷青铜-钢双金属轴承材料制造工艺，其特征在于所述设置在钢背上的过渡层可以是铜层，也可以是含磷量小于0.1％的磷青铜合金层；所述过渡层的厚度为0.05～0.10mm。
3.根据权利要求1或2所述的含磷量大于0.1％的磷青铜-钢双金属轴承材料制造工艺，其特征在于所述的过渡层为铜层时，采用电镀工艺方法进行设置；所述的过渡层为含磷量小于0.1％的磷青铜时，采用烧结工艺方法进行设置。
4.根据权利要求1所述的含磷量大于0.1％的磷青铜-钢双金属轴承材料制造工艺，其特征在于所述钢背上磷青铜合金粉末的铺粉厚度取决于所要求的成品双金属板材中磷青铜合金层的厚度。
5.根据权利要求1所述的含磷量大于0.1％的磷青铜-钢双金属轴承材料制造工艺，其特征在于所述的一次烧结、二次烧结均在还原性保护气氛下进行；其烧结的工艺条件分别为一次烧结烧结温度750～800℃，烧结时间15～20分钟；二次烧结烧结温度800～850℃，烧结时间15～45分种；所述一次烧结、二次烧结的具体工艺参数均取决于所需的双金属材料的总厚度。
6.根据权利要求1所述的含磷量大于0.1％的磷青铜-钢双金属轴承材料制造工艺，其特征在于所述二次轧制的厚度公差值为±0.02mm。
7.根据权利要求1所述的含磷量大于0.1％的磷青铜-钢双金属轴承材料制造工艺，其特征在于具体工艺方法如下1、钢背准备a、根据欲做衬套规格和用途的不同，选择所需牌号和厚度的碳素结构钢板，裁成具有一定宽度和一定长度的钢条料，并以该钢条料作为钢背；b、在钢背上设置过渡层；该过渡层可以是铜层，也可以是含磷量小于0.1％的磷青铜合金层，过渡层的厚度均为0.05～0.10mm；当过渡层为铜层时，可采用电镀工艺方法进行设置；当过镀层为含磷量小于0.1％的磷青铜层时可用烧结工艺方法进行设置；2、铺粉利用专门的铺粉装置，把符合要求的磷青铜粉末均匀地铺撒在已设有过渡层的钢背上，其铺粉厚度取决于所要求的成品双金属板材中磷青铜合金层的厚度；3、一次烧结在还原性保护气氛下进行一次烧结，以使磷青铜合金层与过渡层之间具有一定的粘结牢度；其工艺条件为烧结温度750～800℃，烧结时间15～20分钟，具体取决于双金属材料的总厚度；4、一次轧制利用轧机对设置了铜过度层并经一次烧结后的双金属材料进行一次轧制，以此来提高双金属材料中磷青铜合金层的密度；5、二次烧结对设置了铜过度层并经一次轧制后的双金属材料进行二次烧结，以进一步提高磷青铜合金层与钢背间的粘结牢度及磷青铜合金层的强度；所述二次烧结的温度高于所述一次烧结的温度，烧结温度通常为800～850℃，烧结时间通常为15～45分种，具体同样取决于双金属材料的总厚度；6、二次轧制对设置了铜过度层并经二次烧结后的双金属材料进行二次轧制，以此精确控制双金属板材的总厚度，并使其厚度公差值控制在±0.02mm的范围内。
全文摘要
本发明公开了一种含磷量大于0.1％的磷青铜－钢双金属轴承材料制造工艺，在预先准备好的所需牌号和厚度的碳素结构钢钢背上设置具有适当厚度的金属或合金过渡层，再把具有一定含磷量的磷青铜合金粉末均匀地铺撒在钢背上，并使其具有一定的铺粉厚度；然后进行一次烧结，以使磷青铜合金粉末粘结在钢背上；再进行一次轧制，以使磷青铜合金层致密；接着进行二次烧结，以使磷青铜合金层牢固地粘结在钢背上；最后进行二次轧制，以精确控制双金属板材的尺寸；最终生产出符合所需尺寸要求的磷青铜－钢双金属轴承材料。本发明不仅可以大大节省有色金属材料，而且所生产出来的产品具有更加优良而稳定的机械性能；还因能实现连续生产，劳动生产率大大提高。
文档编号B22F3/12GK1775426SQ200510110718
公开日2006年5月24日 申请日期2005年11月24日 优先权日2005年11月24日
发明者帅志宏, 何光志, 陈进添, 温世达, 张春流 申请人:上海核威实业有限公司, 核工业福州粉末冶金双金属轴瓦材料厂