一種耐磨襯套材料及制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種耐磨襯套材料及制備方法，耐磨襯套材料的制備包括以下工藝步驟：原材料粉末與助劑配混、壓制成形、燒結、后續加工處理等，耐磨襯套材料主要由二氧化硅、二氧化錳、二硫化鉬、氧化鈰、氧化鈷、碳化硅、ZNS?730、鉻、錫、銅、磷、石墨粉、鋯、鎳、鐵以及不可避免的雜質成分組成，通過改進成分配比、優化粉末冶金工藝參數，利用稀土元素和強化元素產生固溶強化以及彌散強化效應，本發明生產的襯套材料與現有產品相比，具有更強的耐磨性和強度，磨擦系數小，廣泛用于工業生產中各種輪軸、連桿、氣泵等。
【專利說明】
一種耐磨襯套材料及制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及粉末冶金技術領域，具體涉及一種耐磨襯套材料及制備方法。
【背景技術】
[0002]粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末、金屬粉末與非金屬粉末的混合物作為原料，經過成形和燒結，制造金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝技術，粉末冶金法與生產陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技術也可用于陶瓷材料的制備，由于粉末冶金技術的優點，它已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發展中起著舉足輕重的作用，粉末冶金具有獨特的化學組成和機械、物理性能，而這些性能是用傳統的熔鑄方法無法獲得的。運用粉末冶金技術可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導桿、刀具等，是一種少切削工藝。
[0003]在運動部件中，因為長期的磨擦而造成零件的磨損，當軸和孔的間隙磨損到一定程度的時候必須要更換零件，因此設計者在設計的時候選用硬度較低、耐磨性較好的材料為軸套或襯套，這樣可以減少軸和座的磨損，當軸套或襯套磨損到一定程度進行更換，這樣可以節約因更換軸或座的成本，一般來說，襯套與座采用過盈配合，而與軸采用間隙配合，因為無論怎么樣還是無法避免磨損的，只能延長壽命，而軸類零件相對來說比較容易加工，但目前襯套材料以銅制或鋼制為主，存在成本較高，性價比低等不足，隨著現代工業各項成本的提升，降低每一個部件的成本就顯得尤為重要，所以需要一種新型性價比高的耐磨襯套材料代替，其中有部分襯套就由銅、合金鋼調整為粉末冶金襯套材料，這樣既不影響使用性能又降低了成本，但是現有粉末冶金襯套材料的耐磨性和強度遠遠不及銅基產品。
【發明內容】
[0004]為了解決現有粉末冶金襯套材料的耐磨性和強度的不足，本發明提供了一種耐磨襯套材料及制備方法，利用本發明生產的襯套材料與現有產品相比，具有更好的耐磨性和強度，磨擦系數小等特點。
[0005]—種耐磨襯套材料及制備方法，耐磨襯套材料由以下成分組成:二氧化硅:1.5-2.5%，二氧化錳:0.8-1.2%,二硫化鉬:0.8-1.5%,氧化鈰:0.8-1.5%，鎳:0.3-0.9%，氧化鈷:0.8-1.2%，碳化硅:1-2%，石墨粉:0.3-1%,ZNS-730:0.5-0.9%，鉻:0.3-0.8%，錫:I.2-1.8%，銅:5-15%，磷:0.2-0.3%，鋯:0.1 -0.5%，其余為鐵以及不可避免的雜質。
[0006]耐磨襯套材料的制備包括原材料粉末與助劑配混、壓制成形、燒結、后續加工處理等步驟，具體制備步驟如下:
(1)原料準備:根據耐磨襯套材料的性能要求，設計各元素的比例，換算得各種原料的質量百分比，根據比例配置各組分原料備用，其中粉末中主要金屬含量大于99%;
(2)前處理:根據各種原料的物理性質，將上述粉末分別在60-150攝氏度的潔凈烘箱中烘干5-20小時，將粉末狀原料過篩，不達粒徑大小要求的進行球磨處理，然后過篩，粒徑控制在150-350微米； (3)原料混合:將上述已過篩的粉末全部加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為2-10小時，然后加入0.5-0.9%的ZNS-730，繼續進行攪拌混合0.5_2小時；
(4)壓制成型:將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在20噸成型機進行壓制，壓力控制在300-600兆帕，壓制時間2-6小時；
(5)燒結前處理:將上述初步壓制的產品在370-420攝氏度的熱空氣中進行去除ZNS-730處理，時間為0.5-2小時；
(6)燒結預成形:將預成型的壓制品從模具取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行預燒結，溫度達到550-600攝氏度保溫1-2小時，溫度在850-900攝氏度保溫2-3小時，溫度在1050-1100攝氏度保溫1-2小時，溫度在1350-1400攝氏度保溫1-3小時，最后將溫度控制在1550-1750攝氏度，燒結1-4小時；
(7)精壓:將預燒結的壓制件在精壓機進行壓制處理，壓力控制在200-350兆帕；
(8)燒結成形:將精壓后的產品取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行燒結，溫度達到300-450攝氏度保溫1-2小時，溫度在550-700攝氏度保溫1-3小時，溫度在850-1000攝氏度保溫1-2小時，溫度在1150-1300攝氏度保溫1-2小時，最后將溫度控制在1450-1600攝氏度，燒結2-3小時；
(9)復壓校形:將燒結后的粉末壓制件放入壓制模具中，進行再次壓制，壓力控制在150-300兆帕，壓制時間1-2小時；
(10)熱處理:將復壓后的產品進行熱處理，在815-855攝氏度，在0.6%_0.9%的碳勢保護氛圍中加熱1-2小時，進行淬火，然后在185-255攝氏度回火1-2小時。
[0007]本發明的有益之處在于:
(1)本發明主要以基體金屬、潤滑組元、和摩擦組元以及強化組元組成，增加如鉻、鋯等耐磨性好的金屬元素，通過特定的加工工藝，所制備的軸套材料具有較強的耐磨性和強度；
(2)合理添加適量的稀土成分，降低燒結阻力，改變孔隙形態與分布，促進燒結體內孔球化，同時稀土元素集聚晶界和相界，產生固溶強化以及彌散強化效應，大大提升襯套的耐磨性能；
(3)金屬粉末在燒結前進行預處理，增加ZNS-730保證能提升脫模品質，燒結時采取階梯加熱燒結、精壓和二次階梯燒結，能夠獲得更加致密的組織。
【具體實施方式】
[0008]實施例1
一種耐磨襯套材料及制備方法，耐磨襯套材料由以下成分組成:二氧化硅:1.5%，二氧化猛:0.8%，—■硫化鑰:0.8%，氧化鋪:0.8%，銀:0.3%，氧化鉆:0.8%，碳化娃:1%，石墨粉:0.3%，ZNS-730:0.5%，鉻:0.3%，錫:I.2%，銅:5%，磷:0.2%，鋯:0.1%，其余為鐵以及不可避免的雜質。
[0009]耐磨襯套材料的制備包括原材料粉末與助劑配混、壓制成形、燒結、后續加工處理等步驟，具體制備步驟如下:
(1)原料準備:根據耐磨襯套材料的性能要求，設計各元素的比例，換算得各種原料的質量百分比，根據比例配置各組分原料備用，其中粉末中主要金屬含量大于99%;
(2)前處理:根據各種原料的物理性質，將上述粉末分別在60攝氏度的潔凈烘箱中烘干5小時，將粉末狀原料過篩，不達粒徑大小要求的進行球磨處理，然后過篩，粒徑控制在150微米；
(3)原料混合:將上述已過篩的粉末全部加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為2小時，然后加入0.5%的ZNS-730，繼續進行攪拌混合0.5小時；
(4)壓制成型:將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在20噸成型機進行壓制，壓力控制在300兆帕，壓制時間2小時；
(5)燒結前處理:將上述初步壓制的產品在370攝氏度的熱空氣中進行去除ZNS-730處理，時間為0.5小時；
(6)燒結預成形:將預成型的壓制品從模具取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行預燒結，溫度達到550攝氏度保溫I小時，溫度在850攝氏度保溫2小時，溫度在1050攝氏度保溫I小時，溫度在1350攝氏度保溫I小時，最后將溫度控制在1550攝氏度，燒結I小時；
(7)精壓:將預燒結的壓制件在精壓機進行壓制處理，壓力控制在200兆帕；
(8)燒結成形:將精壓后的產品取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行燒結，溫度達到300攝氏度保溫I小時，溫度在550攝氏度保溫I小時，溫度在850攝氏度保溫I小時，溫度在1150攝氏度保溫I小時，最后將溫度控制在1450攝氏度，燒結2小時；
(9)復壓校形:將燒結后的粉末壓制件放入壓制模具中，進行再次壓制，壓力控制在150兆帕，壓制時間I小時；
(10)熱處理:將復壓后的產品進行熱處理，在815攝氏度，在0.6%的碳勢保護氛圍中加熱I小時，進行淬火，然后在185攝氏度回火I小時。
[0010]實施例2
一種耐磨襯套材料及制備方法，耐磨襯套材料由以下成分組成:二氧化硅:1.5%，二氧化猛:0.8%，—■硫化鑰:0.8%，氧化鋪:0.8%，銀:0.3%，氧化鉆:0.8%，碳化娃:1%，石墨粉:0.3%，ZNS-730:0.5%，鉻:0.3%，錫:I.2%，銅:5%，磷:0.2%，鋯:0.1%，其余為鐵以及不可避免的雜質。
[0011]耐磨襯套材料的制備包括原材料粉末與助劑配混、壓制成形、燒結、后續加工處理等步驟，具體制備步驟如下:
(1)原料準備:根據耐磨襯套材料的性能要求，設計各元素的比例，換算得各種原料的質量百分比，根據比例配置各組分原料備用，其中粉末中主要金屬含量大于99%;
(2)前處理:根據各種原料的物理性質，將上述粉末分別在150攝氏度的潔凈烘箱中烘干20小時，將粉末狀原料過篩，不達粒徑大小要求的進行球磨處理，然后過篩，粒徑控制在350微米;
(3)原料混合:將上述已過篩的粉末全部加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為10小時，然后加入0.5%的ZNS-730，繼續進行攪拌混合2小時；
(4)壓制成型:將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在20噸成型機進行壓制，壓力控制在600兆帕，壓制時間6小時；
(5)燒結前處理:將上述初步壓制的產品在370-420攝氏度的熱空氣中進行去除ZNS-730 處理， 時間為2小時；
(6)燒結預成形:將預成型的壓制品從模具取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行預燒結，溫度達到600攝氏度保溫2小時，溫度在900攝氏度保溫3小時，溫度在1100攝氏度保溫2小時，溫度在1400攝氏度保溫3小時，最后將溫度控制在1750攝氏度，燒結4小時；
(7)精壓:將預燒結的壓制件在精壓機進行壓制處理，壓力控制在350兆帕；
(8)燒結成形:將精壓后的產品取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行燒結，溫度達到450攝氏度保溫2小時，溫度在700攝氏度保溫3小時，溫度在1000攝氏度保溫2小時，溫度在1300攝氏度保溫2小時，最后將溫度控制在1600攝氏度，燒結3小時；
(9)復壓校形:將燒結后的粉末壓制件放入壓制模具中，進行再次壓制，壓力控制在300兆帕，壓制時間2小時；
(10)熱處理:將復壓后的產品進行熱處理，在855攝氏度，在0.9%的碳勢保護氛圍中加熱2小時，進行淬火，然后在255攝氏度回火2小時。
[0012]實施例3
一種耐磨襯套材料及制備方法，耐磨襯套材料由以下成分組成:二氧化硅:2.5%，二氧化猛:1.2%，—■硫化鑰:1.5%，氧化鋪:1.5%，銀:0.9%，氧化鉆:1.2%，碳化娃:2%，石墨粉:1%，ZNS-730:0.9%，鉻:0.8%，錫:I.8%，銅:15%，磷:0.3%，鋯:0.5%，其余為鐵以及不可避免的雜質。
[0013]耐磨襯套材料的制備包括原材料粉末與助劑配混、壓制成形、燒結、后續加工處理等步驟，具體制備步驟如下:
(1)原料準備:根據耐磨襯套材料的性能要求，設計各元素的比例，換算得各種原料的質量百分比，根據比例配置各組分原料備用，其中粉末中主要金屬含量大于99%;
(2)前處理:根據各種原料的物理性質，將上述粉末分別在60攝氏度的潔凈烘箱中烘干5小時，將粉末狀原料過篩，不達粒徑大小要求的進行球磨處理，然后過篩，粒徑控制在150微米；
(3)原料混合:將上述已過篩的粉末全部加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為2小時，然后加入0.9%的ZNS-730，繼續進行攪拌混合0.5小時；
(4)壓制成型:將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在20噸成型機進行壓制，壓力控制在300兆帕，壓制時間2小時；
(5)燒結前處理:將上述初步壓制的產品在370攝氏度的熱空氣中進行去除ZNS-730處理，時間為0.5小時；
(6)燒結預成形:將預成型的壓制品從模具取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行預燒結，溫度達到550攝氏度保溫I小時，溫度在850攝氏度保溫2小時，溫度在1050攝氏度保溫I小時，溫度在1350攝氏度保溫I小時，最后將溫度控制在1550攝氏度，燒結I小時；
(7)精壓:將預燒結的壓制件在精壓機進行壓制處理，壓力控制在200兆帕；
(8)燒結成形:將精壓后的產品取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行燒結，溫度達到300攝氏度保溫I小時，溫度在550攝氏度保溫I小時，溫度在850攝氏度保溫I小時，溫度在1150攝氏度保溫I小時，最后將溫度控制在1450攝氏度，燒結2-3小時；
(9)復壓校形:將燒結后的粉末壓制件放入壓制模具中，進行再次壓制，壓力控制在150兆帕，壓制時間I小時； (10)熱處理:將復壓后的產品進行熱處理，在815攝氏度，在0.6%的碳勢保護氛圍中加熱I小時，進行淬火，然后在185攝氏度回火I小時。
[0014]實施例4
一種耐磨襯套材料及制備方法，耐磨襯套材料由以下成分組成:二氧化硅:2.5%，二氧化猛:1.2%，一■硫化鑰:1.5%，氧化鋪:1.5%，銀:0.9%，氧化鉆:1.2%，碳化娃:2%，石墨粉:1%，ZNS-730:0.9%，鉻:0.8%，錫:I.8%，銅:15%，磷:0.3%，鋯:0.5%，其余為鐵以及不可避免的雜質。
[0015]耐磨襯套材料的制備包括原材料粉末與助劑配混、壓制成形、燒結、后續加工處理等步驟，具體制備步驟如下:
(1)原料準備:根據耐磨襯套材料的性能要求，設計各元素的比例，換算得各種原料的質量百分比，根據比例配置各組分原料備用，其中粉末中主要金屬含量大于99%;
(2)前處理:根據各種原料的物理性質，將上述粉末分別在150攝氏度的潔凈烘箱中烘干20小時，將粉末狀原料過篩，不達粒徑大小要求的進行球磨處理，然后過篩，粒徑控制在350微米;
(3)原料混合:將上述已過篩的粉末全部加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為10小時，然后加入0.9%的ZNS-730，繼續進行攪拌混合2小時；
(4)壓制成型:將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在20噸成型機進行壓制，壓力控制在600兆帕，壓制時間6小時；
(5)燒結前處理:將上述初步壓制的產品在370-420攝氏度的熱空氣中進行去除ZNS-730 處理， 時間為2小時；
(6)燒結預成形:將預成型的壓制品從模具取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行預燒結，溫度達到600攝氏度保溫2小時，溫度在900攝氏度保溫3小時，溫度在1100攝氏度保溫2小時，溫度在1400攝氏度保溫3小時，最后將溫度控制在1750攝氏度，燒結4小時；
(7)精壓:將預燒結的壓制件在精壓機進行壓制處理，壓力控制在350兆帕；
(8)燒結成形:將精壓后的產品取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行燒結，溫度達到450攝氏度保溫2小時，溫度在700攝氏度保溫3小時，溫度在1000攝氏度保溫2小時，溫度在1300攝氏度保溫2小時，最后將溫度控制在1600攝氏度，燒結3小時；
(9)復壓校形:將燒結后的粉末壓制件放入壓制模具中，進行再次壓制，壓力控制在300兆帕，壓制時間2小時；
(10)熱處理:將復壓后的產品進行熱處理，在855攝氏度，在0.9%的碳勢保護氛圍中加熱2小時，進行淬火，然后在255攝氏度回火2小時。
[0016]實施例5
一種耐磨襯套材料及制備方法，耐磨襯套材料由以下成分組成:二氧化硅:2%，二氧化錳:1%，二硫化鉬:1%，氧化鈰:1%，鎳:0.5%，氧化鈷:0.9%，碳化硅:1.5%，石墨粉:0.5%，ZNS-730:0.8%，鉻:0.5%，錫:1.5%，銅:12%，磷:0.25%，鋯:0.3%，其余為鐵以及不可避免的雜質。
[0017]耐磨襯套材料的制備包括原材料粉末與助劑配混、壓制成形、燒結、后續加工處理等步驟，具體制備步驟如下:
(I)原料準備:根據耐磨襯套材料的性能要求，設計各元素的比例，換算得各種原料的質量百分比，根據比例配置各組分原料備用，其中粉末中主要金屬含量大于99%;
(2)前處理:根據各種原料的物理性質，將上述粉末分別在80攝氏度的潔凈烘箱中烘干10小時，將粉末狀原料過篩，不達粒徑大小要求的進行球磨處理，然后過篩，粒徑控制在300微米；
(3)原料混合:將上述已過篩的粉末全部加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為8小時，然后加入0.8%的ZNS-730，繼續進行攪拌混合I小時；
(4)壓制成型:將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在20噸成型機進行壓制，壓力控制在500兆帕，壓制時間3小時；
(5)燒結前處理:將上述初步壓制的產品在390攝氏度的熱空氣中進行去除ZNS-730處理，時間為I小時；
(6)燒結預成形:將預成型的壓制品從模具取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行預燒結，溫度達到580攝氏度保溫1.5小時，溫度在880攝氏度保溫3小時，溫度在1080攝氏度保溫1.5小時，溫度在1350攝氏度保溫2小時，最后將溫度控制在1580攝氏度，燒結2小時；
(7)精壓:將預燒結的壓制件在精壓機進行壓制處理，壓力控制在220兆帕；
(8)燒結成形:將精壓后的產品取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行燒結，溫度達到300攝氏度保溫2小時，溫度在550攝氏度保溫3小時，溫度在850攝氏度保溫I小時，溫度在1150攝氏度保溫I小時，最后將溫度控制在1600攝氏度，燒結2小時；
(9)復壓校形:將燒結后的粉末壓制件放入壓制模具中，進行再次壓制，壓力控制在300兆帕，壓制時間I小時；
(10)熱處理:將復壓后的產品進行熱處理，在830攝氏度，在0.8%的碳勢保護氛圍中加熱1.5小時，進行淬火，然后在220攝氏度回火2小時。
【主權項】
1.一種耐磨襯套材料及制備方法，其特征在于，耐磨襯套材料由以下成分組成:二氧化娃:I.5-2.5%，二氧化錳:0.8-1.2%,二硫化鉬:0.8-1.5%,氧化鈰:0.8-1.5%，鎳:0.3-0.9%，氧化鈷:0.8-1.2%,碳化硅:1-2%，石墨粉:0.3-1%, ZNS-730:0.5-0.9%，鉻:0.3-0.8%，錫:1.2-1.8%，銅:5-15%，磷:0.2-0.3%，鋯:0.1 -0.5%，其余為鐵以及不可避免的雜質。2.根據權利要求1所述的一種耐磨襯套材料及制備方法，其特征在于，具體制備步驟如下: (1)原料準備:根據耐磨襯套材料的性能要求，設計各元素的比例，換算得各種原料的質量百分比，根據比例配置各組分原料備用，其中粉末中主要金屬含量大于99%; (2)前處理:根據各種原料的物理性質，將上述粉末分別在60-150攝氏度的潔凈烘箱中烘干5-20小時，將粉末狀原料過篩，不達粒徑大小要求的進行球磨處理，然后過篩，粒徑控制在150-350微米； (3)原料混合:將上述已過篩的粉末全部加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為2-10小時，然后加入0.5-0.9%的ZNS-730，繼續進行攪拌混合0.5_2小時； (4)壓制成型:將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在20噸成型機進行壓制，壓力控制在300-600兆帕，壓制時間2-6小時； (5)燒結前處理:將上述初步壓制的產品在370-420攝氏度的熱空氣中進行去除ZNS-730處理，時間為0.5-2小時； (6)燒結預成形:將預成型的壓制品從模具取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行預燒結，溫度達到550-600攝氏度保溫1-2小時，溫度在850-900攝氏度保溫2-3小時，溫度在1050-1100攝氏度保溫1-2小時，溫度在1350-1400攝氏度保溫1-3小時，最后將溫度控制在1550-1750攝氏度，燒結1-4小時； (7)精壓:將預燒結的壓制件在精壓機進行壓制處理，壓力控制在200-350兆帕； (8)燒結成形:將精壓后的產品取出，置入帶氣體保護氛圍的網帶式鐵基燒結爐中進行燒結，溫度達到300-450攝氏度保溫1-2小時，溫度在550-700攝氏度保溫1-3小時，溫度在850-1000攝氏度保溫1-2小時，溫度在1150-1300攝氏度保溫1-2小時，最后將溫度控制在1450-1600攝氏度，燒結2-3小時； (9)復壓校形:將燒結后的粉末壓制件放入壓制模具中，進行再次壓制，壓力控制在150-300兆帕，壓制時間1-2小時； (1 )熱處理:將復壓后的產品進行熱處理，在815-855攝氏度，在0.6%-0.9%的碳勢保護氛圍中加熱1-2小時，進行淬火，然后在185-255攝氏度回火1-2小時。
【文檔編號】C22C38/14GK105886906SQ201610476966
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月27日
【發明人】程敘毅
【申請人】蕪湖三刀材料科技有限公司