專利名稱：用于建筑設(shè)備的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其可以適用于需要滑動(dòng)軸承具有對(duì)抗施加于其滑動(dòng)表面上的高表面壓力的領(lǐng)域中，這種滑動(dòng)軸承的例子如用于建筑設(shè)備的軸承部件。
上述描述的軸承通常采用的是由切割加工鑄造合金制得的軸承或是在將石墨點(diǎn)埋入滑動(dòng)表面中的軸承。但是，近年來(lái)，一種用具有高動(dòng)粘滯率的潤(rùn)滑劑浸漬燒結(jié)的鐵碳合金制得的油浸漬的燒結(jié)軸承取代了這些軸承。
這種油浸漬的燒結(jié)軸承可以承受高負(fù)載，并被優(yōu)選作為大型設(shè)備如建筑設(shè)備的軸承部件中的滑動(dòng)軸承。但是它的承受能力會(huì)發(fā)生變化，并且使用該種軸承的設(shè)備的壽命也會(huì)發(fā)生變化。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承含有一個(gè)軸承主體，其具有用于支承軸的鏜孔，并由具有淬火硬化結(jié)構(gòu)的燒結(jié)的多孔鐵基合金組成；一個(gè)具有支承表面的致密化部分，其在軸承主體的鏜孔上具有20微米或更小的厚度，其是通過(guò)研磨鏜孔至接近至少一個(gè)含在軸承主體的燒結(jié)多孔鐵基合金中的具有50微米或更大的寬度的孔隙而得到，這樣，被定義為在支承表面上開孔的孔隙的總的開孔面積與支承表面積的比值的開孔率為10％或更小。
鐵基燒結(jié)合金可以是一種在具有馬氏體結(jié)構(gòu)的鐵碳合金基中分散有銅的合金。其中的銅質(zhì)量含量可為15％～25％，開孔孔隙度可為5～28％。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的一種生產(chǎn)燒結(jié)的滑動(dòng)軸承的方法，其包括制備具有淬火硬化結(jié)構(gòu)的燒結(jié)的多孔鐵基合金；加工該燒結(jié)的多孔鐵基合金以形成具有支承軸的鏜孔的軸承主體；研磨軸承主體的鏜孔以形成在鏜孔上的支承表面的致密化部分，使得被定義為在支承表面上開孔的孔隙的總的開孔面積與支承表面積的比值的開孔度減小到小于燒結(jié)多孔鐵基合金的體積孔隙度百分比。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面的一種燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其包括一個(gè)軸承主體，其具有用于支承軸的鏜孔，并由具有淬火硬化結(jié)構(gòu)的燒結(jié)的多孔鐵基合金組成；一個(gè)形成于軸承主體的鏜孔上的具有支承表面的致密化部分，其是通過(guò)研磨鏜孔而使在支承表面上的開孔孔隙的總面積與支承表面積的比值的開孔率減小至小于燒結(jié)多孔鐵基合金的體積孔隙率百分比。
下面將通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)以及生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
根據(jù)如上所述，如果軸被裝配到用潤(rùn)滑劑浸漬的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承內(nèi)并進(jìn)行操作時(shí)，在開始工作階段補(bǔ)給到軸承主體內(nèi)徑表面(即支承表面)的潤(rùn)滑劑的量由于內(nèi)徑表面的開孔面積小而小。然后，由于軸施加的高徑向負(fù)載的表面壓力使內(nèi)徑表面上的涂層狀致密化部分在滑動(dòng)部分被磨損，并由摩擦熱導(dǎo)致了溫度的升高。由于潤(rùn)滑劑的膨脹性，升高的溫度有利于潤(rùn)滑劑對(duì)內(nèi)徑表面的補(bǔ)給。隨著涂層狀致密部分的磨損，內(nèi)徑表面的孔隙面積逐漸增大。這時(shí)潤(rùn)滑劑的補(bǔ)給量增加從而減小摩擦，并且滑動(dòng)部分的磨損也被減小。另一方面，在滑動(dòng)部分以外的其他部分磨損較小并且內(nèi)徑表面的孔隙面積保持較小，這樣就阻止了潤(rùn)滑劑由此處的孔隙溢出。結(jié)果，當(dāng)補(bǔ)給到滑動(dòng)部分的潤(rùn)滑劑達(dá)到合適的量時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生磨損，并且滑動(dòng)表面的潤(rùn)滑性可以根據(jù)承載負(fù)荷而加以調(diào)節(jié)。因此，軸承總是在最佳狀態(tài)使用，從而使其使用壽命延長(zhǎng)，且變化減小。
以下將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承的制造方法及其特點(diǎn)。
下面將介紹在制造燒結(jié)的滑動(dòng)軸承過(guò)程中的燒結(jié)多孔合金材料的制備、通過(guò)切割加工形成軸承主體、對(duì)軸承主體的內(nèi)徑進(jìn)行的機(jī)械表面處理以及用潤(rùn)滑劑浸漬。
燒結(jié)的多孔合金材料是通過(guò)燒結(jié)具有預(yù)定組成的金屬粉末的生壓坯并進(jìn)行熱處理以淬火硬化燒結(jié)體而獲得。如果需要，可以對(duì)淬火硬化燒結(jié)體進(jìn)行回火。通常，由燒結(jié)壓坯獲得的燒結(jié)的多孔合金上的大多數(shù)孔隙為開孔(與燒結(jié)體表面相通的孔)，而閉孔(與燒結(jié)體表面不相通的孔)很少。
對(duì)燒結(jié)體的切割加工可以在淬火硬化前進(jìn)行。
潤(rùn)滑劑浸漬可在內(nèi)徑的機(jī)械表面處理后進(jìn)行，但是，如果對(duì)內(nèi)徑進(jìn)行切割加工的機(jī)械表面處理是在用潤(rùn)滑劑浸漬燒結(jié)的多孔合金之后進(jìn)行的，則可以提高切割和研磨的效果。另外，由于不需要使用研磨液等，因此可以防止軸承主體的孔隙被污染。另外，使軸承的實(shí)際油含量幾乎完全等于燒結(jié)的多孔合金材料的開孔孔隙度是可能的。
(1)組成軸承的燒結(jié)的多孔合金燒結(jié)和淬火硬化的多孔鋼，特別是具有馬氏體結(jié)構(gòu)的鐵基燒結(jié)的多孔合金被用作根據(jù)本發(fā)明的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承的材料。當(dāng)采用鐵碳合金作為鐵基燒結(jié)的滑動(dòng)軸承時(shí)，如果使用這種硬的合金作為基材并且在基材中分散有軟且與軸有親和力的銅時(shí)，可使所得的材料變?yōu)閷?duì)少量合金組成元素具有優(yōu)異的耐久性的合金材料。因此，這種燒結(jié)的多孔鐵—碳—銅合金優(yōu)選被作為燒結(jié)的滑動(dòng)軸承的材料。在這種合金中的銅的質(zhì)量含量?jī)?yōu)選為約15～25％。如果銅含量小，則硬的鐵合金的特性表現(xiàn)得強(qiáng)，因此，軸在運(yùn)行于軸承的內(nèi)徑滑動(dòng)表面上時(shí)易于產(chǎn)生研磨磨損。如果銅含量過(guò)度增加，則在高表面壓力下，在靠近滑動(dòng)表面上的開孔時(shí)，軟的銅易于發(fā)生變形。結(jié)果，潤(rùn)滑劑的供給減少，磨損容易發(fā)生。一部分的軟的并分散在基材中的銅與鐵一同在燒結(jié)中形成合金，這種銅—鐵合金仍具有與軟銅相類似的效果。因此，應(yīng)該考慮到這種合金也被包括在銅相中。優(yōu)選的碳含量為約0.6～1.0質(zhì)量％。在此范圍內(nèi)，由淬火而得到馬氏體結(jié)構(gòu)，并將適量的碳溶于鐵中，這樣，材料的鐵合金基變硬了。另外，還可期望得到來(lái)自游離碳的固體潤(rùn)滑效果。
(2)燒結(jié)的多孔合金的開孔孔隙度和密度燒結(jié)的滑動(dòng)軸承的軸承主體具有高的油浸漬能力是有必要的，這樣軸承主體可以提供足夠的潤(rùn)滑劑給內(nèi)徑的滑動(dòng)表面。因此，優(yōu)選使燒結(jié)的多空合金的開孔孔隙度(表示開孔孔隙體積與總孔隙體積的百分比率)為15％或更大。如果開孔孔隙度低，則即使是當(dāng)內(nèi)徑的涂層狀的致密化部分被消耗后，供給到滑動(dòng)部分的潤(rùn)滑劑仍不能夠達(dá)到足夠的增加。因此，缺乏潤(rùn)滑劑容易導(dǎo)致軸承的壽命變短。
另一方面，為了提供軸承主體滿意的強(qiáng)度和耐模性，有必要使用具有密度等于或大于某點(diǎn)值的燒結(jié)的多孔合金來(lái)制備軸承主體。在使用鐵基燒結(jié)的多孔合金時(shí)，通常該點(diǎn)的密度值為5.8g/cm3或更高。但是，多孔合金的密度高，則意味著它的孔隙度低。由于通過(guò)燒結(jié)獲得的燒結(jié)的多孔合金上的大多數(shù)孔隙為開孔(與燒結(jié)體表面相通的孔)，并且閉孔(與燒結(jié)體表面不相通的孔)非常少，因此具有高密度幾乎就意味著具有低的開孔孔隙度。這樣，為了提供燒結(jié)體強(qiáng)度和耐磨性，就對(duì)提高其的油浸漬能力有所限制。例如，如果銅含量為25質(zhì)量％(上述范圍的上限值)，則由理論密度(8.08)計(jì)算得到的孔隙度在密度為5.8g/cm3時(shí)為約28.2％。因此，考慮到這點(diǎn)，組成軸承主體的燒結(jié)的多孔合金的優(yōu)選的開孔孔隙度為約15～28體積％。
(3)軸承內(nèi)徑的機(jī)械表面處理以及內(nèi)徑表面的狀態(tài)燒結(jié)的滑動(dòng)軸承的內(nèi)徑表面(支承面)是通過(guò)機(jī)械表面處理形成的，機(jī)械表面處理可對(duì)軸承主體的內(nèi)徑施加剪切力和壓縮力。更具體的，內(nèi)徑表面可以是一個(gè)用砂輪研磨過(guò)的研磨表面。由研磨操作而碾碎或變形的合金部分被壓縮而在內(nèi)徑表面上形成涂層狀部分，并且向表面(即內(nèi)徑表面)開孔孔隙的開孔面積減小?？紫堕_孔面積的減小程度可以通過(guò)拋光砂輪的粗糙度、研磨余量等來(lái)調(diào)節(jié)。如果使用粗糙度小的拋光砂輪，并且研磨余量大，則被變形的合金部分就增加，開孔變窄或封閉。優(yōu)選的是在研磨操作時(shí)，使內(nèi)徑表面上的各個(gè)孔隙的開孔總面積變?yōu)檎麄€(gè)內(nèi)徑表面積的10％或更少，更優(yōu)選為1～3％。為了調(diào)節(jié)孔隙的開孔面積，優(yōu)選的研磨操作中的研磨余量的直徑為約0.3mm，砂輪的圓周速度設(shè)為2,500m/min，磨工工作的旋轉(zhuǎn)速度控制到約400rpm。通常，未研磨其表面的燒結(jié)的多孔合金表面上的開孔面積與表面積的比率可以認(rèn)為與它的體積開孔孔隙度的值相等，在通過(guò)上述的研磨操作后，開孔面積的比率降低到約2/3或更小。即使內(nèi)徑表面上的孔隙完全閉合，那些孔隙也可能通過(guò)其它的孔隙而與燒結(jié)合金的其他表面保持相通，這是由于固相燒結(jié)的多孔合金的大多數(shù)孔隙為開孔的緣故。
上述的表面致密化也可通過(guò)切割操作實(shí)現(xiàn)，此時(shí)，用切割刀頭對(duì)表面施加壓力而進(jìn)行切割工作。如果燒結(jié)體在進(jìn)行熱處理前進(jìn)行致密化處理，則可能使致密化達(dá)到更高的程度。但是，考慮到熱處理中的尺寸變化，著眼于尺寸精度，還是優(yōu)選在熱處理后進(jìn)行致密化處理。
通過(guò)對(duì)內(nèi)徑的機(jī)械表面處理以接近孔隙開孔的涂層狀致密化部分的厚度優(yōu)選為約20微米或更小，更優(yōu)選為8-12微米，最優(yōu)選為10微米或更大。這可以通過(guò)對(duì)軸承的橫截面上的重疊面積進(jìn)行顯微觀察得到的橫截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)。然后在橫截面結(jié)構(gòu)中檢查在距離內(nèi)徑表面20微米或更小的距離處是否存在一個(gè)與內(nèi)徑表面分離的寬度為50微米或更大孔。如果致密化部分的厚度過(guò)于大，則由初始磨損來(lái)調(diào)節(jié)滑動(dòng)部分的開孔面積至合適值所需的時(shí)間就變長(zhǎng)，溫度也升高很高。如果形成的致密化部分太厚，則通常需要通過(guò)研磨操作將多余部分在使用前除掉。這時(shí)，優(yōu)選將砂輪的研磨(滑動(dòng))速度增加，并且將研磨余量減小。
為了在使用時(shí)不產(chǎn)生不必要的摩擦，機(jī)械表面處理后的內(nèi)徑表面(除了孔隙外)的平均表面光潔度優(yōu)選為0.5～1微米。這可以通過(guò)調(diào)節(jié)研磨機(jī)的拋光砂輪的粗糙度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
上述的內(nèi)徑表面致密化可以不通過(guò)研磨而通過(guò)其他方法實(shí)現(xiàn)，例如，在粉末冶金中的表面致密化技術(shù)。但是，根據(jù)這種方法，生產(chǎn)步驟非常多，當(dāng)軸承被裝配到機(jī)體中時(shí)，必須進(jìn)行定位。除此之外，還可通過(guò)局部加熱來(lái)軟化或熔化內(nèi)徑，并將金屬粉末或金屬箔與內(nèi)徑接觸或熱結(jié)合到內(nèi)徑上，或通過(guò)熔化金屬而涂層等來(lái)形成涂層。但是，對(duì)該過(guò)程的進(jìn)展程度和涂層強(qiáng)度的保持都難以控制。與這些方法相比，由于研磨操作具有操作過(guò)程易于控制并且操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，從而更加實(shí)用。由于軸承主體和致密化部分的材料相同，可以保證致密化部分的強(qiáng)度。
通過(guò)研磨達(dá)到致密化不僅可應(yīng)用于內(nèi)徑，而且可應(yīng)用于軸承主體的整個(gè)外表面。除此之外，也可以在外表面上用金屬箔或涂覆形成致密化部分。在這種情況下，有必要在形成涂層前進(jìn)行潤(rùn)滑劑的浸漬。
(4)潤(rùn)滑劑浸漬優(yōu)選使用的潤(rùn)滑劑通常為用于高表面壓力的滑動(dòng)軸承的高質(zhì)量的潤(rùn)滑劑。更具體的，在40℃時(shí)動(dòng)粘滯率為約2.2～10m2/s(220～1000cSt)的潤(rùn)滑油是合適的選擇。在室溫下呈固體或半固體的滴點(diǎn)為60℃或更高的蠟也是合適的選擇。這種蠟可以通過(guò)將油和固體石臘或微晶蠟混合而制得，優(yōu)選的還可以向其中加入石墨或硫化鉬顆粒。如果軸承的溫度由于軸承與軸之間的滑動(dòng)而升高，浸漬在軸承中的潤(rùn)滑油由于膨脹而由開孔補(bǔ)給內(nèi)徑表面。為了使?jié)櫥瑒┑墓┙o持續(xù)到軸承的溫度上升，優(yōu)選在剛開始使用軸承時(shí)將油脂加入到軸承部件(軸承和軸)中。
(5)軸承的最優(yōu)化如果在通過(guò)利用內(nèi)徑表面的起始磨損而使浸漬潤(rùn)滑劑得到的潤(rùn)滑性優(yōu)化后，再將燒結(jié)的滑動(dòng)軸承安裝在機(jī)器上，則軸承可在一開始工作時(shí)就處于最佳狀態(tài)。更具體的，預(yù)先檢查將要施加于被安裝在機(jī)器上軸承上的負(fù)載，然后，將被檢查過(guò)的負(fù)載加到用于進(jìn)行最優(yōu)化而與滑動(dòng)軸承配套的軸上并開動(dòng)該軸，由此在滑動(dòng)表面上產(chǎn)生起始磨損來(lái)對(duì)潤(rùn)滑性進(jìn)行最優(yōu)化。評(píng)價(jià)潤(rùn)滑性的最優(yōu)化可通過(guò)測(cè)量載有運(yùn)作的軸的軸承的溫度變化進(jìn)行(見下面的例子)。避免過(guò)渡磨損是優(yōu)選的。
在優(yōu)化的燒結(jié)滑動(dòng)軸承中，只有部分內(nèi)徑表面，即軸的滑動(dòng)部分被磨損，這部分的開孔面積比內(nèi)徑表面的其他部分的開孔面積大。
可根據(jù)需要，對(duì)優(yōu)化的燒結(jié)滑動(dòng)軸承進(jìn)行再次的浸漬以補(bǔ)給潤(rùn)滑劑。
(6)軸承的使用如上所述的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承可以忍受58.8MPa或更高的表面壓力以及滑動(dòng)速度為2～5cm/s的負(fù)載，并且其在加載這樣的負(fù)載后在使用狀態(tài)下顯出了優(yōu)異的表現(xiàn)。因此，這種軸承適用于建筑設(shè)備領(lǐng)域，最適于用作液壓挖掘機(jī)的連接軸承或起重機(jī)的支持連接軸承。
實(shí)施例本發(fā)明將引用一個(gè)實(shí)施例和一些對(duì)比例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
a)滑動(dòng)軸承用材料的制備將81.2kg的霧化鐵粉(商品名Atomel 300M，Kobe Steel Ltd.生產(chǎn))，18kg的電解銅粉(商品名CE15，F(xiàn)ukuda Metal Foil&Power Co.Ltd.生產(chǎn))，0.8kg的石墨粉(商品名CPB，Nippon Graphite IndustoriesLtd.生產(chǎn))和0.5kg作為制模潤(rùn)滑劑的硬脂酸鋅粉相互混合。然后將混合物進(jìn)行壓縮模塑，形成圓柱體狀的壓坯。所得的壓坯在1,120℃下在還原氣體中被燒結(jié)。燒結(jié)體的鐵基燒結(jié)合金基中的鍵合碳的含量為0.6質(zhì)量％。燒結(jié)體的密度為6.2g/cm3，開孔孔隙度為21％。將該燒結(jié)體加熱到850℃，然后進(jìn)行油淬火并在180℃下回火，得到用于軸承的材料。該軸承材料具有馬氏體相和銅相混合的結(jié)構(gòu)。
b)內(nèi)徑的切割和研磨在車床上，用硬質(zhì)合金工具在上述軸承用材料上切割形成軸承的內(nèi)徑、外周表面和端面，得到外徑為65mm，內(nèi)徑為(50+研磨余量)mm，軸長(zhǎng)為50mm的粗造的軸承。然后，使用研磨機(jī)將砂輪放置在內(nèi)徑內(nèi)與之接觸并在壓力下與內(nèi)徑相互滑動(dòng)，使粗糙的軸承和砂輪相互旋轉(zhuǎn)來(lái)研磨內(nèi)徑，這樣得到實(shí)施例和對(duì)比例1和2中的內(nèi)徑為50mm的軸承樣品。這里，請(qǐng)注意，開孔面積與內(nèi)徑面積的比率通過(guò)改變研磨余量和拋光砂輪的粗糙度被調(diào)整為3面積％(實(shí)施例)，1面積％(對(duì)比例1)和15面積％(對(duì)比例2)。對(duì)于實(shí)施例、對(duì)比例1和對(duì)比例2的每一個(gè)，相同的軸承樣品被制備出以分別觀察它的橫截面和進(jìn)行測(cè)試。
c)潤(rùn)滑劑浸漬對(duì)于實(shí)施例、對(duì)比例1和對(duì)比例2的每一個(gè)均使用潤(rùn)滑油(40℃時(shí)動(dòng)粘滯率為約4.6m2/s(460cSt))在真空下浸漬軸承樣品以用于測(cè)試。每個(gè)浸漬后的軸承樣品的油含量均為21％。
d)軸承測(cè)試在實(shí)施例、對(duì)比例1和對(duì)比例2的每一個(gè)中，均將油浸漬的軸承樣品安裝到機(jī)體上，并在軸承樣品的外周表面上安裝一個(gè)熱電偶。另一方面，制備一個(gè)用于進(jìn)行淬火和拋光的軸，將油脂涂到該軸上并將該軸安裝到軸承樣品的內(nèi)徑中。將一個(gè)負(fù)載沿軸承的徑向方向加載到軸上，使得軸和軸承樣品的內(nèi)徑之間的滑動(dòng)表面上的壓力變?yōu)?8.8MPa(6kg/mm2)，使軸往復(fù)旋轉(zhuǎn)30小時(shí)，用熱電偶測(cè)量該操作期間的溫度改變。這里，滑動(dòng)表面的滑動(dòng)速度在中心范圍為100度的往復(fù)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中被設(shè)定為1.2m/min，并且在每個(gè)往復(fù)旋轉(zhuǎn)終點(diǎn)處的停止時(shí)間被設(shè)定為0.5秒。
e)軸承測(cè)試結(jié)果軸承測(cè)試中的軸承樣品的溫度變化示于表1。
由表1可以看出，在實(shí)施例中的軸承樣品中，盡管溫度在作業(yè)開始階段上升(約1小時(shí))，但是此后溫度下降，并在作業(yè)開始后10小時(shí)至30小時(shí)測(cè)試結(jié)束期間保持在幾乎相同的溫度水平。
另一方面，在對(duì)比例1中，軸承的內(nèi)徑表面的開孔面積小且致密化部分厚，溫度在開始階段急劇上升，并達(dá)到一個(gè)比實(shí)施例高的溫度水平，到溫度變?yōu)楹愣ㄐ枰?0小時(shí)。并且該恒定的溫度比實(shí)施例中的高。在對(duì)比例2中，軸承的內(nèi)徑表面的開孔面積大，盡管溫度在開始階段上升得比實(shí)施例中的緩慢，但其隨后還一直保持上升。并且盡管溫度在5小時(shí)后達(dá)到恒定，但該恒定的溫度比實(shí)施例中的高。
由經(jīng)驗(yàn)考慮，如果軸承溫度超過(guò)150℃，就意味著會(huì)產(chǎn)生滯塞磨損(seizure abrasion)。因此，可以認(rèn)為在實(shí)施例和對(duì)比例1、2中均沒有產(chǎn)生滯塞磨損。
表1操作時(shí)間 0小時(shí) 1小時(shí) 3小時(shí) 5小時(shí) 10小時(shí) 20小時(shí) 30小時(shí)實(shí)施例24℃ 91℃ 80℃ 74℃ 70℃70℃70℃對(duì)比例1 24℃ 105℃ 97℃ 95℃ 90℃84℃84℃對(duì)比例2 24℃ 60℃ 75℃ 81℃ 81℃81℃81℃f)評(píng)價(jià)由軸承內(nèi)徑表面的起始狀態(tài)開始，對(duì)上述軸承測(cè)試結(jié)果的評(píng)價(jià)如下(實(shí)施例)由于內(nèi)徑表面的開孔面積小，潤(rùn)滑油對(duì)施加的徑向負(fù)載的供補(bǔ)不足，因此在滑動(dòng)部分的起始摩擦導(dǎo)致了溫度的上升。但是，隨著滑動(dòng)部分的內(nèi)徑表面的開孔面積由起始磨損而增大，潤(rùn)滑油的供補(bǔ)增加從而使摩擦和產(chǎn)生的熱減小。結(jié)果，軸承溫度下將。然后，潤(rùn)滑油的供補(bǔ)量達(dá)到使?jié)櫥偷纳贤屏蛷较蜇?fù)載達(dá)到平衡，就抑制了內(nèi)徑表面的摩擦并通過(guò)優(yōu)化滑動(dòng)部分的開孔面積而獲得理想的潤(rùn)滑狀態(tài)。在這種情況下，含有具有相對(duì)較硬的淬火結(jié)構(gòu)和相對(duì)較軟的銅相的鐵—碳基合金基的合金材料具有耐磨性，該耐磨性通過(guò)優(yōu)化內(nèi)徑表面的開孔面積而特別適合于穩(wěn)定摩擦抑制性能和滑動(dòng)性能。(對(duì)比例1)由于內(nèi)徑表面的開孔面積小，由起始摩擦導(dǎo)致了溫度的上升。但是，由于致密化部分厚，滑動(dòng)部分的內(nèi)徑表面的開孔面積達(dá)到合適值的時(shí)間長(zhǎng)，并且潤(rùn)滑油的供補(bǔ)不足的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。由于起始狀態(tài)的溫度高，就比實(shí)施例更易通過(guò)熱膨脹而實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油的供補(bǔ)，因此達(dá)到潤(rùn)滑油的供補(bǔ)最優(yōu)化時(shí)的滑動(dòng)部分開孔面積比實(shí)施例中的小，使該例中的溫度高于在該軸承樣品中，如果施加于軸上的徑向負(fù)載小，應(yīng)該可以得到與實(shí)施例相似的測(cè)試結(jié)果。另外，在軸承樣品工作幾小時(shí)后，如果操作被停止一次，軸承樣品被冷卻，則軸承樣品應(yīng)該處于與實(shí)施例的軸承樣品相似的狀態(tài)。因此，由此后操作產(chǎn)生的溫度變化變得與實(shí)施例中的相似。也就是說(shuō)，在內(nèi)徑表面被致密化的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承中，如果其滑動(dòng)部分在起始階段被預(yù)先在對(duì)軸承施加負(fù)載下進(jìn)行了摩擦處理，則軸承在實(shí)際使用時(shí)的穩(wěn)定性就能得以提高。(對(duì)比例2)由于內(nèi)徑表面的開孔面積大，在起始階段的潤(rùn)滑油的補(bǔ)給量大。另外，由于滑動(dòng)部分的起始摩擦小，溫度上升相對(duì)緩慢。但是，由于在整個(gè)內(nèi)徑表面的開孔面積大，潤(rùn)滑油易于從內(nèi)徑表面的開孔而不是從滑動(dòng)部分溢出。因此，在滑動(dòng)部分上的潤(rùn)滑油減少，使得潤(rùn)滑油供補(bǔ)短缺。因此，由于摩擦導(dǎo)致溫度上升。為了補(bǔ)充溢出的潤(rùn)滑油并平衡徑向負(fù)載和潤(rùn)滑油，有必要向滑動(dòng)部分供補(bǔ)大量的潤(rùn)滑油。然而，即使是滑動(dòng)部分的摩擦持續(xù)，但開孔面積基本上不會(huì)改變，隨著溫度的上升，潤(rùn)滑油用量增加。因此，滑動(dòng)部分的摩擦持續(xù)直到徑向負(fù)載和潤(rùn)滑油達(dá)到平衡。
如上所述，當(dāng)由燒結(jié)的多孔合金制得的軸承的內(nèi)徑表面被研磨成具有極好的圓形光滑表面時(shí)，如果對(duì)研磨條件進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)研磨變形的合金表面部分而使內(nèi)徑表面開孔變窄或封閉，并且內(nèi)徑表面的開孔面積小并可能通過(guò)起始磨損而平衡潤(rùn)滑劑液壓和施加于軸承上的徑向負(fù)載。因此，有可能提供一種燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其可通過(guò)使用條件進(jìn)行優(yōu)化。該軸承具有優(yōu)異的持久性，使用壽命期內(nèi)的變化小。其內(nèi)徑表面的開孔面積與內(nèi)徑表面積的比率可以通過(guò)控制研磨條件而容易調(diào)整，并且，根據(jù)燒結(jié)的多孔合金的組分和密度賦予燒結(jié)的滑動(dòng)軸承優(yōu)選的強(qiáng)度和含油量。因此，可以容易地制造出具有優(yōu)異的軸承性能和組合性能的軸承。本發(fā)明的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承可以應(yīng)用于高表面壓力的情況，并且可以將低摩擦狀態(tài)穩(wěn)定地維持較長(zhǎng)的時(shí)間。因此，能夠延長(zhǎng)軸承的維護(hù)周期，從而降低維護(hù)費(fèi)用。
以上實(shí)施例并不能用于限制本發(fā)明，任何在根據(jù)本發(fā)明的由權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)的變化都仍應(yīng)屬于本法明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，包括一個(gè)具有用于支承軸的鏜孔的軸承主體，其由具有淬火硬化結(jié)構(gòu)的燒結(jié)的多孔鐵基合金組成；以及具有支承表面的致密化部分，其在軸承主體的鏜孔上具有20微米或更小的厚度，其是通過(guò)研磨鏜孔至接近至少一個(gè)含在軸承主體的燒結(jié)多孔鐵基合金中的具有50微米或更大的寬度的孔隙而得到，被定義為在支承表面上開孔的孔隙的總的開孔面積與支承表面積的比值的開孔率為10％或更小。
2.根據(jù)權(quán)利要1所述的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其中，燒結(jié)的多孔鐵基合金的開孔孔隙度為15～28體積％，燒結(jié)的多孔鐵基合金淬火硬化結(jié)構(gòu)含有馬氏體結(jié)構(gòu)，以及在燒結(jié)的多孔鐵基合金中含有15～25質(zhì)量％的銅相。
3.根據(jù)權(quán)利要1所述的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其中，致密化部分具有在其上軸在負(fù)載下滑動(dòng)的滑動(dòng)表面，并且滑動(dòng)表面的被定義為滑動(dòng)表面上總的孔隙的開孔面積與滑動(dòng)表面積的比值的開孔率大于支承面的開孔率。
4.據(jù)權(quán)利要1所述的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其中，燒結(jié)的多孔鐵基合金含有0.6～10質(zhì)量％的碳。
5.根據(jù)權(quán)利要1所述的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其中，進(jìn)一步包括浸漬到軸承主體中的潤(rùn)滑劑，該潤(rùn)滑劑含有在40℃時(shí)動(dòng)粘滯率為2.20-10.00St的潤(rùn)滑油。
6.根據(jù)權(quán)利要1所述的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其中，除孔隙外的支承表面的平均表面光潔度為0.5-1微米。
7.根據(jù)權(quán)利要1所述的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其特征在于其用于建筑設(shè)備。
8.一種燒結(jié)的滑動(dòng)軸承的制造方法，包括制備具有淬火硬化結(jié)構(gòu)的燒結(jié)的多孔鐵基合金；加工該燒結(jié)的多孔鐵基合金以形成具有支承軸的鏜孔的軸承主體；并研磨軸承主體的鏜孔以形成在鏜孔上的支承表面的致密化部分，使得被定義為在支承表面上開孔的孔隙的總的開孔面積與支承表面積的比值的開孔度減小到小于燒結(jié)多孔鐵基合金的體積孔隙度百分比。
9.根據(jù)權(quán)利要8所述的制造方法，進(jìn)一步包括將潤(rùn)滑劑浸漬到軸承主體中。
10.根據(jù)權(quán)利要9所述的制造方法，其中，潤(rùn)滑劑在研磨軸承主體的孔隙前浸漬入軸承主體中，該潤(rùn)滑劑是含有在40℃時(shí)動(dòng)粘滯率為約220～1000cSt的潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑劑。
11.根據(jù)權(quán)利要8所述的制造方法，其中，研磨孔隙包括控制研磨余量以調(diào)整支承表面的開孔比率。
12.根據(jù)權(quán)利要9所述的制造方法，進(jìn)一步包括預(yù)備操作軸承主體和軸以在軸承主體的孔隙上形成滑動(dòng)表面，這樣，由開口于滑動(dòng)表面上的孔隙的總開孔面積與滑動(dòng)面積的比率定義的開孔率大于支承表面的開孔率。
13.根據(jù)權(quán)利要12所述的制造方法，其中，預(yù)備操作包括將軸耦合到軸承主體中；驅(qū)動(dòng)軸在軸承表面上在軸承負(fù)載下運(yùn)動(dòng)，以摩擦減小致密化部分；測(cè)量軸承主體上的熱變化以探測(cè)由軸承主體通過(guò)開口于滑動(dòng)表面的孔隙補(bǔ)給滑動(dòng)表面的潤(rùn)滑劑提供的潤(rùn)滑性。
14.根據(jù)權(quán)利要8所述的制造方法，其中，制備燒結(jié)的多空鐵基合金包括燒結(jié)與燒結(jié)的多孔鐵基合金具有幾乎完全相同的組分的生壓坯；并且淬火硬化燒結(jié)的壓坯。
15.一種燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，包括一個(gè)具有用于支承軸的鏜孔的軸承主體，其由具有淬火硬化結(jié)構(gòu)的燒結(jié)的多孔鐵基合金組成；以及一個(gè)致密化部分，其具有通過(guò)研磨孔隙而形成于軸承主體的孔隙上的支承面，這樣使得被定義為在支承表面上開孔的孔隙的總的開孔面積與支承表面積的比值的開孔百分率減小到小于燒結(jié)的多孔鐵基合金的體積開孔孔隙度百分率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其中，多孔鐵基合金的體積開孔孔隙度為15體積％或更大，并且支承表面的開孔率為10％或更少。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其中，致密化部分的厚度為20微米或更少，并且接近至少一個(gè)具有寬度為50微米或更大的孔隙，所述孔隙含在軸承主體的燒結(jié)的多孔鐵基合金中。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其中，支承表面的開孔比率等于或小于燒結(jié)的多孔鐵基合金的開孔孔隙度體積百分比的三分之二。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其中，淬火硬化結(jié)構(gòu)包括馬氏體結(jié)構(gòu)，并且燒結(jié)的多孔鐵基合金含有分散于其中的銅相。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其中，在燒結(jié)的多孔鐵基合金中的銅顆粒的質(zhì)量含量為15-25％。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其中，燒結(jié)的多孔鐵基合金的密度為5.8g/cm3或更大。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燒結(jié)的滑動(dòng)軸承，其具有的滑動(dòng)主體具有用于支承軸的鏜孔以及具有支承表面的致密化部分。軸承主體由具有淬火硬化結(jié)構(gòu)的燒結(jié)的多孔鐵基合金組成，形成于軸承主體的鏜孔上的致密化部分的厚度為20微米或更小，其是通過(guò)研磨鏜孔至接近至少一個(gè)含在軸承主體的燒結(jié)多孔鐵基合金中的具有50微米或更大的寬度的孔隙而得到，這樣，被定義為在支承表面上開孔的孔隙的總的開孔面積與支承表面積的比值的開孔率為10％或更小。
文檔編號(hào)F16C33/04GK1434225SQ0310068
公開日2003年8月6日 申請(qǐng)日期2003年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月22日
發(fā)明者宮坂元博, 丸山和夫 申請(qǐng)人:日立粉末冶金株式會(huì)社