[發明專利]一種鋼-鋼雙金屬轉子及其制造方法

有效

• 申請號: 201410023147.2
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103758746A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 陳廣志;王飛;田玉清;孫陽;許慶森
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: F04B53/00
• 分類號: F04B53/00;C22C38/44;C22C32/00;C22C30/02;B22F3/16;B22F3/26;B22F1/00
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙) 11248
• 代理人: 張小娟

技術領域

本發明屬于冶金材料領域，特別涉及柱塞液壓泵用鋼-鋼雙金屬轉子及其制造方法。

背景技術

柱塞液壓泵是靠柱塞在轉子柱塞腔內往復運動，改變柱塞腔容積，來實現吸油和排油的。由于柱塞泵具有結構緊湊，轉速高，流量大，效率高，工作壓力大，容易實現變量等優點，廣泛應用于工程機械、起重運輸、冶金、船舶、航空航天等領域。

轉子是柱塞液壓泵的關鍵摩擦副和心臟部件，如圖1所示，1為鋼基體，2為自潤滑耐磨鋼減摩層。它承受著交變應力、沖擊載荷、表面摩擦磨損及介質的化學作用，承擔著傳力、潤滑、密封的功能，工作條件最為惡劣。泵的高速、高壓化將使關鍵摩擦副材料的磨損、疲勞問題變得更加突出：高速、高壓下摩擦副表面急速升溫，接觸面更快塑變、軟化，粘著磨損與疲勞損傷加劇；同時摩擦副受力幅度與交變頻率增大，促使材料過早斷裂。在新品研制中關鍵摩擦副轉子的嚴重磨損或由磨損導致的斷裂已成為泵失效的主要原因。因此，轉子是制約柱塞泵壽命的關鍵因素。

制造液壓泵轉子的材料有銅合金（主要是Si-Mn黃銅）、鐵基粉末冶金材料、球墨鑄鐵、雙金屬材料等。其中，采用雙金屬結構，即材料表層與材料基體各用不同材料，這樣既滿足了摩擦副材料的匹配要求又提高了材料的疲勞強度，它是一種表層摩擦學性能（材料配對相容性、減摩性、耐磨性）與基體材料力學性能（強度、韌性、抗疲勞能力）相結合的，解決磨損與疲勞雙重問題的最好方案，是普遍采用的轉子制造方法。雙金屬轉子結構國內外都是采用銅-鋼結構，表層材料即減摩層材料全部是銅基合金。

但現有的銅-鋼雙金屬轉子滿足不了新一代高速、高壓、大流量液壓泵，特別是煤油泵的要求，主要問題是：

①銅合金減摩層的耐磨性能有限。目前使用最多的減摩層材料是鑄造錫青銅ZQSn10-2-3，作為鑄造銅合金，不可避免的存在鑄造缺陷，如果缺陷出現在工作面，會破壞工作面的表面完整性，極大的降低轉子耐磨層的耐磨性能，使得產品達不到預定的壽命要求。銅合金鑄造后的致密性影響其耐磨性能，因此，其耐磨性受到鑄造技術的制約。而采用整體Si-Mn黃銅制造，不僅耐磨性能不理想，強度也不夠，常常出現柱塞頭從球窩拉脫現象。特別是當柱塞泵的液壓介質由紅油轉換為煤油時，便使雙金屬的銅合金層產生劇烈磨損，甚至出現“剃光頭”現象（即雙金屬上的鍍銀層和銅層全被磨掉）。轉子端面銅合金層的嚴重磨損，使密封面受到破壞，造成泵的內泄增大，容積效率下降。如果銅合金產生的磨屑進入液壓系統，則會破壞泵內組件，造成重大故障，大大降低液壓泵的使用壽命和可靠性。

②轉子的柱塞孔與柱塞配合，這一對摩擦副不宜選用熱變形量相差很大的材料，這一點在高溫情況下尤為突出。銅-鋼雙金屬轉子由于熱膨脹系數不同，熱變形量相差大，容易出現柱塞抱死，造成泵中的卡盤、滑靴等零件徹底扭斷或打壞，使系統癱瘓的故障。如果要保證高溫狀態足夠的變形量，就會導致常溫狀態轉子柱塞孔與柱塞間隙過大，使容積效率降低。同時由于熱變形量的不同，轉子在進行熱處理過程中，容易產生裂紋。

③減摩層銅合金容易產生疲勞磨損，使銅轉移到鋼基體上，產生粘銅，也即“冷焊”現象，影響摩擦副正常運轉。

④由于銅合金的熔點低，擴散焊溫度受到限制，加上銅合金本身的強度低（例如，ZQSn10-2-3的σ_b為245MPa），因此，銅-鋼雙金屬摩擦副的結合強度低，常出現端面銅合金層脫落以及柱塞孔銅合金層被拉出的情況。

至此，采用減摩、耐磨、不粘著、焊接性好、能適應熱處理要求的減摩層材料制造雙金屬轉子已成為提高柱塞液壓泵壽命和可靠性的關鍵。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋼-鋼結構的雙金屬轉子，其減摩層具有良好的自潤滑、耐磨、耐粘著性能，可滿足新一代柱塞液壓泵的性能要求。

本發明的另一目的是提供一種鋼-鋼結構的雙金屬轉子的制造方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種鋼-鋼雙金屬轉子，用于柱塞液壓泵，該轉子基體采用鋼或球墨鑄鐵，減摩層采用自潤滑耐磨鋼材料，自潤滑耐磨減摩層材料最終產品的化學組成按質量％為：C：0.5-1，Cr：11-13，Ni：8-10，Mo：1.5-2.5，Cu：25-30，MoS₂：3-9，納米α-Al₂O₃：0.5-1.5，Fe余量；