[發明專利]一種高應力自緊力銅鋼復合耐磨軸套制造方法

有效

• 申請號: 202210106013.1
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114535933B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 袁國;張吉濤;張元祥;張智銘;康健
• 申請（專利權）人: 東北大學;遼寧寶梁重型機械有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;C22C9/08;C21D7/06;C22F1/08;B22C9/24;C22C1/03
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于材料設計、成型、機械制造和材料處理技術領域，特別涉及一種高應力自緊力銅鋼復合耐磨軸套制造方法，該復合軸套可以用于礦山機械、重載機械等低速非均勻周期重載滑動軸套使用環境。針對低速非均勻周期重載滑動軸套使用環境，本發明設計B、Nb微合金化、澆注工藝和冷卻速度，實現Pb相偏聚程度控制，提高銅套耐周期疲勞能力。而且，設計適合銅鋼硬度比例銅鋼大過盈比、釬焊復合強化連接副結構，使銅套內部通過內表面高應力比進行硬化，強化耐磨特性。本發明綜合調控合金成分、鑄造以及表面處理加工過程，獲得了低速非均勻周期重載荷條件下的高強度滑動套筒結構，使用循環周期達到1.5×10supgt;18/supgt;次以上，結構壽命提高3倍以上。

技術領域

本發明屬于材料設計、成型、機械制造和材料處理技術領域，特別涉及一種高應力自緊力銅鋼復合耐磨軸套制造方法，該復合耐磨軸套可以用于礦山機械、重載機械等低速非均勻周期重載滑動軸套使用環境。

背景技術

制造業是我國實體經濟發展的重中之重，作為世界上產業門類最為齊全的機械制造大國，我國正在越來越多的向國內和國際上供應大量機械裝備。提升機械裝備關鍵零件性能，提高服役周期、降低其工況損耗頻率顯得尤為重要。

大型重型機械裝備中，滑動軸承具有重載荷、低速度以及非均勻載荷等特點，例如：各類礦石破碎機中，偏心軸套和驅動軸構成的滑動軸承等。據不完全統計，我國每年礦山機械等重型裝備用銅合金滑動軸套銅合金用量約10～12萬噸。

低速滑動重載的軸承中，銅質軸瓦是最為重要的零件，其材料要求是摩擦系數小，耐磨性能提高。鉛青銅和銅鉛合金是最主要的銅合金軸瓦材料，其中高鉛青銅是將一定量的Pb加入到青銅中，液態時有限溶解，不形成化合物，固態時完全不互溶，軟質的富鉛相與較硬的銅基母材相互配合，在承受載荷的同時具有較好的自潤滑特性。

但是，鉛青銅合金軸套具有以下缺點：

(1)Pb原子在Cu基體中固溶量有限，凝固過程中存在Pb相嚴重局部偏析和重力Stoke沉淀偏析現象，造成Pb元素無法進一步提高，而且摩擦工作界面上Pb較少，潤滑效果降低(固溶問題-對應調整冷速，旋轉鑄造等)。

(2)Pb原子在基體中固溶的原子產生強烈晶格畸變，阻礙位錯的增殖和攀移，從而降低基體韌性，需要促進Pb原子在基體中的≤5nm直徑粒子的析出，在強化基體的同時提高基體韌性。

(3)軸瓦結構強度低，一般鉛青銅的屈服強度300MPa以下，單獨作為軸瓦的工況下只能通過增加軸套厚度的方法提高零件整體強度，而這會導致更嚴重Pb元素偏析，進一步增加開裂傾向，而且造成Cu、Pb的資源浪費、結構笨重、循環污染等系列問題。

(4)異質金屬復合軸套結構應用較多，但是礦山應用環境下的大載荷、周期性非均勻波動以及惡劣工況等條件下，復合軸套的需要結構設計更加合理、復合界面強度提高、摩擦面強度、硬度提高等系列要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高應力自緊力銅鋼復合耐磨軸套制造方法，針對低速非均勻周期重載滑動軸套使用環境，本發明設計B、Nb微合金化、澆注工藝和冷卻速度，實現Pb相偏聚程度控制，提高銅套耐周期疲勞能力。

本發明的技術方案是：

一種高應力自緊力銅鋼復合耐磨軸套制造方法，按以下步驟進行：

(1)銅套作為內套，鋼套作為外套，二者厚度比為1：1.0～3.5；

(2)按設定成分冶煉銅合金，其成分按重量百分比含Pb?5～38％，Fe?0.1～1.2％，Mn?0.1～1.0％，B?0.01～0.03％，P?0.01～0.1％，Sn?0.1～0.2％，Nb?0.02～0.066％，Ce0.01～0.056％，余量為Cu；