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美國MPIF標準35“粉末冶金自光滑軸承材料標準”
來源:海力軸承網 時間:2018-06-24
軸承可界說為一種在其間有別的一種元件(比如軸頸或桿)旋轉或滑動的機械零件.依據軸承作業時沖突的型式,它們又分為滾動軸承與滑動軸承.滑動軸承之中本身具有自光滑性的軸承叫做含油軸承或自光滑軸承.用粉末冶金法制作的金屬基含油軸承通稱為粉末冶金自光滑軸承或燒結金屬含油軸承.
粉末冶金自光滑軸承是音像設備、微特小型馬達、工作機械、電動工具、洗衣機、電風扇、縫紉機、復印機等中不行短少的一類軸承.據筆者估量,1999年我國微特小型粉末冶金自光滑軸承的年產量已到達25億只左右.盡管我國早在1953年就已開端出產粉末冶金自光滑軸承,也制訂過相應的國家標準[1],比如ＧＢ2685-81《粉末冶金筒形軸承型式、尺度與公役》、ＧＢ2686-81《粉末冶金帶擋邊筒形軸承型式、尺度與公役》、ＧＢ2687-81《粉末冶金球形軸承型式、尺度與公役》及ＧＢ2688-81《滑動軸承粉末冶金軸承技能條件》,可是,這些標準自發布之日起,就從未進行過修訂,已不能習慣當時科技開展與出產的需求.
世界標準化安排(ＩＳＯ)1996年對ＩＳＯ5755《燒結金屬材料 標準》進行了修訂[2].但其間關于粉末冶金自光滑軸承材料的商標較少,也沒有關于軸承描繪與運用的闡明.
美國金屬粉末工業聯合會(ＭＰＩＦ),自1965年發布《粉末冶金自光滑軸承》材料標準以來,先后于1974、1976、1986、1990及1998進行了修訂.1998年版[3]比1990年版[4]增加了4個材料商標,在工程常識方面也增加了一些新內容.
美國金屬粉末工業聯合會(ＭＰＩＦ)1998年修訂的《粉末冶金自光滑軸承》材料標準[3]是當時關于《粉末冶金自光滑軸承》最新的一份材料標準.這份標準關于我國粉末冶金自光滑軸承的出產廠與用戶都具有重要的參考價值.特全文剖析如下.
1 注釋與引薦的做法
1。1 最小值概念關于粉末冶金材料,ＭＰＩＦ選用了最小功用值概念.在描繪粉末冶金軸承時,能夠會選用比如含油量與徑向壓潰力這些值.化學組成、密度,和在一些場合,徑向壓潰力也都列出了最大值.運用不一樣的化學組成、顆粒形狀、密度和或工藝技能可到達一樣的功用,這是粉末冶金的一大長處.
最小值是由產需兩邊斷定的在一個出產批量中一切軸承在核算上都要超越的值.產需兩邊應商定取樣辦法.
需方應挑選和詳細闡明關于詳細運用最適宜的粉末冶金材料與功用體系.供給的數據規則了羅列的材料的值與給出了最低功用.運用較雜亂的工藝進程還可改善運用功用.為了挑選一種在功用與價錢上都可行的最佳材料,和粉末冶金出產廠家評論軸承的用處是很重要的.
運用ＭＰＩＦ標準35擬定粉末冶金軸承的技能條件,意味著除非產需兩邊還有協議外,材料功用至少具有標準中規則的最小值.
1。2 商標挑選
在挑選一種特定的材料商標之前,需求對包含尺度公役在內的軸承描繪與其結尾用處進行詳盡剖析.此外,還應思考制品軸承的結尾功用需求,例如密度、孔隙度、抗壓強度、耐蝕性、耐磨性、含油量、油的品種、外表粗糙度及和運用關聯的任何其他需求.主張在結尾選定材料商標之前,產需兩邊間就上述各個方面進行評論.
除了本標準中已標準化的軸承材料之外,還有可用于特別用處的具有專利的其他材料.(關于描繪的主張和與正確運用粉末冶金自光滑軸承有關的其他常識見ＭＰＩＦ出書的粉末冶金描繪手冊.)
1。3 名 稱
在前綴字符代號之后的4位數字指的是材料組成.
在有色金屬資猜中,4位數字系列的前2位數字表明首要合金化組份的百分含量.4位數字系列的后2位數字表明非有必要合金化組分的百分含量.代號中雖未包含其他非有必要元素,但在每一種標準材料的“化學組成”中都已給出.粉末冶金有色金屬材料商標代號舉例如下:
在鐵基資猜中,首要合金化元素(除化合碳外)都包含在前綴字符代號中,代號中雖不包含其他元素,但在每一種標準材料“化學組成”中都已將它們列出.4位數字代號前2位數字表明首要合金化組元的百分含量.Ｋ代表徑向壓潰強度,以103ｐｓｉ表明.
在4位數字系列中,結尾2位數字表明鐵基材料的化合碳含量.在代號體系中,冶金化合碳的規模表明如下:
后綴2位數字表明系數Ｋ的最小值,Ｋ是以103ｐｓｉ表明的.需方可依據粉末冶金材料的化學成分估量Ｋ值.字符Ｋ表明軸承材料商標.
1。4 化學組成
每種材料的化學組成都列出了首要元素質量百分含量的最小與最大值.其他元素包含用差減法求出的一切其他元素.這些元素能夠包含為特別意圖增加的其他非有必要元素與各個組份中富含的常量無關元素.
粉末冶金自光滑材料的化學組成標準表述的是燒結態材料.比如精整、切削加工、滾磨或浸油之類后續作業都能夠改動化學剖析的成果.只需取樣(鉆取切屑)時未受到油或氧化物之類污染,就不會阻礙查驗燒結態零件的化學組成.在某些場合,不論是為了精整仍是為了光滑含浸的光滑劑,用Ｓｏｘｈ ｌｅｔ萃取法(ＡＳＴＭＢ328)都能夠有些地除掉.
通過精整、滾磨、切削加工或含浸處置的零件都會被含碳材料污染,因而,在定碳之前有必要將含碳材料除掉.還無法將某些這類污染材料徹底除掉;因而,也就無法測定出準確的含碳量.鐵中的化合碳含量可用全相估量珠光體的面積百分率來測定:100%珠光體約等于0 8%碳.
1。5 顯微安排可將粉末冶金軸承顯微安排的查驗作為一種確診手法,用來提醒燒結程度和對粉末冶金制作進程至關重要的其他冶金信息.茲就對大多數燒結材料通用的幾項查看敘說如下.
在挑選顯微安排剖析用粉末冶金零件磨片時,關于鑲樣與研磨主張選用平行于限制方向的內平面.應將粗與精拋光一向持續到估量一切孔隙都已被顯露出來.孔隙的面積百分率表明零件的密度.例如,80%細密的軸承,其孔隙占有的面積應約為20%.
在制備顯微安排查驗用的試樣時,像為自光滑描繪的這些低密度材料,有必要浸以鑲樣樹脂.這將有助于避免切削加工或拋光時孔隙發作畸變.燒結軸承往往首先在未腐蝕狀況下進行查驗.在正常的燒結件中,于200×下將很少或不會看出原始顆粒界.有必要用Ｓｏｘｈｌｅｔ萃取法除掉軸承中富含的油,然后,它不會攪擾顯微鏡查驗.對未腐蝕的內徑外表的查驗應顯現出外表的孔隙度.
在90 10銅 錫青銅軸承中,安排應為α青銅與最少數淡紅色富銅區,和沒有灰色的銅 錫化合物.在鐵 銅軸承中,銅應熔化和流到周圍的小孔隙中.含銅量為5%到10%時,將能夠看出銅的熔化區域.含銅量為2%或更少時,通常不會有游離銅存在.軸承安排中顯現的原始顆粒界應最少.“低”青銅的顯微安排兼有鐵與青銅安排的外觀.
依據制作工藝進程,鐵 石墨材料的顯微安排中或許富含游離石墨或許富含游離石墨/化合碳的混合物.為了在金相查驗時能堅持住石墨,在粒度為400與600的ＳｉＣ砂紙上進行粗磨,然后于中等壓力下,在250ｒ/ｍｉｎ的拋光盤上的短絨毛布上,用粒度1μｍ的金剛石拋光2～6ｍｉｎ.
2 界說與公式
2。1 含浸油低密度粉末冶金零件或軸承中的可控、連通孔隙布局使著其可含浸以光滑油.然后,就賦予它們以自光滑功用.當零件沖突發熱時,油脹大與流至軸承外表.在工作中,當軸旋轉時,油就從軸承中被“抽出”.冷卻時,油又憑借毛細效果被吸入金屬的孔隙中.粉末冶金軸承按容積通�？晌�10%～30%的油.含浸油是用真空技能或用在加熱的油中浸泡零件來完成的.(見本文“8”關于這方面的進一步的工程常識).
2。2 孔隙度孔隙度是軸承中孔隙容積所占的百分率.它是密度的余數.理論密度為85%的軸承,其孔隙度為15%.軸承中的孔隙好像海綿一樣,呈伸展到外表的互通孔隙網絡狀.連通孔隙度關于自光滑軸承的運用功用很重要,是這類材料技能條件中的一項功用.孔隙度的核算如下:
別的:
(1)一切稱量都要用剖析天平精細到0 1%.
(2)蒸餾水中應增加0 1%～0 2%(質量分數)潮濕劑,以將稱量試樣時水的外表張力的影響減小到最小極限.
(3)試樣的質量最少為2ｇ.
(4)用來在水中懸掛試樣的細絲的直徑應為0 12～0 25ｍｍ.沉入水中時,試樣或絲上都不得附著有空氣泡.
(5)水的密度依據表2斷定.
注:1。表中值取自“ＭｅｔｒｏｌｏｇｉｃａｌＨａｎｄｂｏｏｋ145,ＱｕａｌｉｔｙＡｓｓｕｒａｎｃｅｆｏｒＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ,”1990,ＮＩＳＴ,ｐ9、10,和表明的是在空氣中于1大氣壓下的值;
2。關于詳細的狀況見ＭＰＩＦ標準42.
2。3 接納狀況軸承的容積含油率含油率(Ｐ1)表明接納狀況軸承孔隙中充填的油的容積百分率.容積含油率可核算如下:
別的:
(1)一切稱量都用剖析天平精細到0 1%.
(2)蒸餾水中應增加0 1%～0 2%(質量分數)潮濕劑,以將稱量試樣時水的外表張力的影響減小到最低極限.
(3)試樣的質量至少應為2ｇ.
(4)用來在水中懸掛試樣的細絲的直徑應為0 12～0 25ｍｍ.當沉入水中時,試樣或絲上都不得附著有空氣泡.
(5)水的密度依據表2斷定.關于更詳細的狀況見ＭＰＩＦ標準42.
2。4 密度
“干密度”是不含油的粉末冶金軸承單位容積的質量.“濕密度”是含浸以油或其他非金屬材料的粉末冶金軸承單位容積的質量.通常,布局零件的密度陳述的是未含浸油的“干密度”,和軸承的密度陳述的是充沛含浸油的“濕密度”.(關于更詳細的狀況見ＭＰＩＦ標準42).一種常用的核算密度的辦法如下:
別的:
(1)一切稱量都用剖析天平精細到0 1%.
(2)當購進的軸承是浸過油的,它們應以接納狀況進行丈量,以斷定質量Ｂ與Ｃ.關于測定不含油的質量Ａ,試樣通常要用Ｓｏｘｈｌｅｔ萃取法將油除掉.這種干質量稍高于原先未浸油的質量.
(3)蒸餾水中應增加0 1%～0 2%(質量分數)潮濕劑,以將稱量試樣時水的外表張力的影響減小到最低極限.
(4)試樣的質量應不少于2ｇ.
(5)用來懸掛水中試樣的細絲的直徑應為0 12～0 25ｍｍ.沉入水中時,試樣或絲上不得附著有空氣泡.
(6)水的密度是由表2斷定的.關于更詳細的狀況見ＭＰＩＦ標準42.
2。5 徑向壓潰力軸承的理論徑向壓潰力是強度系數“Ｋ”與軸承尺度的函數.在粉末冶金軸承中,徑向壓潰力應核算如下:
別的:
(1)當軸承的壁厚大于其外徑的30%時,這個公式不適用.
(2)關于強度系數“Ｋ”值見本文“7”粉末冶金軸承材料功用.
實踐的徑向壓潰力是用在二平面間緊縮實驗的軸承斷定的;載荷的方向要垂直于軸承長軸.(關于更詳細的狀況見ＭＰＩＦ標準55).將軸承開端開裂時載荷減低的點斷定為壓潰力.實驗適用于圓筒形軸承.帶法蘭的軸承應將法蘭盤切掉后,用別離緊縮兩有些進行實驗.
球形軸承應切削加工成圓筒狀.每一有些都要契合這個標準(粉末冶金軸承材料功用)規則的最小強度需求.這是將測定的壓潰力和用在相應最小功用表中給出的常數“Ｋ”核算值進行比擬來證明的.有時,球形軸承是依據產需兩邊商定的比擬實驗法或經歷公式,在不切削加工的出產狀況下查驗球形軸承的徑向壓潰力.
3 保管
為避免軸承中含浸的油丟失,含油軸承要存放在非吸收性容器中.它們還應該防塵和防污染.產需兩邊應就制制品外表的狀況進行洽談.不引薦在浸油之前用氯化溶劑來除掉油或清除軸承外表.由于殘留的溶劑趨向于構成弱酸,有能夠使軸磨損.
4 外表粗糙度
在外表粗糙度影響軸承功用的當地,其外表最棒是很滑潤的;可是,由于粉末冶金零件具有多孔性,用測頭類儀器通常進行的錐形探針丈量,丈量不出外表的實在粗糙度.這是由于彼此連通的外表孔隙比金屬中的外表高低不平深.
產需兩邊應商定外表粗糙度的標準與丈量辦法,但不要無視了合作軸的外表粗糙度的影響.
5.櫻傻ノ
數據都是用英制單位測定的,和依據ＡＳＴＭ標準作法Ｅ380變換成了ＳＩ單位.
6 可比擬的標準
ＡＳＴＭ與ＩＳＯ都發布有粉末冶金自光滑軸承標準.ＡＳＴＭ標準選用的化學組成與密度規模和這個ＭＰＩＦ標準一樣.ＩＳＯ標準僅只供給了有限數量的合金體系(鐵、鐵 銅及青銅)的材料.
ＡＳＴＭＢ438 燒結青銅軸承標準標準.
ＡＳＴＭＢ439 鐵基燒結軸承標準標準.
ＡＳＴＭＢ612 鐵青銅燒結軸承標準標準.
ＡＳＴＭＢ782 鐵石墨燒結軸承標準標準.
ＩＳＯ5755 燒結金屬材料-標準表1含浸以液體光滑劑的軸承材料.
7 粉末冶金軸承材料功用
7。1 青銅軸承青銅軸承的材料商標、化學組成和功用示于表3.
低石墨青銅軸承含錫量10%和石墨含量不大于0 3%.這種青銅具有耐蝕性.在密度6 4ｇ/ｃｍ3下,這種材料可確保必定的耐性,并可接受振蕩負載.這種材料能夠打樁.這種材料的軸承可用于分馬力馬達、耕具、設備、機床等.密度較高(6 8ｇ/ｃｍ3)時,它具有更高的耐性,并可支承較高的負載.密度較高時,軸承的含油量較少,因而,這種材料可用于速度較低的工況.鑒于它們的強度,這種材料往往用于布局零件與軸承的復合件.
中等石墨含量的軸承材料,其石墨含量為0 5%～0 8%,這種材料的軸承用于重負載與高速和通常磨蝕條件下.
石墨含量大于3%的軸承工作十分安靜.它們趨向于需求較少的現場加油和在稍高溫度下運用.它們常常用于搖擺或間歇轉變的工況.
7。2 鐵與鐵
碳軸承鐵與鐵碳軸承的材料商標、化學組成與功用示于表4.
密度為5 6～6 0ｇ/ｃｍ3的通常鐵可用作中等負載的軸承材料.通常這種材料比90 10青銅的硬度與強度高一些.化合碳與鐵構成鋼軸承,其強度比純鐵高,一起徑向壓潰力較大,耐磨性與抗壓強度較高.化合碳含量大于0 3%的軸承可進行熱處置,以全部改善其力學功用.
7。3 鐵 銅軸承鐵 銅軸承的材料商標、化學組成與功用列于表5.為了改善燒結件的強度與硬度,可在鐵中增加銅:通常銅的增加量按質量為2%、10%或20%.增加20%(質量分數)銅時,軸承材料的硬度與強度都比90 10青銅高,別的還具有好的振蕩荷載才能.這類材料往往用于需求極好地兼具好的布局功用與軸承特性的用處.
7。4 鐵 銅 碳軸承鐵 銅 碳軸承的材料商標、化學組成和功用列于表6.
在鐵 銅資猜中增加0 3%～0 9%(質量分數)碳可大大強化材料.別的,這些材料還可用熱處置硬化.這類材料具有高的耐磨性與高的抗壓強度.
7。5 低青銅軸承低青銅軸承的材料商標、化學組成和功用列于表7.為減輕材料費用,青銅可用40%～60%(質量分數)鐵稀釋.為了自光滑,這些軸承通常都富含0 5%～1 3%(質量分數)石墨.軸承要燒結到化合碳含量具有最小值.這類軸承用于輕 中等荷載與中等 高速度條件下.往往用它們代替分馬力馬達與用具中的青銅軸承.化合碳含量超越最大值時,能夠會構成噪聲的與硬的軸承.“總碳”的界說是冶金化合碳(見“1 4”化學組成)與游離石墨之和.
7。6 鐵 石墨軸承鐵 石墨軸承的材料商標、化學組成和功用列于表8.
鐵中增加以石墨和燒結到富含化合碳,然后,大多數石墨可用于進行輔佐光滑.這些材料具有優良的阻尼特性,因而,可制成工作安靜的軸承.為了光滑,一切材料都可含浸以油.化合碳含量超越最大值時,能夠構成有噪聲的與硬的軸承.“總碳”的界說是冶金化合碳(見“1 4”化學組成)與游離石墨(腳注[Ｃ]與[Ｄ])之和.
8 粉末冶金自光滑軸承描繪須知
已證明下述描繪材料有助于軸承與襯套體系的描繪.這些值通常都是有用的,但詳細運用時也能夠有破例.勸誡運用者,運用這些材料(表9)時要和軸承制作廠家商量.
軸承荷載(Ｐ)是用力(Ｎ)除以軸承投影面積(ｍｍ2)算出的.速度(Ｖ)是軸的速度(ｍ/ｍｉｎ).ＰＶ極限值高的含油軸承比ＰＶ極限值低者可接受較高的荷載或在較高的旋轉速度下運用.軸承的ＰＶ極限值是軸承本身與其環境二者的函數.環境可在以下4個方面減低容許的ＰＶ極限值:
(1)阻礙軸與軸承之間構成油膜者.比如轉速低、中止/起動作業、軸外表過于滑潤或過于粗糙、振蕩、軸失圓、空隙過大、光滑油不充沛或精整作業差.
(2)阻礙沖突熱流失者.比如軸承座導熱性小、鄰近短少散熱裝置或環境溫度高.
(3)軸承中發生的沖突能量丟失趨向大于慣例值者.這方面的一個比如是運用的光滑劑黏度高.
(4)軸上荷載散布不均勻者.比如不一樣軸性、軸撓曲或運用長徑比大的軸承.
在需求軸承運用壽命較長的場合,ＰＶ極限值應描繪的小一些.
鋼軸承,即含冶金化合碳的鐵基軸承可進行熱處置,以增高強度;但需方有必要清晰,在這種場合,關于壓合作與公役的數據能夠就都不再適用了.
在粉末冶金軸承在固定軸上旋轉的場合,慣性力能夠使油從顯露的軸承有些漏失.有時,可用甩油環彌補吸油的辦法,使油返回到多孔性蓄油體內.
8。1 壓合作
圓筒狀軸頸軸承通常都是用一裝置心軸將軸承壓裝于軸承座中.關于剛性足以接受壓合作而不會發生顯著變形的軸承座,和關于壁厚約為軸承外徑1/8或更大的軸承,引薦選用表10示之壓合作.例如,關于一向徑12 5ｍｍ的軸承,可選用的軸承座孔直徑為12 43～12 47ｍｍ.
引薦用心軸支撐著內徑將軸承壓入軸承座孔中.例如,關于一內徑為19ｍｍ的軸承,心軸直徑應比所需求的結尾尺度大0 008ｍｍ左右.最棒選用心軸裝置而不要用鉸刀結尾鉸孔,由于鉸削能夠會關閉外表孔隙.
8。2 工作空隙軸承的適宜工作空隙基本上取決于其詳細用處.表11中只列出了對用于磨削加工的鋼軸的含油軸承引薦的最小空隙值.例如,關于一向徑12 5ｍｍ的軸,至少應選用內徑為12 51ｍｍ的青銅軸承.
8。3 套筒狀軸承的尺度公役關于最大長度對內徑之比為4/1與最大長度對壁厚之比為24/1的青銅基軸承,和關于最大長度對內徑之比為3/1與最大長度對壁厚之比為20/1的鐵基軸承,可選用表12、13中的數據.而比率大于這些值的軸承不宜選用這些數據.
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