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美国MPIF标准35“粉末冶金自光滑轴承材料标准”
来源:海力轴承网 时间:2018-06-24
轴承可界说为一种在其间有别的一种元件(比如轴颈或杆)旋转或滑动的机械零件.依据轴承作业时冲突的型式,它们又分为滚动轴承与滑动轴承.滑动轴承之中本身具有自光滑性的轴承叫做含油轴承或自光滑轴承.用粉末冶金法制作的金属基含油轴承通称为粉末冶金自光滑轴承或烧结金属含油轴承.
粉末冶金自光滑轴承是音像设备、微特小型马达、工作机械、电动工具、洗衣机、电风扇、缝纫机、复印机等中不行短少的一类轴承.据笔者估量,1999年我国微特小型粉末冶金自光滑轴承的年产量已到达25亿只左右.尽管我国早在1953年就已开端出产粉末冶金自光滑轴承,也制订过相应的国家标准[1],比如ＧＢ2685-81《粉末冶金筒形轴承型式、尺度与公役》、ＧＢ2686-81《粉末冶金带挡边筒形轴承型式、尺度与公役》、ＧＢ2687-81《粉末冶金球形轴承型式、尺度与公役》及ＧＢ2688-81《滑动轴承粉末冶金轴承技能条件》,可是,这些标准自发布之日起,就从未进行过修订,已不能习惯当时科技开展与出产的需求.
世界标准化安排(ＩＳＯ)1996年对ＩＳＯ5755《烧结金属材料 标准》进行了修订[2].但其间关于粉末冶金自光滑轴承材料的商标较少,也没有关于轴承描绘与运用的阐明.
美国金属粉末工业联合会(ＭＰＩＦ),自1965年发布《粉末冶金自光滑轴承》材料标准以来,先后于1974、1976、1986、1990及1998进行了修订.1998年版[3]比1990年版[4]增加了4个材料商标,在工程常识方面也增加了一些新内容.
美国金属粉末工业联合会(ＭＰＩＦ)1998年修订的《粉末冶金自光滑轴承》材料标准[3]是当时关于《粉末冶金自光滑轴承》最新的一份材料标准.这份标准关于我国粉末冶金自光滑轴承的出产厂与用户都具有重要的参考价值.特全文剖析如下.
1 注释与引荐的做法
1。1 最小值概念关于粉末冶金材料,ＭＰＩＦ选用了最小功用值概念.在描绘粉末冶金轴承时,能够会选用比如含油量与径向压溃力这些值.化学组成、密度,和在一些场合,径向压溃力也都列出了最大值.运用不一样的化学组成、颗粒形状、密度和或工艺技能可到达一样的功用,这是粉末冶金的一大长处.
最小值是由产需两边断定的在一个出产批量中一切轴承在核算上都要超越的值.产需两边应商定取样办法.
需方应挑选和详细阐明关于详细运用最适宜的粉末冶金材料与功用体系.供给的数据规则了罗列的材料的值与给出了最低功用.运用较杂乱的工艺进程还可改善运用功用.为了挑选一种在功用与价钱上都可行的最佳材料,和粉末冶金出产厂家评论轴承的用处是很重要的.
运用ＭＰＩＦ标准35拟定粉末冶金轴承的技能条件,意味着除非产需两边还有协议外,材料功用至少具有标准中规则的最小值.
1。2 商标挑选
在挑选一种特定的材料商标之前,需求对包含尺度公役在内的轴承描绘与其结尾用处进行详尽剖析.此外,还应思考制品轴承的结尾功用需求,例如密度、孔隙度、抗压强度、耐蚀性、耐磨性、含油量、油的品种、外表粗糙度及和运用关联的任何其他需求.主张在结尾选定材料商标之前,产需两边间就上述各个方面进行评论.
除了本标准中已标准化的轴承材料之外,还有可用于特别用处的具有专利的其他材料.(关于描绘的主张和与正确运用粉末冶金自光滑轴承有关的其他常识见ＭＰＩＦ出书的粉末冶金描绘手册.)
1。3 名 称
在前缀字符代号之后的4位数字指的是材料组成.
在有色金属资猜中,4位数字系列的前2位数字表明首要合金化组份的百分含量.4位数字系列的后2位数字表明非有必要合金化组分的百分含量.代号中虽未包含其他非有必要元素,但在每一种标准材料的“化学组成”中都已给出.粉末冶金有色金属材料商标代号举例如下:
在铁基资猜中,首要合金化元素(除化合碳外)都包含在前缀字符代号中,代号中虽不包含其他元素,但在每一种标准材料“化学组成”中都已将它们列出.4位数字代号前2位数字表明首要合金化组元的百分含量.Ｋ代表径向压溃强度,以103ｐｓｉ表明.
在4位数字系列中,结尾2位数字表明铁基材料的化合碳含量.在代号体系中,冶金化合碳的规模表明如下:
后缀2位数字表明系数Ｋ的最小值,Ｋ是以103ｐｓｉ表明的.需方可依据粉末冶金材料的化学成分估量Ｋ值.字符Ｋ表明轴承材料商标.
1。4 化学组成
每种材料的化学组成都列出了首要元素质量百分含量的最小与最大值.其他元素包含用差减法求出的一切其他元素.这些元素能够包含为特别意图增加的其他非有必要元素与各个组份中富含的常量无关元素.
粉末冶金自光滑材料的化学组成标准表述的是烧结态材料.比如精整、切削加工、滚磨或浸油之类后续作业都能够改动化学剖析的成果.只需取样(钻取切屑)时未受到油或氧化物之类污染,就不会阻碍查验烧结态零件的化学组成.在某些场合,不论是为了精整仍是为了光滑含浸的光滑剂,用Ｓｏｘｈ ｌｅｔ萃取法(ＡＳＴＭＢ328)都能够有些地除掉.
通过精整、滚磨、切削加工或含浸处置的零件都会被含碳材料污染,因而,在定碳之前有必要将含碳材料除掉.还无法将某些这类污染材料彻底除掉;因而,也就无法测定出准确的含碳量.铁中的化合碳含量可用全相估量珠光体的面积百分率来测定:100%珠光体约等于0 8%碳.
1。5 显微安排可将粉末冶金轴承显微安排的查验作为一种确诊手法,用来提醒烧结程度和对粉末冶金制作进程至关重要的其他冶金信息.兹就对大多数烧结材料通用的几项查看叙说如下.
在挑选显微安排剖析用粉末冶金零件磨片时,关于镶样与研磨主张选用平行于限制方向的内平面.应将粗与精抛光一向持续到估量一切孔隙都已被显露出来.孔隙的面积百分率表明零件的密度.例如,80%细密的轴承,其孔隙占有的面积应约为20%.
在制备显微安排查验用的试样时,像为自光滑描绘的这些低密度材料,有必要浸以镶样树脂.这将有助于避免切削加工或抛光时孔隙发作畸变.烧结轴承往往首先在未腐蚀状况下进行查验.在正常的烧结件中,于200×下将很少或不会看出原始颗粒界.有必要用Ｓｏｘｈｌｅｔ萃取法除掉轴承中富含的油,然后,它不会搅扰显微镜查验.对未腐蚀的内径外表的查验应显现出外表的孔隙度.
在90 10铜 锡青铜轴承中,安排应为α青铜与最少数淡红色富铜区,和没有灰色的铜 锡化合物.在铁 铜轴承中,铜应熔化和流到周围的小孔隙中.含铜量为5%到10%时,将能够看出铜的熔化区域.含铜量为2%或更少时,通常不会有游离铜存在.轴承安排中显现的原始颗粒界应最少.“低”青铜的显微安排兼有铁与青铜安排的外观.
依据制作工艺进程,铁 石墨材料的显微安排中或许富含游离石墨或许富含游离石墨/化合碳的混合物.为了在金相查验时能坚持住石墨,在粒度为400与600的ＳｉＣ砂纸上进行粗磨,然后于中等压力下,在250ｒ/ｍｉｎ的抛光盘上的短绒毛布上,用粒度1μｍ的金刚石抛光2～6ｍｉｎ.
2 界说与公式
2。1 含浸油低密度粉末冶金零件或轴承中的可控、连通孔隙布局使着其可含浸以光滑油.然后,就赋予它们以自光滑功用.当零件冲突发热时,油胀大与流至轴承外表.在工作中,当轴旋转时,油就从轴承中被“抽出”.冷却时,油又凭借毛细效果被吸入金属的孔隙中.粉末冶金轴承按容积通常可吸收10%～30%的油.含浸油是用真空技能或用在加热的油中浸泡零件来完成的.(见本文“8”关于这方面的进一步的工程常识).
2。2 孔隙度孔隙度是轴承中孔隙容积所占的百分率.它是密度的余数.理论密度为85%的轴承,其孔隙度为15%.轴承中的孔隙好像海绵一样,呈伸展到外表的互通孔隙网络状.连通孔隙度关于自光滑轴承的运用功用很重要,是这类材料技能条件中的一项功用.孔隙度的核算如下:
别的:
(1)一切称量都要用剖析天平精细到0 1%.
(2)蒸馏水中应增加0 1%～0 2%(质量分数)潮湿剂,以将称量试样时水的外表张力的影响减小到最小极限.
(3)试样的质量最少为2ｇ.
(4)用来在水中悬挂试样的细丝的直径应为0 12～0 25ｍｍ.沉入水中时,试样或丝上都不得附着有空气泡.
(5)水的密度依据表2断定.
注:1。表中值取自“ＭｅｔｒｏｌｏｇｉｃａｌＨａｎｄｂｏｏｋ145,ＱｕａｌｉｔｙＡｓｓｕｒａｎｃｅｆｏｒＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ,”1990,ＮＩＳＴ,ｐ9、10,和表明的是在空气中于1大气压下的值;
2。关于详细的状况见ＭＰＩＦ标准42.
2。3 接纳状况轴承的容积含油率含油率(Ｐ1)表明接纳状况轴承孔隙中充填的油的容积百分率.容积含油率可核算如下:
别的:
(1)一切称量都用剖析天平精细到0 1%.
(2)蒸馏水中应增加0 1%～0 2%(质量分数)潮湿剂,以将称量试样时水的外表张力的影响减小到最低极限.
(3)试样的质量至少应为2ｇ.
(4)用来在水中悬挂试样的细丝的直径应为0 12～0 25ｍｍ.当沉入水中时,试样或丝上都不得附着有空气泡.
(5)水的密度依据表2断定.关于更详细的状况见ＭＰＩＦ标准42.
2。4 密度
“干密度”是不含油的粉末冶金轴承单位容积的质量.“湿密度”是含浸以油或其他非金属材料的粉末冶金轴承单位容积的质量.通常,布局零件的密度陈述的是未含浸油的“干密度”,和轴承的密度陈述的是充沛含浸油的“湿密度”.(关于更详细的状况见ＭＰＩＦ标准42).一种常用的核算密度的办法如下:
别的:
(1)一切称量都用剖析天平精细到0 1%.
(2)当购进的轴承是浸过油的,它们应以接纳状况进行丈量,以断定质量Ｂ与Ｃ.关于测定不含油的质量Ａ,试样通常要用Ｓｏｘｈｌｅｔ萃取法将油除掉.这种干质量稍高于原先未浸油的质量.
(3)蒸馏水中应增加0 1%～0 2%(质量分数)潮湿剂,以将称量试样时水的外表张力的影响减小到最低极限.
(4)试样的质量应不少于2ｇ.
(5)用来悬挂水中试样的细丝的直径应为0 12～0 25ｍｍ.沉入水中时,试样或丝上不得附着有空气泡.
(6)水的密度是由表2断定的.关于更详细的状况见ＭＰＩＦ标准42.
2。5 径向压溃力轴承的理论径向压溃力是强度系数“Ｋ”与轴承尺度的函数.在粉末冶金轴承中,径向压溃力应核算如下:
别的:
(1)当轴承的壁厚大于其外径的30%时,这个公式不适用.
(2)关于强度系数“Ｋ”值见本文“7”粉末冶金轴承材料功用.
实践的径向压溃力是用在二平面间紧缩实验的轴承断定的;载荷的方向要垂直于轴承长轴.(关于更详细的状况见ＭＰＩＦ标准55).将轴承开端开裂时载荷减低的点断定为压溃力.实验适用于圆筒形轴承.带法兰的轴承应将法兰盘切掉后,用别离紧缩两有些进行实验.
球形轴承应切削加工成圆筒状.每一有些都要契合这个标准(粉末冶金轴承材料功用)规则的最小强度需求.这是将测定的压溃力和用在相应最小功用表中给出的常数“Ｋ”核算值进行比拟来证明的.有时,球形轴承是依据产需两边商定的比拟实验法或经历公式,在不切削加工的出产状况下查验球形轴承的径向压溃力.
3 保管
为避免轴承中含浸的油丢失,含油轴承要存放在非吸收性容器中.它们还应该防尘和防污染.产需两边应就制制品外表的状况进行洽谈.不引荐在浸油之前用氯化溶剂来除掉油或清除轴承外表.由于残留的溶剂趋向于构成弱酸,有能够使轴磨损.
4 外表粗糙度
在外表粗糙度影响轴承功用的当地,其外表最棒是很滑润的;可是,由于粉末冶金零件具有多孔性,用测头类仪器通常进行的锥形探针丈量,丈量不出外表的实在粗糙度.这是由于彼此连通的外表孔隙比金属中的外表高低不平深.
产需两边应商定外表粗糙度的标准与丈量办法,但不要无视了合作轴的外表粗糙度的影响.
5.樱傻ノ
数据都是用英制单位测定的,和依据ＡＳＴＭ标准作法Ｅ380变换成了ＳＩ单位.
6 可比拟的标准
ＡＳＴＭ与ＩＳＯ都发布有粉末冶金自光滑轴承标准.ＡＳＴＭ标准选用的化学组成与密度规模和这个ＭＰＩＦ标准一样.ＩＳＯ标准仅只供给了有限数量的合金体系(铁、铁 铜及青铜)的材料.
ＡＳＴＭＢ438 烧结青铜轴承标准标准.
ＡＳＴＭＢ439 铁基烧结轴承标准标准.
ＡＳＴＭＢ612 铁青铜烧结轴承标准标准.
ＡＳＴＭＢ782 铁石墨烧结轴承标准标准.
ＩＳＯ5755 烧结金属材料-标准表1含浸以液体光滑剂的轴承材料.
7 粉末冶金轴承材料功用
7。1 青铜轴承青铜轴承的材料商标、化学组成和功用示于表3.
低石墨青铜轴承含锡量10%和石墨含量不大于0 3%.这种青铜具有耐蚀性.在密度6 4ｇ/ｃｍ3下,这种材料可确保必定的耐性,并可接受振荡负载.这种材料能够打桩.这种材料的轴承可用于分马力马达、耕具、设备、机床等.密度较高(6 8ｇ/ｃｍ3)时,它具有更高的耐性,并可支承较高的负载.密度较高时,轴承的含油量较少,因而,这种材料可用于速度较低的工况.鉴于它们的强度,这种材料往往用于布局零件与轴承的复合件.
中等石墨含量的轴承材料,其石墨含量为0 5%～0 8%,这种材料的轴承用于重负载与高速和通常磨蚀条件下.
石墨含量大于3%的轴承工作十分安静.它们趋向于需求较少的现场加油和在稍高温度下运用.它们常常用于摇摆或间歇转变的工况.
7。2 铁与铁
碳轴承铁与铁碳轴承的材料商标、化学组成与功用示于表4.
密度为5 6～6 0ｇ/ｃｍ3的通常铁可用作中等负载的轴承材料.通常这种材料比90 10青铜的硬度与强度高一些.化合碳与铁构成钢轴承,其强度比纯铁高,一起径向压溃力较大,耐磨性与抗压强度较高.化合碳含量大于0 3%的轴承可进行热处置,以全部改善其力学功用.
7。3 铁 铜轴承铁 铜轴承的材料商标、化学组成与功用列于表5.为了改善烧结件的强度与硬度,可在铁中增加铜:通常铜的增加量按质量为2%、10%或20%.增加20%(质量分数)铜时,轴承材料的硬度与强度都比90 10青铜高,别的还具有好的振荡荷载才能.这类材料往往用于需求极好地兼具好的布局功用与轴承特性的用处.
7。4 铁 铜 碳轴承铁 铜 碳轴承的材料商标、化学组成和功用列于表6.
在铁 铜资猜中增加0 3%～0 9%(质量分数)碳可大大强化材料.别的,这些材料还可用热处置硬化.这类材料具有高的耐磨性与高的抗压强度.
7。5 低青铜轴承低青铜轴承的材料商标、化学组成和功用列于表7.为减轻材料费用,青铜可用40%～60%(质量分数)铁稀释.为了自光滑,这些轴承通常都富含0 5%～1 3%(质量分数)石墨.轴承要烧结到化合碳含量具有最小值.这类轴承用于轻 中等荷载与中等 高速度条件下.往往用它们代替分马力马达与用具中的青铜轴承.化合碳含量超越最大值时,能够会构成噪声的与硬的轴承.“总碳”的界说是冶金化合碳(见“1 4”化学组成)与游离石墨之和.
7。6 铁 石墨轴承铁 石墨轴承的材料商标、化学组成和功用列于表8.
铁中增加以石墨和烧结到富含化合碳,然后,大多数石墨可用于进行辅佐光滑.这些材料具有优良的阻尼特性,因而,可制成工作安静的轴承.为了光滑,一切材料都可含浸以油.化合碳含量超越最大值时,能够构成有噪声的与硬的轴承.“总碳”的界说是冶金化合碳(见“1 4”化学组成)与游离石墨(脚注[Ｃ]与[Ｄ])之和.
8 粉末冶金自光滑轴承描绘须知
已证明下述描绘材料有助于轴承与衬套体系的描绘.这些值通常都是有用的,但详细运用时也能够有破例.劝诫运用者,运用这些材料(表9)时要和轴承制作厂家商量.
轴承荷载(Ｐ)是用力(Ｎ)除以轴承投影面积(ｍｍ2)算出的.速度(Ｖ)是轴的速度(ｍ/ｍｉｎ).ＰＶ极限值高的含油轴承比ＰＶ极限值低者可接受较高的荷载或在较高的旋转速度下运用.轴承的ＰＶ极限值是轴承本身与其环境二者的函数.环境可在以下4个方面减低容许的ＰＶ极限值:
(1)阻碍轴与轴承之间构成油膜者.比如转速低、中止/起动作业、轴外表过于滑润或过于粗糙、振荡、轴失圆、空隙过大、光滑油不充沛或精整作业差.
(2)阻碍冲突热流失者.比如轴承座导热性小、邻近短少散热装置或环境温度高.
(3)轴承中发生的冲突能量丢失趋向大于惯例值者.这方面的一个比如是运用的光滑剂黏度高.
(4)轴上荷载散布不均匀者.比如不一样轴性、轴挠曲或运用长径比大的轴承.
在需求轴承运用寿命较长的场合,ＰＶ极限值应描绘的小一些.
钢轴承,即含冶金化合碳的铁基轴承可进行热处置,以增高强度;但需方有必要清晰,在这种场合,关于压合作与公役的数据能够就都不再适用了.
在粉末冶金轴承在固定轴上旋转的场合,惯性力能够使油从显露的轴承有些漏失.有时,可用甩油环弥补吸油的办法,使油返回到多孔性蓄油体内.
8。1 压合作
圆筒状轴颈轴承通常都是用一装置心轴将轴承压装于轴承座中.关于刚性足以接受压合作而不会发生显着变形的轴承座,和关于壁厚约为轴承外径1/8或更大的轴承,引荐选用表10示之压合作.例如,关于一向径12 5ｍｍ的轴承,可选用的轴承座孔直径为12 43～12 47ｍｍ.
引荐用心轴支撑着内径将轴承压入轴承座孔中.例如,关于一内径为19ｍｍ的轴承,心轴直径应比所需求的结尾尺度大0 008ｍｍ左右.最棒选用心轴装置而不要用铰刀结尾铰孔,由于铰削能够会关闭外表孔隙.
8。2 工作空隙轴承的适宜工作空隙基本上取决于其详细用处.表11中只列出了对用于磨削加工的钢轴的含油轴承引荐的最小空隙值.例如,关于一向径12 5ｍｍ的轴,至少应选用内径为12 51ｍｍ的青铜轴承.
8。3 套筒状轴承的尺度公役关于最大长度对内径之比为4/1与最大长度对壁厚之比为24/1的青铜基轴承,和关于最大长度对内径之比为3/1与最大长度对壁厚之比为20/1的铁基轴承,可选用表12、13中的数据.而比率大于这些值的轴承不宜选用这些数据.
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