一种自润滑滚动轴承及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自润滑滚动轴承，内外套圈的材料成分为：C：3.4‑3.7％，Si：2.7‑2.9％，Mn：0.3‑0.5％，Cr：0.3‑0.5％，S≤0.05％，P≤0.05％，残镁含量0.03‑0.045％，Fe为余量。保持架的材料成分为：C：3.3‑3.5％，Si：2.8‑3.1％，Mn：0.2‑0.3％，S≤0.05％，P≤0.05％，残镁含量0.03‑0.045％，Fe为余量。本发明专利技术中轴承内外套圈为等温淬火球墨铸铁材料，其石墨球直径≤0.02mm，石墨球密度≥400个/mm2，基体组织为只有在500倍以上金相显微镜下才可观察清楚的“奥铁组织”，最终制作成具有自润滑功能的滚动轴承。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于轴承制备
，具体涉及一种自润滑滚动轴承，本专利技术还涉及该滚动轴承的制备方法。
技术介绍
轴承的作用是减少运转的轴与静止的轴座之间的相互摩擦，因此，通过对轴承润滑来减少摩擦阻力并延长其寿命成为轴承研究的重要方向。市场上先后出现了轴套、滑动轴承、自润滑的滑动轴承等产品，但是滑动摩擦的摩擦阻力大，无法适用中高速旋转的工况，在生产中存在一定的问题；而通过轴承钢制造的滚动轴承解决了摩擦力过大的问题，从而获得了广泛的工业应用。虽然滚动摩擦的阻力大大低于滑动摩擦，但滑动轴承可以采用自润滑方式，即在轴承套的壁上镶嵌石墨条柱，利用石墨优异的润滑功能来降低摩擦系数，而滚动轴承却一直需要定期加注润滑油脂，但在以下特殊工作环境：1.在冶金机械等环境温度较高的场合，频繁地定期加注油脂显然十分繁琐，按照规范要求，滚动轴承定期加注油脂的间隔时间以运行温度70℃为基准，超过这一温度，加注时间间隔便需缩短，100℃时缩短至基准时长的1/4，120℃时缩短至基准时长的1/10；2.有些轴承装在大型设备的心脏部位，为了润滑而拆装设备十分麻烦；3.交通运输装备上的轴承，出厂后难以跟踪维护；由于以上的特殊工况的出现，定期加注润滑油进行滚动轴承的润滑不能够实现，往往会出现大量的滚动轴承是在干摩擦状况下运转，由此造成了轴承的早期报废和材料浪费。另外，在精密机械(如机器人)中使用的精密减速器，需要很高的“加速度转矩”和“瞬时加速度转矩”性能，而其柔性轴承中加注润滑脂，脂膏的粘滞作用会拖累这些关键指标。为了解决滚动轴承的以上问题，市场上出现了以下产品：如粉末冶金含油轴承，粉末冶金轴承材料的空隙中含油，起到了自润滑的作用，但是材料强度低，磨粒磨损严重，适用场合有限；等温淬火球墨铸铁(简称ADI)的出现，起到了自润滑的作用，但是传统铸造的球墨铸铁，基体组织较粗大，石墨状态(球化率、球墨数量)不佳；球铁经等温淬火后获得的“奥-铁组织”与石墨形态，虽然可以很好地满足一般的装备制造对材料强韧化综合性能的要求，但却无法用在滚动轴承上。其主要原因是：(1)滚动轴承在正常使用前提下，失效破坏的主要原因是转动副之间的点接触疲劳损伤，球墨铸铁中存在的石墨虽然可贡献润滑效果，但是对于基体组织来说，其实就是一个个微小的凹坑，如果石墨球不圆整，球径较大的话，这种凹坑边缘就会承受较大应力，在高速循环负载条件下，成为点接触疲劳裂纹的萌生点或启裂区；而传统铸造所获得的石墨形态不佳，不足以避免成为接触疲劳的萌生点；(2)传统铸造方法所提供的铸件，含有气孔、砂眼、夹渣和缩松缺陷，远不如锻造后的轴承钢毛坯致密；(3)传统铸造球墨铸铁的铸态组织较粗大，导致等温淬火时淬火保温时间和等温转变时间延长(约在1.5小时以上)，热处理效率低，产品成本加大，所获得的组织性能也非最佳；(4)水平连续铸造的铸铁型材虽然实现了铸铁材料组织的细密化甚至达到零缺陷，但是这种方法无法拉制出空心型材，显然满足不了轴承套圈对材料毛坯形状的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种自润滑滚动轴承，解决了现有滚动轴承在转速较低、工作温度较高、难以经常加注润滑油脂、频繁受冲击等工况下，自润滑效果不佳、易造成滚动轴承报废的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种自润滑滚动轴承的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种自润滑滚动轴承，包括内外套圈、保持架和滚珠；内外套圈、保持架和滚珠采用常规工艺装配；内外套圈的铸铁材料的成分为：C：3.4％-3.7％，Si：2.7％-2.9％，Mn：0.3％-0.5％，Cr：0.3％-0.5％，S≤0.05％，P≤0.05％，残镁含量0.03％-0.045％，Fe为余量；保持架的铸铁成分为：C：3.3％-3.5％，Si：2.8％-3.1％，Mn：0.2％-0.3％，S≤0.05％，P≤0.05％，残镁含量0.03％-0.045％，Fe为余量，上述组分质量百分比之和为100％。本专利技术所采用的另一个技术方案是，一种自润滑滚动轴承的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，用面包生铁、废钢和铁合金配置材料并熔化铁水，内外圈套的原铁水的质量百分比组分如下：C：3.4％-3.7％，Si：1.5％-1.7％，Mn：0.3％-0.5％，Cr：0.3％-0.5％，S≤0.05％，P≤0.05％，Fe和其他杂质为余量，以上各组分质量百分比总和为100％，再通过孕育和球化处理使铁水的终硅量为2.7％-2.9％，残镁含量0.03％-0.045％；保持架的原铁水成分为：C：3.3％-3.5％，Si：1.8％-2.0％，Mn：0.2％-0.3％，S≤0.05％，P≤0.05％，Fe为余量，上述组分质量百分比之和为100％，经由孕育和球化处理，终硅含量2.8-3.1％，残镁含量0.03％-0.045％；步骤2，将步骤1中的铁水通过垂直连铸方法，分别拉制成球铁空心管材；步骤3，将步骤2得到的球铁空心管材进行循环球化退火处理后，检测石墨形态；步骤4，将步骤3处理的球铁空心管材进行锯切和车削、磨削得到内外套圈，并在车削加工后磨削加工前，进行等温淬火处理，步骤5，对步骤4得到的内外套圈进行检验；步骤6，将步骤2得到的空心管材进行退火处理，然后加工得到保持架；步骤7，将步骤5得到的内外套圈、步骤6得到的保持架和外购的滚珠按常规工艺装配得到自润滑滚动轴承。本专利技术的特点还在于：步骤2中球铁管材的内径比轴承内外套圈成品内径小4-5mm，球铁管材的外径比轴承内外套圈成品外径大3-4mm。步骤2中垂直连铸方法中采用的结晶器为双螺旋两进两出的水冷结晶器，其结构为：包括相互套接的内筒体和外筒体，内筒体和外筒体的顶端连接有上法兰盘，内筒体和外筒体的底端连接有下法兰盘，外筒体的上部分别设有进水嘴I和进水嘴II，外筒体的下部分别设有出水嘴I和出水嘴II，内筒体的外圆上车出了双螺旋筋板，内外筒体套装后，形成了双螺旋的水流通道。步骤3中球化退火处理包括以下步骤：a.将球铁管材在井式或箱式热处理炉中升温至共析转变温度Ac1+50℃，保温55-65min；b.将步骤a处理的球铁管材炉冷至共析转变温度Ac1-50℃，保温55-65min；c.继续重复步骤a和步骤b不少于两次；d.将步骤c处理的球铁管材炉冷至595-605℃，转为空冷至常温。步骤3中石墨形态要求：石墨球化率≥90％，石墨球密度在100倍显微镜下不少于500个/mm2。步骤4中等温淬火处理包括：将内外套圈加热至880-900℃，壁厚10mm以下的套圈，保温50-60min，壁厚10mm以上套圈，厚度每增加1mm，保温时间增加2min，保温时间足够后，迅速浸入230-250℃的等温介质槽中，保持时间40-50min，出槽后空冷，随后转入清水槽中，冲洗盐巴。步骤5内外套圈的检验包括：1)金相组织中的石墨球化率不小于93％；2)石墨球数量不小于500个/mm2；3)基体组织中铁素体的硬度比正常铸造组织中铁素体的硬度高出一倍以上；4)材料整体硬度要求不小于HRC48。步骤6中退火处理是将球铁管材在井式或箱式炉中升温至共析转变温度760℃，保温120min；随后炉冷到500℃以下，转为空冷。步骤7中滚珠的硬度比内外套圈硬度高出1-2HRC。本专利技术的有益效果是，本专利技术自润滑滚动轴承本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自润滑滚动轴承，其特征在于，包括内外套圈、保持架和滚珠，所述内外套圈、保持架和滚珠采用常规工艺装配，内外套圈的铸铁材料的成分为：C：3.3％‑3.5％，Si：2.7％‑2.9％，Mn：0.3％‑0.5％，Cr：0.3％‑0.5％，S≤0.05％，P≤0.05％，残镁含量0.03％‑0.045％，Fe为余量；保持架的铸铁材料成分为：C：3.4％‑3.7％，Si：2.8％‑3.1％，Mn：0.2％‑0.3％，S≤0.05％，P≤0.05％，残镁含量0.03％‑0.045％，Fe为余量，上述组分质量百分比之和为100％。

【技术特征摘要】
1.一种自润滑滚动轴承，其特征在于，包括内外套圈、保持架和滚珠，所述内外套圈、保持架和滚珠采用常规工艺装配，内外套圈的铸铁材料的成分为：C：3.3％-3.5％，Si：2.7％-2.9％，Mn：0.3％-0.5％，Cr：0.3％-0.5％，S≤0.05％，P≤0.05％，残镁含量0.03％-0.045％，Fe为余量；保持架的铸铁材料成分为：C：3.4％-3.7％，Si：2.8％-3.1％，Mn：0.2％-0.3％，S≤0.05％，P≤0.05％，残镁含量0.03％-0.045％，Fe为余量，上述组分质量百分比之和为100％。2.一种自润滑滚动轴承的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，用面包生铁、废钢和铁合金配置材料并熔化铁水，内外圈套的原铁水的质量百分比组分如下：C：3.4％-3.7％，Si：1.5％-1.7％，Mn：0.3％-0.5％，Cr：0.3％-0.5％，S≤0.05％，P≤0.05％，Fe和其他杂质为余量，以上各组分质量百分比总和为100％，再通过孕育和球化处理使铁水的终硅量为2.7％-2.9％，残镁含量0.03％-0.045％；保持架的原铁水成分为：C：3.3％-3.5％，Si：1.8％-2.0％，Mn：0.2％-0.3％，S≤0.05％，P≤0.05％，Fe为余量，上述组分质量百分比之和为100％。经由孕育和球化处理，终硅含量2.8-3.1％，残镁含量0.03％-0.045％；步骤2，将步骤1中的铁水通过垂直连铸方法，分别拉制成球铁管材；步骤3，将步骤2得到的球铁管材进行球化退火处理后检测石墨形态；步骤4，将步骤3处理的球铁管材进行车削、磨削得到内外套圈，并在车削加工后磨削加工前，进行等温淬火处理，步骤5，对步骤4得到的内外套圈进行检验；步骤6，将步骤2得到的球铁管材进行退火处理，然后加工得到保持架；步骤7，将步骤5得到的内外套圈、步骤6得到的保持架和滚珠按常规工艺装配得到自润滑滚动轴承。3.根据权利要求2所述的自润滑滚动轴承的制备方法，其特征在于，步骤2中球铁管材的内径比轴承内外套圈成品内径小4-5mm，球铁管材的外径比轴承内外套圈成品外径大3-4mm。4.根据权利要求2或3所述的自润滑滚动轴承的制备方法，其特征在于，步骤2中垂直连铸...

【专利技术属性】
技术研发人员：许旸，
申请(专利权)人：陕西同心连铸管业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61