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1、美国MPIF标准35“粉末冶金自润滑轴承材料标准”1998年修订简介韩凤麟编者按：轴承是机电工业的一类重要通用基础件，据中国机电日报200 0 年1月19日第6版报道，2 000年我国滚动轴承的总生产能力为23亿套，其中中小尺寸普通级滚动轴承可达21亿套。但很少有人注意到，据初步估计，我国微小型粉末冶金自润滑轴承，即含油轴承，1999年销售量已超过20亿只，且大部分销往国外。全世界微小型含油轴承年产量已近百亿只。为适应我国粉末冶金含油轴承生产发展需要，特向有关生产厂家与用户推荐美国MP IF标准35粉末冶金自润滑轴承材料标准1998年版。这是国内外最新的粉末冶金自润滑轴承材料标准，值得研究与借
2、鉴。轴承可定义为一种在其中有另外一种元件(诸如轴颈或杆)旋转或滑动的机械零件。依据轴承工作时摩擦的型式，它们又分为滚动轴承与滑动轴承。滑动轴承之中自身具有自润滑性的轴承叫做含油轴承或自润滑轴承。用粉末冶金法制造的金属基含油轴承通称为粉末冶金自润滑轴承或烧结金属含油轴承。粉末冶金自润滑轴承是音像设备、微特小型马达、办公机械、电动工具、洗衣机、电风扇、缝纫机、复印机等中不可缺少的一类轴承。据笔者估计，1999年我国微特小型粉末冶金自润滑轴承的年产量已达到25亿只左右。虽然我国早在1953年就已开始生产粉末冶金自润滑轴承，也制订过相应的国家标准1，诸如GB 2685-81粉末冶金筒形轴承型式、尺寸与
3、公差、GB 2686-81粉末冶金带挡边筒形轴承型式、尺寸与公差、GB 2687-81粉末冶金球形轴承型式、尺寸与公差及GB 2688-81滑动轴承粉末冶金轴承技术条件，但是，这些标准自发布之日起，就从未进行过修订，已不能适应当前科技发展与生产的需要。国际标准化组织(ISO)1996年对ISO 5755烧结金属材料-规范进行了修订2。但其中关于粉末冶金自润滑轴承材料的牌号较少，也没有关于轴承设计与应用的说明。美国金属粉末工业联合会(MPIF)，自1965年发布粉末冶金自润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、4个材料牌号，在工程知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润滑轴承材料标准3是当前关于粉末冶金自润滑轴承最新的一份材料标准。这份标准对于我国粉末冶金自润滑轴承的生产厂与用户都具有重要的参考价值。特全文介绍如下。1注释与推荐的做法1.1最小值概念对于粉末冶金材料，MPIF采用了最小性能值概念。在设计粉末冶金轴承时，可能会采用诸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。利用不同的化学组成、颗粒形状、密度和或工艺技术可达到同样的性能，这是粉末冶金的一大优点。最小值是由产需双方确定的在一个生产批量中所有轴承在
5、统计上都要超过的值。产需双方应商定取样方法。需方应选择和详细说明对于具体应用最合适的粉末冶金材料与性能系统。提供的数据规定了列举的材料的值与给出了最低性能。利用较复杂的工艺过程还可改进使用性能。为了选择一种在性能与价格上都可行的最佳材料，和粉末冶金生产厂家讨论轴承的用途是很重要的。利用MPIF标准35拟订粉末冶金轴承的技术条件，意味着除非产需双方另有协议外，材料性能至少具有标准中规定的最小值。1.2牌号选择在选择一种特定的材料牌号之前，需要对包括尺寸公差在内的轴承设计与其最终用途进行细致分析。此外，还应考虑成品轴承的最终性能要求，例如密度、孔隙度、抗压强度、耐蚀性、耐磨性、含油量、油的种类、表
6、面粗糙度及和应用相关的任何其他要求。建议在最终选定材料牌号之前，产需双方间就上述各个方面进行讨论。除了本标准中已标准化的轴承材料之外，还有可用于特殊用途的拥有专利的其他材料。(关于设计的建议和与正确使用粉末冶金自润滑轴承有关的其他知识见MPIF出版的粉末冶金设计手册。)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。在有色金属材料中，4位数字系列的前2位数字表示主要合金化组份的百分含量。4位数字系列的后2位数字表示次要合金化组分的百分含量。代号中虽未包括其他次要元素，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牌号代号举例如下：在铁基材料中，主要合金化元素(除化合碳外
7、)都包括在前缀字符代号中，代号中虽不包括其他元素，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位数字表示主要合金化组元的百分含量。K代表径向压溃强度，以103psi表示。在4位数字系列中，最后2位数字表示铁基材料的化合碳含量。在代号系统中，冶金化合碳的范围表示如下：化合碳范围代号表示方法0.0%0.3%000.3%0.6%050.6%0.9%08铁-石墨轴承的碳含量范围代号表示方法0.0%0.5%030.5%1.0%08铁基材料牌号代号举例：后缀2位数字表示系数K的最小值，K是以103psi表示的。需方可根据粉末冶金材料的化学成分预计K值。字符K表示轴承材料牌号。 表1粉末
8、冶金材料牌号代号举例材料名义组成%材料、组成及K最小值(103psi)的全部代号粉末冶金青铜粉末冶金青铜-石墨Cu-86，Sn-10，石墨-4CTG-1004-K10粉末冶金铁全部FeF-0000-K23粉末冶金铁-铜Fe-90，Cu-10FC-1000-K40粉末冶金铁-石墨Fe-97.25，石墨-2.5，化合碳-0.25F G-0303-K16粉末冶金低青铜Fe-60，Cu-36，Sn-4FCTG-3604-K16前缀字符代号A铝FL预合金化铁基材料S硅C铜不包括不锈钢SS不锈钢(CT青铜FN铁-镍或镍钢预合金化的)CNZ锌白铜FX铜熔渗铁或钢T锡CZ黄铜G游离石墨U硫F铁M锰Y磷Fc铁-
9、铜或铜钢N镍Z锌FD扩散合金钢P铅1.4化学组成每种材料的化学组成都列出了主要元素质量百分含量的最小与最大值。其他元素包括用差减法求出的所有其他元素。这些元素可能包括为特殊目的添加的其他次要元素与各个组份中含有的常量无关元素。粉末冶金自润滑材料的化学组成规范表述的是烧结态材料。诸如精整、切削加工、滚磨或浸油之类后续作业都可能改变化学分析的结果。只要取样(钻取切屑)时未受到油或氧化物之类污染，就不会妨碍检验烧结态零件的化学组成。在某些场合，不管是为了精整还是为了润滑含浸的润滑剂，用Soxhlet萃取法(ASTM B 328)都可以部分地除去。经过精整、滚磨、切削加工或含浸处理的零件都会被含碳材料
10、污染，因此，在定碳之前必须将含碳材料除去。还无法将某些这类污染材料完全除去；因此，也就无法测定出精确的含碳量。铁中的化合碳含量可用全相估计珠光体的面积百分率来测定：100%珠光体约等于0.8% 碳。1.5显微组织可将粉末冶金轴承显微组织的检验作为一种诊断手段，用来揭示烧结程度和对粉末冶金制造过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检查叙述如下。在选择显微组织分析用粉末冶金零件磨片时，对于镶样与研磨建议采用平行于压制方向的内平面。应将粗与精抛光一直继续到估计所有孔隙都已被显露出来。孔隙的面积百分率表示零件的密度。例如，80%致密的轴承，其孔隙占有的面积应约为20%。在制备显微组
11、织检验用的试样时，像为自润滑设计的这些低密度材料，必须浸以镶样树脂。这将有助于防止切削加工或抛光时孔隙发生畸变。烧结轴承往往首先在未腐蚀状态下进行检验。在正常的烧结件中，于200下将极少或不会看出原始颗粒界。必须用Soxhlet萃取法除去轴承中含有的油，从而，它不会干扰显微镜检验。对未腐蚀的内径表面的检验应显示出表面的孔隙度。在90-10铜-锡青铜轴承中，组织应为青铜与最少量淡红色富铜区，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，将可以看出铜的熔化区域。含铜量为2%或更少时，一般不会有游离铜存在。轴承组织中显示的原始颗粒界应最少。“低”青铜
12、的显微组织兼有铁与青铜组织的外观。依据制造工艺过程，铁-石墨材料的显微组织中或者含有游离石墨或者含有游离石墨/化合碳的混合物。为了在金相检验时能保持住石墨，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1m的金刚石抛光26mi n。 2定义与公式2.1含浸油低密度粉末冶金零件或轴承中的可控、连通孔隙结构使着其可含浸以润滑油。从而，就赋予它们以自润滑性能。当零件摩擦发热时，油膨胀与流至轴承表面。在运转中，当轴旋转时，油就从轴承中被“抽出”。冷却时，油又借助毛细作用被吸入金属的孔隙中。粉末冶金轴承按容积一般可吸收10%30%的油。含
13、浸油是用真空技术或用在加热的油中浸泡零件来实现的。(见本文“8”关于这方面的进一步的工程知识)。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%。轴承中的孔隙如同海绵一样，呈伸展到表面的互通孔隙网络状。连通孔隙度对于自润滑轴承的使用性能很重要，是这类材料技术条件中的一项性能。孔隙度的计算如下：式中：Po-连通孔隙度的容积百分率；A-无油试样在空气中的质量，g；B-含油试样在空气中的质量，g；C-悬挂与浸在水中的含油试样的质量，g；S-在试验温度下，含浸剂的密度，g/cm3；E-浸于水中的悬挂丝或筐的质量(皮重)，g；w-在试验温度下蒸馏水
14、的密度。另外：(1)所有称量都要用分析天平精密到0.1%。(2)蒸馏水中应添加0.1%0.2%(质量分数)润湿剂，以将称量试样时水的表面张力的影响减小到最小限度。(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0.120.25mm。沉入水中时，试样或丝上都不得附着有空气泡。(5)水的密度根据表2确定。表2温度对水的密度的影响温度/w /g.cm3温度/Fw/g.cm3150.9991600.9990160.9989620.9988170.9988640.9986180.9986660.9984190.9984680.9982200.9982700.9980210.9980720.9977220.9978740.9974230.9975760.9972240.9973780.9969250.9970800.9966260.9968820.9963270.9965840.9959280.9962860.9956290.9959用内插法由300.9956数据求出注：1.表中值取自“Metrological Handbook 145,Quality Assurance f
