1.5顯微組織可將粉末冶金軸承顯微組織的檢驗作為一種診斷手段，用來揭示燒結(jié)程度和對粉末冶金制造過程至關(guān)重要的其他冶金信息。茲就對大多數(shù)燒結(jié)材料通用的幾項檢查敘述如下。

　　在選擇顯微組織分析用粉末冶金零件磨片時，對于鑲樣與研磨建議采用平行于壓制方向的內(nèi)平面。應(yīng)將粗與精拋光一直繼續(xù)到估計所有孔隙都已被顯露出來。孔隙的面積百分率表示零件的密度。例如，80%致密的軸承，其孔隙占有的面積應(yīng)約為20%。

　　在制備顯微組織檢驗用的試樣時，像為自潤滑設(shè)計的這些低密度材料，必須浸以鑲樣樹脂。這將有助于防止切削加工或拋光時孔隙發(fā)生畸變。燒結(jié)軸承往往首先在未腐蝕狀態(tài)下進行檢驗。在正常的燒結(jié)件中，于200×下將極少或不會看出原始顆粒界。必須用Soxhlet萃取法除去軸承中含有的油，從而，它不會干擾顯微鏡檢驗。對未腐蝕的內(nèi)徑表面的檢驗應(yīng)顯示出表面的孔隙度。

　　在90 10銅錫青銅軸承中，組織應(yīng)為α青銅與最少量淡紅色富銅區(qū)，和沒有灰色的銅錫化合物。在鐵銅軸承中，銅應(yīng)熔化和流到周圍的小孔隙中。含銅量為5%到10%時，將可以看出銅的熔化區(qū)域。含銅量為2%或更少時，一般不會有游離銅存在。軸承組織中顯示的原始顆粒界應(yīng)最少。“低”青銅的顯微組織兼有鐵與青銅組織的外觀。

　　依據(jù)制造工藝過程，鐵石墨材料的顯微組織中或者含有游離石墨或者含有游離石墨/化合碳的混合物。為了在金相檢驗時能保持住石墨，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定義與公式

　　2.1含浸油低密度粉末冶金零件或軸承中的可控、連通孔隙結(jié)構(gòu)使著其可含浸以潤滑油。從而，就賦予它們以自潤滑性能。當零件摩擦發(fā)熱時，油膨脹與流至軸承表面。在運轉(zhuǎn)中，當軸旋轉(zhuǎn)時，油就從軸承中被“抽出”。冷卻時，油又借助毛細作用被吸入金屬的孔隙中。粉末冶金軸承按容積一般可吸收10%~30%的油。含浸油是用真空技術(shù)或用在加熱的油中浸泡零件來實現(xiàn)的。(見本文“8”關(guān)于這方面的進一步的工程知識)。

　　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(shù)。理論密度為85%的軸承，其孔隙度為15%。軸承中的孔隙如同海綿一樣，呈伸展到表面的互通孔隙網(wǎng)絡(luò)狀。連通孔隙度對于自潤滑軸承的使用性能很重要，是這類材料技術(shù)條件中的一項性能。孔隙度的計算如下:

　　另外:

　　(1)所有稱量都要用分析天平精密到0 1%。

　　(2)蒸餾水中應(yīng)添加0 1%~0 2%(質(zhì)量分數(shù))潤濕劑，以將稱量試樣時水的表面張力的影響減小到最小限度。

　　(3)試樣的質(zhì)量最少為2g。

　　(4)用來在水中懸掛試樣的細絲的直徑應(yīng)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)水的密度根據(jù)表2確定。

　　注:1.表中值取自“MetrologicalHandbook145，QualityAssuranceforMeasurement，”1990，NIST，p9、10，和表示的是在空氣中于1大氣壓下的值;

　　2.關(guān)于詳細的情況見MPIF標準42。

　　2.3接收狀態(tài)軸承的容積含油率含油率(P1)表示接收狀態(tài)軸承孔隙中充填的油的容積百分率。容積含油率可計算如下:

　　另外:

　　(1)所有稱量都用分析天平精密到0 1%。

　　(2)蒸餾水中應(yīng)添加0 1%~0 2%(質(zhì)量分數(shù))潤濕劑，以將稱量試樣時水的表面張力的影響減小到最低限度。

　　(3)試樣的質(zhì)量至少應(yīng)為2g。

　　(4)用來在水中懸掛試樣的細絲的直徑應(yīng)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)水的密度根據(jù)表2確定。關(guān)于更詳細的情況見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(zhì)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(zhì)量。通常，結(jié)構(gòu)零件的密度報告的是未含浸油的“干密度”，和軸承的密度報告的是充分含浸油的“濕密度”。(關(guān)于更詳細的情況見MPIF標準42)。一種常用的計算密度的方法如下:

　　另外:

　　(1)所有稱量都用分析天平精密到0 1%。

　　(2)當購進的自潤滑軸承是浸過油的，它們應(yīng)以接收狀態(tài)進行測量，以確定質(zhì)量B與C。對于測定不含油的質(zhì)量A，試樣一般要用Soxhlet萃取法將油除去。這種干質(zhì)量稍高于原先未浸油的質(zhì)量。

　　(3)蒸餾水中應(yīng)添加0 1%~0 2%(質(zhì)量分數(shù))潤濕劑，以將稱量試樣時水的表面張力的影響減小到最低限度。

　　(4)試樣的質(zhì)量應(yīng)不少于2g。

　　(5)用來懸掛水中試樣的細絲的直徑應(yīng)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確定的。關(guān)于更詳細的情況見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(shù)“K”與軸承尺寸的函數(shù)。在粉末冶金軸承中，徑向壓潰力應(yīng)計算如下:

　　另外:

　　(1)當軸承的壁厚大于其外徑的30%時，這個公式不適用。

　　(2)關(guān)于強度系數(shù)“K”值見本文“7”粉末冶金軸承材料性能。

　　實際的徑向壓潰力是用在二平面間壓縮試驗的軸承確定的;載荷的方向要垂直于軸承長軸。(關(guān)于更詳細的情況見MPIF標準55)。將軸承開始開裂時載荷減低的點確定為壓潰力。試驗適用于圓筒形軸承。帶法蘭的軸承應(yīng)將法蘭盤切掉后，用分別壓縮兩部分進行試驗。

　　球形軸承應(yīng)切削加工成圓筒狀。每一部分都要符合這個標準(粉末冶金軸承材料性能)規(guī)定的最小強度要求。這是將測定的壓潰力和用在相應(yīng)最小性能表中給出的常數(shù)“K”計算值進行比較來證明的。有時，球形軸承是根據(jù)產(chǎn)需雙方商定的比較試驗法或經(jīng)驗公式，在不切削加工的生產(chǎn)狀態(tài)下檢驗球形軸承的徑向壓潰力。

　　3保管

　　為防止軸承中含浸的油損失，含油軸承要存放在非吸收性容器中。它們還應(yīng)該防塵和防污染。產(chǎn)需雙方應(yīng)就制成品表面的狀態(tài)進行協(xié)商。不推薦在浸油之前用氯化溶劑來除去油或清洗軸承表面。因為殘留的溶劑趨向于形成弱酸，有可能使軸磨損。

　　4表面粗糙度

　　在表面粗糙度影響軸承功能的地方，其表面最好是很平滑的;可是，由于粉末冶金零件具有多孔性，用測頭類儀器一般進行的錐形探針測量，測量不出表面的真實粗糙度。這是因為相互連通的表面孔隙比金屬中的表面凹凸不平深。

　　產(chǎn)需雙方應(yīng)商定表面粗糙度的規(guī)范與測量方法，但不要忽視了配合軸的表面粗糙度的影響。

　　5 SI單位

　　數(shù)據(jù)都是用英制單位測定的，和根據(jù)ASTM標準作法E380轉(zhuǎn)換成了SI單位。

　　6可比較的標準

　　ASTM與ISO都發(fā)布有粉末冶金自潤滑軸承標準。ASTM標準采用的化學組成與密度范圍和這個MPIF標準相同。ISO標準僅只提供了有限數(shù)量的合金系統(tǒng)(鐵、鐵銅及青銅)的資料。

　　7粉末冶金軸承材料性能

　　7.1青銅軸承青銅軸承的材料牌號、化學組成和性能示于表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，這種材料可保證一定的韌性，并可承受振動負載。這種材料可以打樁。這種材料的軸承可用于分馬力馬達、農(nóng)具、設(shè)備、機床等。密度較高(6 8g/cm3)時，它具有更高的韌性，并可支承較高的負載。密度較高時，軸承的含油量較少，因此，這種材料可用于速度較低的工況。鑒于它們的強度，這種材料往往用于結(jié)構(gòu)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普通磨蝕條件下。

　　石墨含量大于3%的軸承運轉(zhuǎn)非常平靜。它們趨向于需要較少的現(xiàn)場加油和在稍高溫度下使用。它們常常用于擺動或間歇轉(zhuǎn)動的工況。

　　7.2鐵與鐵

　　碳軸承鐵與鐵碳軸承的材料牌號、化學組成與性能示于表4。

　　密度為5 6~6 0g/cm3的普通鐵可用作中等負載的軸承材料。一般這種材料比90 10青銅的硬度與強度高一些。化合碳與鐵形成鋼軸承，其強度比純鐵高，同時徑向壓潰力較大，耐磨性與抗壓強度較高。化合碳含量大于0 3%的軸承可進行熱處理，以全面改善其力學性能。

　　7.3鐵銅軸承鐵銅軸承的材料牌號、化學組成與性能列于表5。為了改進燒結(jié)件的強度與硬度，可在鐵中添加銅:一般銅的添加量按質(zhì)量為2%、10%或20%。添加20%(質(zhì)量分數(shù))銅時，軸承材料的硬度與強度都比90 10青銅高，另外還具有好的振動荷載能力。這類材料往往用于需要極好地兼具好的結(jié)構(gòu)性能與軸承特性的用途。

　　7.4鐵銅碳軸承鐵銅碳軸承的材料牌號、化學組成和性能列于表6。

　　在鐵銅材料中添加0 3%~0 9%(質(zhì)量分數(shù))碳可大大強化材料。另外，這些材料還可用熱處理硬化。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牌號、化學組成和性能列于表7。

　　為減輕材料費用，青銅可用40%~60%(質(zhì)量分數(shù))鐵稀釋。為了自潤滑，這些軸承通常都含有0 5%~1 3%(質(zhì)量分數(shù))石墨。軸承要燒結(jié)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。往往用它們替代分馬力馬達與器具中的青銅軸承。化合碳含量超過最大值時，可能會形成噪聲的與硬的軸承。“總碳”的定義是冶金化合碳(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牌號、化學組成和性能列于表8。

　　鐵中添加以石墨和燒結(jié)到含有化合碳，從而，大部分石墨可用于進行輔助潤滑。這些材料具有優(yōu)異的阻尼特性，因此，可制成運轉(zhuǎn)平靜的軸承。為了潤滑，所有材料都可含浸以油。化合碳含量超過最大值時，可能形成有噪聲的與硬的軸承。“總碳”的定義是冶金化合碳(見“1 4”化學組成)與游離石墨(腳注[C]與[D])之和。

　　8粉末冶金自潤滑軸承設(shè)計須知

　　已證明下述設(shè)計資料有助于軸承與襯套系統(tǒng)的設(shè)計。這些值一般都是有效的，但具體應(yīng)用時也可能有例外。告誡使用者，利用這些資料(表9)時要和軸承制造廠家磋商。

　　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極限值低者可承受較高的荷載或在較高的旋轉(zhuǎn)速度下使用。軸承的PV極限值是軸承自身與其環(huán)境二者的函數(shù)。環(huán)境可在以下4個方面減低容許的PV極限值:

　　(1)妨礙軸與軸承之間形成油膜者。諸如轉(zhuǎn)速低、停止/起動作業(yè)、軸表面過于平滑或過于粗糙、振動、軸失圓、間隙過大、潤滑油不充分或精整作業(yè)差。

　　(2)妨礙摩擦熱散失者。諸如軸承座導熱性小、附近缺少散熱裝置或環(huán)境溫度高。

　　(3)軸承中產(chǎn)生的摩擦能量損失趨向大于常規(guī)值者。這方面的一個例子是使用的潤滑劑黏度高。

　　(4)軸上荷載分布不均勻者。諸如不同軸性、軸撓曲或使用長徑比大的軸承。

　　在要求軸承使用壽命較長的場合，PV極限值應(yīng)設(shè)計的小一些。

　　鋼軸承，即含冶金化合碳的鐵基軸承可進行熱處理，以增高強度;但需方必須清楚，在這種場合，關(guān)于壓配合與公差的數(shù)據(jù)可能就都不再適用了。

　　在粉末冶金軸承在固定軸上旋轉(zhuǎn)的場合，慣性力可能使油從外露的軸承部分漏失。有時，可用甩油環(huán)補充吸油的方法，使油返回到多孔性蓄油體內(nèi)。

　　8.1壓配合

　　圓筒狀軸頸軸承一般都是用一裝配心軸將軸承壓裝于軸承座中。對于剛性足以承受壓配合而不會產(chǎn)生明顯變形的軸承座，和對于壁厚約為軸承外徑1/8或更大的軸承，推薦采用表10示之壓配合。例如，對于一直徑12 5mm的軸承，可采用的軸承座孔直徑為12 43~12 47mm。

　　推薦用心軸支撐著內(nèi)徑將軸承壓入軸承座孔中。例如，對于一內(nèi)徑為19mm的軸承，心軸直徑應(yīng)比所要求的最終尺寸大0 008mm左右。最好采用心軸安裝而不要用鉸刀最終鉸孔，因為鉸削可能會封閉表面孔隙。

　　8.2運轉(zhuǎn)間隙軸承的合適運轉(zhuǎn)間隙基本上取決于其具體用途。表11中只列出了對用于磨削加工的鋼軸的含油軸承推薦的最小間隙值。例如，對于一直徑12 5mm的軸，至少應(yīng)采用內(nèi)徑為12 51mm的青銅軸承。

　　8.3套筒狀軸承的尺寸公差對于最大長度對內(nèi)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，和對于最大長度對內(nèi)徑之比為3/1與最大長度對壁厚之比為20/1的鐵基軸承，可采用表12、13中的數(shù)據(jù)。而比率大于這些值的軸承不宜采用這些數(shù)據(jù)。(美國MPIF標準35“粉末冶金自潤滑軸承材料標準”1998年修訂簡介）