一种堆焊合金轴承环件的制作工艺

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，具体为一种堆焊合金轴承环件的制作工艺。

背景技术

轴承是一种辅助物体旋转的零件，具有减小摩擦辅助旋转的作用，同时具有旋转支撑的作用。轴承可以减少摩擦，使旋转更平稳，降低能耗，会承受很大的力，轴承可以防止旋转支撑部分因这种力而损坏。

目前，轴承应用于各个行业各个领域，而且会涉及一些特殊工况的安装环境，对轴承的合金材质和硬度耐磨等性能有着更高的要求，其合金材料价格相应的也会更加昂贵，如果采用常规的整体铸造或用棒料制造，轴承材料用量过大，加工余量过多，会浪费过多的合金材料，导致制造成本过高。因此为了适用于这种硬度较高且价格昂贵的合金材料，需要研发一种在降低零件制造成本的同时还能保证零件机械性能的制造方法。

发明内容

一、解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种堆焊合金轴承环件的制作工艺，解决了轴承因整体铸造或用棒料制造时，合金用量大、成本高的问题。

二、技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种堆焊合金轴承环件的制作工艺，其关键在于：通过在基体外壁堆焊合金层，经热处理并冷却后，车除所述基体以及合金层外侧壁加工余量得到半成品轴承环件，最后根据所需轴承环件形状尺寸进行精加工得到成品轴承环件。

可选的，所述的一种堆焊合金轴承环件的制作工艺，具体按以下步骤进行：

a、准备基体，根据所需轴承环件内径尺寸、轴承厚度及加工余量，预先确定基体的外径尺寸和长度，并在基体外壁上确定待堆焊的堆焊区尺寸；

b、堆焊合金，在基体外壁的所述堆焊区内堆焊一圈合金层，得到毛坯件；

c、热处理，将堆焊完成的毛坯件保温缓冷后，毛坯件加热至消应力所需处理温度范围，然后保温，再将毛坯件随炉冷却至常温；

d、粗加工，将热处理后毛坯件中的合金层外侧壁加工余量以及内部的所述基体车除，得到半成品轴承环件；

e、精加工，根据所需轴承环件的形状和尺寸进行精确车除，得到成品轴承环件。

可选的，所述合金层包括至少两层合金单层，堆焊时，内层合金单层堆焊完成后，在堆焊下一层依次循环堆焊至最后一层。

可选的，堆焊合金层时，合金层与基体之间形成熔覆层，在粗加工时，车除所述基体后，继续将所述熔覆层车除。

可选的，所述精加工完成后，通过磨削打磨成品轴承环件内表面，提升光滑度。

可选的，所述堆焊合金的堆焊方法采用人工氩弧焊堆焊或等离子堆焊。

可选的，所述基体的外径小于所需轴承环件内径，所需轴承环件内径与所述基体的外径之差大于或等于2mm；所述基体的长度大于所需轴承环件的长度，所需轴承环件的长度与所述基体的长度之差大于或等于4mm。

可选的，所述合金层为司太立合金材质，所述基体为不锈钢材质的圆柱体结构。

可选的，所述步骤c热处理具体为：将堆焊完成的毛坯件保温缓冷至100-120℃，毛坯件加热至600-700℃，加热速率≤15℃/分钟，然后保温3-5小时，在将毛坯件随炉冷却至常温。

可选的，所述合金层包括至少两层合金单层，堆焊合金时，内层合金单层堆焊完成后自然冷却到280-320℃时再堆焊下一层合金单层，以此循环堆焊至最后一层合金单层。

三、有益效果

本发明提供了一种堆焊合金轴承环件的制作工艺，在基体上堆焊合金，制作整体合金轴承，可以减少合金使用量，降低成本，同时本工艺还保证了轴承环件的性能。

附图说明

图1为本申请示例中工艺流程简图；

图2为本申请示例中毛坯件的结构示意图；

图3为本申请示例中成品轴承环件的结构示意图；

图4为本申请示例中热处理的温度线性图。

图中：1-基体；2-合金层；3-熔覆层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

名称说明：

基体是在金属材料中，指主要相或主要聚集体，即复相合金的主要组分。在堆焊工艺中，用来沉积合金层的基础物体称为基体。

氩弧焊接，是使用氩气作为保护气体的一种焊接技术。又称氩气体保护焊。就是在电弧焊的周围通上氩气保护气体，将空气隔离在焊区之外，防止焊区的氧化。

等离子堆焊(简称PTA)是一种在金属材料表面施加耐磨和耐腐蚀层的热处理工艺。高能等离子弧熔化基材表面。同时，粉状填充材料插入电弧并熔化。在固化过程中，在填充材料和基材之间形成物质对物质的结合。

司太立合金(Stellite)是一种能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金。能够用于一些特殊工况，同时具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀的效果。

需要说明的是，一种应用于阀门中的滑动轴承，在双氧水中使用时，常规金属基材加渗氮硬化方法制造的滑动轴承，会催化双氧水分解，在压力管道中形成大量氧气，不仅会影响介质浓度，严重的甚至造成管道爆炸等，因此该滑动轴承在选材时可选司太立合金进行制造，但是司太立合金价格昂贵，以常规的整体铸造或棒料制造，司太立合金的用量太大、加工余量多，导致制造成本高。

因此以司太立合金材质制造滑动轴承作为一示例进行具体说明。本实施例提供一种堆焊合金轴承环件的制作工艺，请参阅附图1所示：

1、准备基体

1.1选材，基体采用价格便宜的普通不锈钢材料，合金选择司太立合金材料。

1.2根据所需轴承内径尺寸、轴承厚度和需要车掉的熔覆层厚度以及加工余量，制作尺寸合适的圆柱状的基体。不锈钢基体圆柱的外径与所需轴承的内径相比不能太小，如果圆柱基体外径太小，需要堆焊的量就过大，浪费原材料和降低堆焊效率，如果外径太大，司太立合金和基体之间在堆焊时形成的过渡层在精加工后会存留在轴承上，影响轴承的机械性能。因此，为了使加工后，轴承整体材质为均匀的司太立合金，同时为了节省原材料和提高堆焊效率，选择以下方式：

1.2.1不锈钢基体圆柱的外径确定方法为：d＝D-2mm，其中d为基体圆柱外径，D为最终所需轴承内径。

1.2.2基体圆柱长度确定方法为：l＝L+4mm，其中l为基体圆柱长度，L为轴承长度。

1.2.3同时根据所需轴承环件尺寸，在基体圆柱外壁上确定堆焊区范围。

1.2.4根据轴承内壁形状，如轴承内壁呈阶梯状等，可对堆焊区开槽形成相应形状的型腔，可以减少合金层内层的加工余量，进一步减少合金用量。

2、堆焊合金

2.1根据需要选择堆焊方法：

2.1.1当所需轴承环件量少且交货周期短时，可以采用氩弧焊接，用直径为φ3.2-φ4.0的司太立金属丝，电流大小为110-120A，焊接速度为4-5.3cm/min。当所需轴承环件量大时，则采用PTA可以提高效率并节省人工成本，电流大小为100-126A，焊接转速为212-268rad/min，摆幅8-10mm，离子气0.8-1.2L/min，保护气6-8L/min，送粉气2-2.2L/min。

2.2合金层为2-3层，焊完每一层自然冷却温度到280-320℃时堆焊下一层，得到毛坯件，参阅附图2所示。

3、热处理

司太立合金为钴基合金，钴基合金在与不锈钢熔覆过程中，会与基体发生元素扩散和稀释，形成性能不稳定的熔覆层，为了减小熔覆层的影响，参阅附图4所示，将毛坯件立即放入保温棉中保温缓冷至100-120℃，然后放入加热炉，毛坯件和加热炉温度均不小于100℃，毛坯件以不超过15℃/分钟的加热速率加热至600-700℃并保温4小时，保温后毛坯件随炉冷却至常温。提高整体合金层的性能，消除合金层内部热应力，以免合金层较厚容易产生裂纹。

4、粗加工

将热处理后毛坯件中的合金层外侧壁加工余量以及内部的所述基体车除，在车除基体部分后，继续车除基体与合金层之间形成的熔覆层，得到半成品轴承环件。

5、精加工

根据所需轴承环件的形状和尺寸进行精确车除，达到所需轴承环件的精确尺寸，然而此时的轴承环件内表面还比较粗糙，使用时会产生较大的摩擦阻力，不仅会使提供开关动力的执行机构配置提高，增加成本，轴承与阀杆之间的摩擦磨损程度也会显著提升，造成阀门的使用寿命降低，为了降低轴承与阀杆接触的内径粗糙度，提高轴承的使用性能，因此进一步对轴承环件的内表面进行磨削，减小粗糙度，得到成品轴承环件，参阅附图3所示。

磨削具体方式，采用普通车床进行磨削，车床扇形爪将轴承环件外壁固定，在车床刀架上固定电机，将千叶轮固定在电机输出轴上对轴承内表面进行磨削，电机转速2000-2500r/min，轴向移动速度为0.1-0.2mm/s，采用该参数设置的磨削方法，可以使轴承内径粗糙度得到最大程度的降低，同时提高磨削效率。

总的来讲，本实施例提供一种堆焊合金轴承环件的制作工艺，利用一般的不锈钢作为基体，可以较少司太立合金的用量。在基体上堆焊时可以根据实际需求采用不同的堆焊方法，当所需轴承环件数量少且制作周期短时，可以采用人工氩弧焊堆焊，工序简单，提高加工速度。当需求的轴承环件数量量大时，可以采用等离子堆焊，节省人力，因此该发明中所述的轴承环件制作方法灵活。堆焊后用将轴承环件放置在保温棉中冷却，可以防止高温堆焊零件过快冷却造成内部产生裂纹等缺陷。冷却到一定温度时，放入加热炉中升温进行热处理，经过充足时间的热处理，可以使钴基合金在熔覆过程中与机体发生的元素扩散和稀释得以缓解，使元素扩散平稳，扩散梯度减小，机械性能提高，如果不经过科学合理的热处理，仅简单采用堆焊的方法制作的轴承由于堆焊层较厚容易产生裂纹，影响轴承的性能。热处理后将内部不锈钢和外部多余的司太立合金层车掉，制作成所需的整体司太立合金材质轴承环件，该方法操作简单，节省成本。经过精加工的轴承环件，与阀杆接触的表面粗糙度较高，约为Ra1.6，粗糙度较高时与阀杆磨损严重，阀门在长期工作过程中，会加速失效，因此本发明通过对普通车床改进，在刀塔上设置电机，并在电机输出轴上安装千叶轮，将轴承环件固定在扇形爪上，用不同粒度的千叶轮对轴承环件内孔进行磨削抛光，通过该磨削方法，可以将粗糙度提高至Ra0.4，显著减少轴承环件与阀杆的磨损，同时不会改变轴承环件内孔的配合。

以上述一示例为基础制备的轴承环件，可直接作为整体式滑动轴承使用，还可进一步加工制造成剖分式滑动轴承或自动调心轴承。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。