由奧氏體鐵基合金制成的耐熱軸承材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種由奧氏體鐵基合金制成的耐熱的軸承材料，所述奧氏體鐵基合金具有：一定比例的硫，其足以實現(xiàn)在其軸承表面上的固體潤滑作用；一定比例碳化物，其足以實現(xiàn)在其軸承表面上減少磨損；和重量比例為1-6％的一種或多種合金元素：鈷(Co)，錸(Re)，鉭(Ta)，釩(V)，鉿(Hf)，釔(Y)，鋯(Zr)，其特征在于，下面的附加合金元素，按重量百分比分別為：碳(C)＝0.8-1.5；鉻(Cr)＝20-32；錳(Mn)＝0-1.0；硅(Si)＝1.5-3.5；鎳(Ni)＝12-25；鉬(Mo)＝0.5-5.5；鈮(Nb)＝0-3.5；鎢(W)＝1.0-6.5，硫(S)＝0.15-0.5；銅(Cu)＝0-3.5；氮(N)＝0-0.8；剩余為鐵(Fe)，還包括不可避免的雜質(zhì)。
【專利說明】由奧氏體鐵基合金制成的耐熱軸承材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的由奧氏體鐵基合金制成的耐熱軸承材料，所述奧氏體鐵基合金具有:一定比例的硫，足以實現(xiàn)在其軸承表面上的固體潤滑作用；一定比例碳化物，用于實現(xiàn)了在其軸承表面上減少磨損；和重量比例為1-6%的一種或多種合金元素鈷(Co)，鈮(Nb)，錸(Re)，鉭(Ta)，釩(V)，鎢(W)，鉿(Hf)，釔(Y)，鋯(Zr)。

【背景技術(shù)】
[0002]從現(xiàn)有技術(shù)中已知:高性能的材料，特別是用于軸承元件的材料，例如用在渦輪增壓器或廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中用于調(diào)節(jié)內(nèi)燃機中的流量。使用了各種概念，其中通過定位于外部的電動或氣動執(zhí)行器利用桿運動學(xué)機械地調(diào)整相應(yīng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0003]在渦輪增壓器或者廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)部中的穿孔通常也同時用作調(diào)整的軸承。軸承元件與廢氣直接接觸，其結(jié)果是在軸承元件上的溫度可以高達950°C。除了在高溫負載之外，摩擦和腐蝕作為用于軸承元件的邊界條件也很重要。
[0004]關(guān)于摩擦磨損性能，在軸承材料和控制系統(tǒng)(軸)的材料組合的相配性是很重要的。因此，可能會發(fā)生不同類型的磨損，尤其是黏附磨損或磨蝕，摩擦化學(xué)反應(yīng)磨損或材料疲勞。值得注意的是，在一些材料組合中，隨著溫度的升高磨損效果降低。形成的氧化物層作為阻擋層，從而防止了摩擦副之間的金屬接觸，這特別減少了黏附磨損。
[0005]此外，在渦輪增壓器和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中的軸承元件根據(jù)它們是如何安裝在發(fā)動機艙內(nèi)而受到不同程度的環(huán)境因素的影響。在這種情況下，腐蝕現(xiàn)象扮演了重要的作用。特別地，來自道路的飛濺的水在冬天常常包含道路殘留鹽，可能會損壞表面。除了這些環(huán)境和周圍的腐蝕性攻擊源，最近，已越來越多發(fā)現(xiàn)廢氣冷凝物往往是腐蝕的原因。特別是，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的使用已導(dǎo)致由廢氣冷凝物引發(fā)腐蝕的發(fā)生率增加。在發(fā)動機停止之后，局部冷凝積聚，并通過在大氣中的氯化物和含氮或含硫的氧化物轉(zhuǎn)化為鹽酸，硝酸或硫酸。
[0006]W02007/147710A1公開了一種由奧氏體鐵基合金制成的耐熱的軸承材料，所述奧氏體鐵基合金具有:一定比例的硫，足以實現(xiàn)在其軸承表面上的固體潤滑作用；以及重量比例為1-6%的一種或更多的合金元素鎢(W),鈷(Co)，鈮(Nb)，錸(Re)，鑰(Mo)，鉭(Ta)，釩(V)，鉿(Hf)，乾⑴，錯(Zr)和/或具有相對較高熔點的合金元素。這種材料可有利地用作在與汽油發(fā)動機組合的渦輪增壓器中的軸承材料，因為硫化物以及奧氏體基體的有效的潤滑作用和它們的良好的耐蠕變，腐蝕和氧化的性能。該軸承材料的缺點是，它設(shè)計為在高溫下使用時，優(yōu)選在高于600°C的溫度，更優(yōu)選在高于850°C的溫度時在功能上是可靠的。這意味著，該材料的特性在高溫下是最具有功能效果。另一方面，在低于400°C的溫度范圍內(nèi)，這樣的軸承材料受到較大磨損。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種軸承材料，特別是用于渦輪增壓器和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其在高溫范圍內(nèi)，即高達950°C以及在低于400°C的溫度范圍內(nèi)具有需要的性能，尤其是低磨損敏感性。
[0008]這個目的通過一種由奧氏體鐵基合金制成的耐熱軸承材料實現(xiàn)，所述奧氏體鐵基合金具有:一定比例的硫，其足以實現(xiàn)在其軸承表面上的固體潤滑作用；一定比例碳化物，用于實現(xiàn)在其軸承表面上減少磨損；和重量比例為1-6%的一種或多種合金元素:鈷(Co)，鈮(Nb)，錸(Re)，鉭(Ta)，釩(V)，鎢(W)，鉿(Hf)，釔(Y)，鋯(Zr)，其特征在于，下面的附加合金元素，按重量百分比分別為:碳(C) = 0.8-1.5 ;鉻(Cr) = 20-32 ;錳(Mn) = 0-1.0 ；硅(Si) = 1.5-3.5 ；鎳(Ni) = 12-25 ；鑰(Mo) = 0.5-5.5 ；鈮(Nb) = 0-3.5 ;鎢(W)=
1.0-6.5，硫(S) = 0.15-0.5 ;銅(Cu) = 0-3.5 ;氮(N) = 0-0.8 ;剩余為鐵(Fe)，還包括不可避免的雜質(zhì)。
[0009]出人意料的是，根據(jù)本發(fā)明的軸承材料實現(xiàn)了所有需要的特性，即，該材料不僅在高溫范圍內(nèi)，在溫度高于850°C時并且在較低的溫度范圍內(nèi)，即在溫度<400°C時針對不同的相對旋轉(zhuǎn)的材料僅僅受到非常低的磨損。針對以前使用的軸承材料，主要開發(fā)它們在高溫度范圍的有效性，因此在較低的溫度范圍出現(xiàn)更大的磨損。
[0010]本發(fā)明是基于如下總的思想，即提供一定比例的硫，其用量為能夠形成在合金中具有潤滑效果所必需的硫化物，并提供一定比例的碳，其用量為能夠形成在合金中具有減小磨損效果所必需的碳化物。碳作為合金成分沉淀為細碳顆粒，同時改善其固體潤滑性能，或者它作為輔助材料作用于形成在鐵和合金元素之間形成的碳化物或金屬間化合物，從而提高在鐵基體的耐磨損性。
[0011]利用具有基于硫化物的固體潤滑劑的奧氏體基體以及由碳化物形成耐磨相的本發(fā)明的組合，已證明能夠顯著地提高在較低溫度范圍內(nèi)的耐磨損性，然而同時并不犧牲在高溫范圍內(nèi)良好的耐磨性和抗蠕變性能。
[0012]加碳導(dǎo)致碳化物的形成，碳化物然后作為一種硬質(zhì)相，在約450°C的低溫度范圍內(nèi)起到減少磨損的作用，這例如在閥座圈中是常見的。然而，一般來說，這種加碳也導(dǎo)致在強度和耐蠕變性方面的高溫性能的顯著惡化。例如,在作為“鋼號”(key to steel)中的“耐熱鋼(12a)”共同列出的材料中沒有任何一個具有碳重量含量大于0.2%。因此，這樣的加碳到在高的溫度范圍內(nèi)使用的合金違背本領(lǐng)域的常規(guī)知識，因而產(chǎn)生了一個本領(lǐng)域技術(shù)人員無法預(yù)期預(yù)測的令人驚訝的結(jié)果。
[0013]在一個優(yōu)選的實施方案中，硫的重量比例至少為0.2%，而碳的重量比例至少
0.8%，至多2.0%。事實上，優(yōu)選的碳化物有利地形成在碳重量含量低至0.8%的鐵基體中，從而提高了的固體潤滑性，耐磨性和機械強度。與此相反，當(dāng)碳重量含量高于2.0%時，馬氏體顯微結(jié)構(gòu)增加，形成過量的硬脆的滲碳體(Fe3C)以及過量的碳化物，它們形成在碳和其它合金成分之間，引起鐵基體變脆。
【權(quán)利要求】
1.一種由奧氏體鐵基合金制成的耐熱的軸承材料，所述奧氏體鐵基合金具有:一定比例的硫，其足以實現(xiàn)在其軸承表面上的固體潤滑作用；一定比例碳化物，用于實現(xiàn)在其軸承表面上減少磨損；和重量比例為1-6%的一種或多種合金元素鈷(Co)，鈮(Nb)，錸(Re)，鉭(Ta)，釩(V)，鎢(W)，鉿(Hf)，釔(Y)，錯(Zr)， 其特征在于， 下面的附加合金元素，按重量百分比分別為--碳(C) = 0.8-1.5 ;鉻(Cr) = 20-32 ;錳(Mn) = 0-1.0 ;硅(Si) = 1.5-3.5 ;鎳(Ni) = 12-25 ;鑰(Mo) = 0.5-5.5 ;鈮(Nb) = 0-3.5 ；鎢(W) = 1.0-6.5，硫⑶=0.15-0.5 ;銅(Cu) = 0-3.5 ;氮(N) = 0-0.8 ;剩余為鐵(Fe)，還包括不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承材料，其特征在于，下列相應(yīng)重量百分比的合金元素:碳(C) = 0.9-1.4 ;鉻(Cr) = 21-28 ;錳(Mn) = 0.1-1.0 ;硅(Si) = 2.0-3.5 ;鎳(Ni)=14-23 ;鑰(Mo) = 1.5-3.5 ;鈮(Nb) = 1.0-3.0 ;鎢(W) = 2.0-3.5 ;硫(S) = 0.15-0.5 ;銅(Cu) = 1.0-3.5 ;氮(N) = 0.1-0.8 ;剩余為鐵(Fe)，還包括不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸承材料，用于在渦輪增壓器或廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中使用以便調(diào)節(jié)在內(nèi)燃機中的流量。
4.用于渦輪增壓器或廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中以調(diào)節(jié)在內(nèi)燃機中的流量的軸承元件，由根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸承 材料制造。
【文檔編號】F16C33/62GK104080939SQ201380005464
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月7日
【發(fā)明者】盧茨·施泰納特, 克勞斯·溫特里希 申請人:馬勒國際有限公司