带有渗透合金轴承的牙轮钻头

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1、带有渗透合金轴承的牙轮钻头（部分内容翻译）摘要：一个牙轮钻头由以下几部分组成：牙轮钻头体、由牙轮钻头体支撑的轴颈轴承、装于轴颈轴承上可旋转的牙轮以及旋转牙轮与轴颈轴承之间可提供旋转的轴承。每个轴承都包含有一个轴承元件，该轴承元件带有一个钢质基体，基体中带有分布其中的无钢孔隙；而该基体是一个亚共析钢，该钢具有重量百分比为0.40以上的碳。钢质基体的无钢孔隙中存有抗磨合金。这个抗磨合金是银铜合金，而银铜合金的成分有大约重量百分比为60到95的银，铜平衡。定位于牙轮14壳体19内表面里的是滑动轴承33和导向轴承34，而这两个轴承都是套管形状。

2、导向轴承34是一个典型的连续式或开口式套管形状，有时带有止推垫；滑动轴承33既可为连续式套管形状，又可为开口式套管形状。有时，止推轴颈35位于壳体19的前端。通过适当的力，或者其他技术（如可能会使用合适的裂区排列或浮动排列技术）将套管33、34以及止推轴颈35锁定在牙轮壳体19中。套管33和34的轴承表面区域是由硬的、耐磨基体区域以及抗磨材料区域交替形成的，随后对其有更多更详细的论述。通过这种方法，延长了轴承的使用寿命，因此，也延长了牙轮钻头的使用寿命。10图5说明了制造钻头10的一种优先方法，图3~4描述了中间制造步骤的结构。以这种方

3、法，首先要制造一种多孔轴承基体，然后再对其渗以一种防抱死合金。而后再把该已渗入了防抱死合金结构进行热处理，再将其加工到需要的轴承形状和尺寸。这种方法可被用于制造轴承33和34两种结构中的一种或是二者。然后再将轴承与其它零部件组装到一起以形成旋转牙轮钻头10。参见图5，用于（轴承）基体的一种合金是以钢粉形式提供的（编号50）。所制成的轴承基体是一种亚共析钢，含有多于约占重量百分比0.40的碳含量。术语“亚共析”的意思是钢材带有少于相应的钢类低共熔体成份的碳含量，取决于钢中其它合金成份的数量和类型，该现象通常在碳重量百分比为约0.77-0.

4、80时发生。所以，钢质基体一般带有自大约0.40到大约0.77重量百分比的碳成份、其它合金成份比如镍或钼，以及平衡铁再加上附带的杂质。就像随后所要讨论的那样，在该碳含量的广阔范围内，含有较窄的理想的碳范围和含量，常常很难购买到具有特定含碳量的钢粉，所以，在开始时最好应用一种含碳量很低或是含碳量基本为零的钢粉，有控制性的将碳增加到所希望的含碳量水平，以这种方法，在开始时为基体所选的合金粉为一种低碳镍钢合金粉，其含有大约为-270目的AISI4600粉末颗粒度，其含碳量被有控制的增加到所希望的含碳量水平。AISI4600合金的成份含有大约占

5、重量百分比1.8的镍、大约占重量百分比0.5的钼、平衡铁以及附带杂质。在首选的处理方法中，在将其进行压制以获得所希望的净成份含碳量之前，要先将石墨或碳颗粒与低碳合金粉进行混合。在此处使用的术语“净成份”指的是在一种不同成份颗粒的混合物（比如一种AISI4600粉和碳颗粒的混合物）中各元素重量的总的百分比。如果能够得到的话，也可以使用具有所希望的含碳量的预先合金化的钢粉。在开始压制之前，最好在金属合金粉中加入一种模具润滑油以便能够对模具进行润滑并提高所压制的基体的烧结前硬度。首选的模具润滑油为锌硬功夫脂酸盐，用量可为混合粉末重量的大约1%

6、。模具润滑油能够在后续的烧结过程中被燃烧掉。合金粉、碳以及润滑油（剂）的混合物被进行压制，见编号51，压制压力为大约为每平方英寸截面积35~40吨，以形成一种粉末压制件。压制该混合物的模具基本上为所选的轴承的最终形状，但尺寸要稍微大一点（一般要大5~20%），以便允许其在烧结过程中的收缩和将其最终加工到最终尺寸。压制压力越大，烧结后工件的表观密度就越高，最大的压制压力能够产生接近理论最大密度的表观密度。首选的压制压力可产生（烧结后）大约为6.8克/cm3（约85~87%的理论密度）的表观密度。本发明也可使用其它密度，尤其是处在大约理论密

7、度50~90%范围内的密度。粉末压制件被烧结，编号52，最好是在大约2050度的温度下烧结约40分钟，且最好是在氢气气氛中，但在真空环境中也可以。只要烧结温度能够使碳均匀的分布到钢粉中，也可以采用较低的烧结温度和较长的烧结时间。在该烧结过程中，碳可与钢合金粉混合，扩散到钢合金粉内，以便产生与所希望的含碳量相同的结构。碳在结构内的扩散以及颗粒的扩散连接都要求烧结温度达到1800华氏度以上。扩散过程需要在1800华氏度的温度保持几小时，需要温度在2000华氏度以上的时间不到一小时。参见图3和4所示的一种多孔基体36，这是由刚才所述的方法制造

8、的，用于滑动轴承33。（早期的滑动轴承33示于图3，作为本发明的轴承和结构的一个例子，但该发明也适用于轴承34和35。）图4示出了多孔基体36烧结后一个截面的放大图，此多孔基体36含有多个相与联接的孔37，