антифрикционный порошковый материал

Формула изобретения

1. Антифрикционный порошковый материал на железной основе, отличающийся тем, что содержит медь, углерод, никель, серу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Медь	0,3-3
Углерод	0,04-3
Никель	0,1-3
Сера	0,2-2
Железо	Остальное

2. Антифрикционный порошковый материал по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит порошок молибдена или дисульфида молибдена в количестве 0,07-5,0 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области триботехнического материаловедения и смазке твердых тел, в частности к узлам, деталям машин и механизмов, работающих в условиях сухого, граничного и жидкостного трения, предназначенных для торцевых уплотнительных колец, подшипников скольжения и порошковых втулок тормозной рычажной передачи для локомотивов, вагонов, цистерн подвижного состава железных дорог и метрополитена.

Известно большое количество антифрикционных металлических, в том числе порошковых, материалов на основе меди, алюминия, железа и т.д. [1, 2, 3].

Эти материалы работоспособны в узлах трения или сравнительно невысоких температурах и удельных давлениях. При повышении температуры или нарушениях жидкостного трения работоспособность их резко ухудшается, что сопровождается увеличением коэффициента трения, схватыванием с материалом контртела и разрушением узла трения.

Повышения работоспособности и трибологических свойств узлов трения возможно достичь применением порошковых композиций на основе железа. Такие материалы, работающие как антифрикционные, самосмазывающиеся, взамен бронз, чугунов, низколегированных сталей, алюминиевых сплавов, применяются в порошковых втулках тормозной рычажной передачи для локомотивов, вагонов, цистерн и другого подвижного состава, железных дорог и метрополитена.

При этом должна быть обеспечена работоспособность втулок при:

- удельной нагрузке от 2500 до 10000 кН/см ²,

- скорости скольжения от 0,1 до 4,0 м/сек,

- знакопеременной нагрузке от 25000 до 10000 кН, при скорости скольжения 0,02 м/сек,

- коэффициенте трения не более 0,1.

В процессе разработки предлагаемого изобретения было исследовано 20 композиций порошковых материалов на железной основе, содержащих до 30% молибдена, а также 5 композиций на основе порошковой меди с содержанием до 30% свинца и 10% олова.

Задачей настоящего изобретения является создание антифрикционного порошкового материала, обладающего свойствами, содержащего минимум или не содержащего дорогих, дефицитных, токсичных компонентов, не загрязняющих окружающую среду и не опасных для здоровья населения. Материал также должен обеспечивать безотходное массовое производство заготовок и деталей.

Решение этих проблем - создание антифрикционного порошкового материала на железной основе - достигается выбором соотношения таких компонентов, как медь, углерод, никель, сера, при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 0,3-3,0; углерод 0,04-3,0; никель 0,1-3,0; сера 0,5-2,0; железо остальное.

Наиболее лучшие результаты достигаются, если антифрикционный порошковый материал дополнительно содержит порошок молибдена или дисульфида молибдена в количестве 0,07-5,0 мас.%.

Указанные ингредиенты обеспечивают стабильные прочностные характеристики, износостойкость, малый коэффициент трения, отсутствие задиров и схватывания с материалом контртела в условиях граничной смазки или в отсутствие оной как в производстве, так и в условиях эксплуатации.

Основой предлагаемого антифрикционного материала является железо, входящее в состав порошков производства Российской Федерации марок:

ПЖРВ 2.200.24...30;

ПЖРВ 3.200.24...30;

ПЖРВ 4.200.24...30;

ПЖВ 2.160.24...30,

ПЖВ 3.160.24...30;

ПЖВ 4.160.24...30;

ПЖВ 5.160.24...30;

а также импортного производства фирм «Хоганес» - Швеция, «Манесманн» - Германия и других марок NC. 100.24, ANC 100.29 и смесей, готовых к прессованию.

Для обеспечения стабильных прочных характеристик, трибологических свойств антифрикционного порошкового материала на железной основе как в процессе безотходного массового производства, так и при эксплуатации он содержит медь, углерод, никель, серу компонентов, мас.%:

Медь 0,3-3,0

Углерод 0,04-3,0

Никель 0,1-3,0

Сера 0,2-2,0

Кроме того, материал дополнительно содержит порошок молибдена или дисульфида молибдена (MOS₂) в количестве 0,07-5 мас.%.

Для получения порошкового антифрикционного материала на железной основе используют:

- порошок меди, восстановленный и распыленный марок ПМС-1, ПМС-2, ПМР, ПМР-1, ПМА, ПМС-К, ПМС-Н;

- порошок графита марок ГК-1, ГК-2, ГК-3;

- порошок никеля марок ПНК-ОТ1, ПНК-ОТ2, ПНК-УТЗ, ПНЭ-1;

- порошок серы молотой;

- порошок молибденовый;

- порошок дисульфида молибдена марок ДМИ-1, ДМИ-7;

- концентрат молибдена марок КМФ-1, КМФ-2, КМФ-3, КМФ-4, КМФ-5.

Полученную смесь прессуют при температуре окружающей среды и давлении от 4 до 7 т/см² . Брикеты загружают в печь с защитной атмосферой и температурой 1000...1200°С.

Вышеприведенное соотношение компонентов и технологический процесс изготовления порошковых деталей из антифрикционного материала на железной основе с введением меди, углерода, никеля, серы, молибдена или дисульфида молибдена позволяет получить временное сопротивление материала при растяжении не менее 196 МПа (20 кг/мм²), твердость не менее 90 НВ, пористость не более 20%, при микроструктуре - перлит, сульфиды, графит и поры (допускается феррит до 40%, цементит до 15%).

Микроструктура материала и его механические свойства обеспечивают работоспособность деталей (втулки тормозной рычажной передачи для локомотивов, вагонов, цистерн и другого подвижного состава железных дорог и метрополитена) в условиях самосмазывания при:

- удельных нагрузках от 2500 до 10000 кН/см²

- скоростях скольжения от 0,01 до 4,0 м/сек

- знакопеременных нагрузках от 25000 до 100000 кН при скорости скольжения 0,02 м/сек.

При этом коэффициент трения не превышает 0,08.

Использование втулок из порошка снижает уровень шума, возможность схватывания материалов пары трения и обеспечивает надежность и долговечность состава в широком диапазоне нагрузок и скоростей.

Источники информации

1. Шпагин А.И. Антифрикционные сплавы. М., Металлургиздат, 1956.

2. Н.М.Рудницкий. Материалы автотранспортных подшипников скольжения. М., Машиностроение, 1965.

3. Н.А.Буше. Подшипниковые сплавы для подвижного состава. М., Транспорт, 1967.