Антифрикционный материал для поверхностей трения

 

Использование: область машиностроения, в частности при использовании гильз цилиндров двигателей и других узлов. Сущность изобретения: антифрикционный материал для поверхностей трения, включающий спеченые интерметаллиды меди с цинком и оловом, дополнительно содержит ультрадисперсный порошок алмаза при следующем соотношении компонентов, мас. % : CuZn 48 - 88; CuSn 0,5 - 3; CuZnSn 1,5 - 4; алмаз 5 - 50. 1 табл.

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно транспортному, и может быть использовано для изготовления гильз цилиндров двигателей и других узлов, износ которых связан с наличием в них трения.

Целью изобретения является повышение задиростойкости материала.

Антифрикционный материал, включающий спеченные интерметаллиды меди с цинком и оловом, дополнительно содержит ультрадисперсный порошок алмаза при следующем соотношении компонентов, мас. % : CuZn 48-88 CuSn 0,5-3 CuZnSn 1,5-4 Алмаз 5-50 Материал получают методом порошковой металлургии спеканием в водороде. Твердость материала составляет 30-50 НВ. Натирание рабочей поверхности, предварительно подвергнутой плосковершинному хонингованию брусками из этого материала, сопровождается заполнением им рельефа рабочей поверхности, что влечет за собой снижение коэффициента трения между гильзой и поршневым кольцом и, соответственно, к увеличению задиростойкости (более 110 с).

Таким образом, материал для антифрикционной обработки проявляет новое свойство - более высокую задиростойкость поверхностей трения. Это свойство обеспечивает повышение износостойкости гильз блока цилиндров двигателя с одновременным снижением расхода топлива на единицу мощности и снижение расхода масла на угар.

Если связка в абразивном инструменте должна обеспечивать прочное закрепление зерен алмаза и эффективно сопротивляться съему обрабатываемой деталью, то связка в антифрикционном материале должна обладать высокой пластичностью, пониженной твердостью, допускающей необходимый съем обрабатываемой деталью. Таким образом, по составу и свойствам связок для абразивного инструмента и для предлагаемого антифрикционного материала имеются существенные отличия. Имеются отличия и по составу используемых алмазных порошков, а именно - по их зернистости. При использовании данного материала повышается задиростойкость и связанное с ним увеличение износостойкости рабочей поверхности двигателя внутреннего сгорания, что в конечном итоге позволяет повысить моторесурс двигателя, снизить процент выхода из строя двигателей из-за задира, снизить расход топлива и масла на угар, сократить период обкатки двигателя, или, при соответствующей антифрикционной обработке всех пар трения в двигателе, исключить обкатку двигателя как необходимое условие долговечности его работы.

Антифрикционные бруски из материала по изобретению изготовлялись методом порошковой металлургии. Для изготовления брусков приготавливалась смесь из следующих порошковых компонентов: меди, цинка, олова и алмаза в количествах, обеспечивающих получение указанных ингредиентов в заявленных пределах. Состав для связки (медь, цинк, олово) брался в соответствии с прототипом. Смешав, этот состав с ультрадисперсным порошком алмаза прессовали, затем спекали антифрикционные бруски. Изготавливались бруски с различным соотношением алмаза и связующей шихты. После спекания антифрикционный материал состоял из связки из интерметаллидов меди с цинком и оловом и алмаза. Было изготовлено 7 партий брусков, отличающихся соотношением алмаза и связи. Пять составов из смеси соответствовали описываемым пределам. Остальные отклонялись по количеству алмаза за максимальный и минимальные заявляемые пределы. Спеченные антифрикционные бруски использовались при натирании гильз блока цилиндров двигателя СМД-31 на хонинговальном станке модели ЭМ83. После обработки гильзы испытывались на машине трения СМЦ-2. Задиростойкость определялась временем до задира. По существующей методике признаком задира является достижение контактной температуры в области контакта ролика машины и испытываемой детали (гильза ДВС), значения, характерного для задира и образования лунки (выработки) в теле испытываемой детали. По глубине лунки судят об интенсивности износа и о коэффициенте трения. Для ряда составов заявляемого антифрикционного материала, использованного для натирания рабочей поверхности гильзы ДВС, соответствующих заявляемым пределам, при испытаниях не обнаружились лунки износа на испытываемой рабочей поверхности гильзы даже при достижении контактной температуры, соответствующей задиру на прототипе. Контактная температура развивается от длительного трения ролика об испытываемую деталь. После снижения температуры повторное испытание (без изменения области контакта ролика и гильзы) повторяет предыдущий результат, что невозможно в случае возникновения задира с появлением лунки выработки. Отсутствие лунки задира затрудняет измерение скорости износа и соответственно коэффициента трения, к тому же время до задира, определяемое только по одному признаку - по контактной температуре, не является истинным временем до задира. В связи с этим сравнение результатов испытания гильз, обработанных заявляемым материалов и по прототипу в настоящее время возможно по одному параметру - задиростойкости, если принять условно за время до задира время развития контактной температуры, соответствующей задиру по прототипу. Такое сравнение правомерно в связи с тем, что действительное время до задира рабочей поверхности, обработанной заявляемым материалом, больше, чем указанное условное время до задира.

Результаты испытаний приведены в таблице. Как видно из таблицы, задиростойкость, превышающую задиростойкость по прототипу, обеспечивают составы NN 2-6, причем на составах NN 3-4 измерено лишь условное время до задира (т. е. без образования лунки выработки). Состав N 6 обеспечивает задиростойкость в 90 с, снижение в этом случае задиростойкости связано с повышенной хрупкостью антифрикционного материала и, соответственно, с ухудшением заполнения рельефа обрабатываемой поверхности и снижением адгезии к этой поверхности. Дальнейшее увеличение содержания алмаза приводит к резкому повышению хрупкости антифрикционного материала, что влечет за собой осыпание антифрикционного материала при обработке поверхности гильзы и ухудшение заполнения рельефа. Состав N 2 обеспечивает время до задира равным 85 с. Снижение задиростойкости здесь связано с увеличением коэффициента трения. Дальнейшее резкое уменьшение задиростойкости (состав N 1) связано с уменьшением антифрикционной компоненты и ограниченной адгезией антифрикционного материала с обрабатываемой поверхностью. В этом случае время до задира определяется временем удаления антифрикционного материала из области контакта трущихся поверхностей в связи с увеличением коэффициента трения. Составы NN 3-4 обеспечивают увеличение задиростойкости не менее чем в 1,8 раза по сравнению с прототипом. Отсутствие лунки выработки при этих составах антифрикционного материала позволяет сделать вывод о том, что обкатка двигателя с цилиндрами, обработанными указанным составом, не является необходимой.

Зернистость алмаза выбрана из тех соображений, что ультрадисперсные порошки алмаза вызывают полирующее действие на трущиеся поверхности, что влечет за собой снижение коэффициента трения. Заключение ультрадисперсного порошка алмаза в твердую связку предотвращает комкование алмазного порошка.

Использование порошков с зернистостью выше заявляемой приводит к ускорению износа трущихся поверхностей тем большего, чем больше размер зерен. Низкий предел размеров зерен алмаза не определен, так как не определены минимально возможные размеры кластеров, которые можно считать алмазами. Уменьшение размеров зерен алмаза снижает скорость износа трущихся поверхностей и уменьшает коэффициент трения, приближая его к коэффициенту трения для алмаза. (56) Сборник трудов международной научной конференции "Трение, износ и смазочные материалы". Ташкент, 22-26 мая 1985 г. , АН СССР, изд. "Фан", Узбекская ССР, 1985, т. 3, ч. , 2, с. 102-104.

Формула изобретения

АНТИФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ, включающий спеченные интерметаллиды меди с цинком и оловом, отличающийся тем, что, с целью повышения задиростойкости, материал дополнительно содержит ультрадисперсный порошок алмаза при следующем соотношении компонентов, мас. % : CuZn 48 - 88 CuSn 5,0 - 3 CuZnSn 1,5 - 4 Алмаз 5 - 50

РИСУНКИ

Рисунок 1