Спеченный антифрикционный материал на основе железа

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным антифрикционным материалам, предназначенным для изготовления деталей, используемых в узлах трения при ограниченной подаче смазки. Антифрикционный материал на основе железа имеет следующий состав, вес.%: хром 1,07-1,44, углерод 1,00-3,00, кремний 0,27-0,67, марганец 0,46-0,77, медь 3,00-8,00, железо - остальное. Использование изобретения позволяет повысить физико-механические и триботехнические свойства материала. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным антифрикционным материалам на основе железа, предназначенным для изготовления деталей, используемых в узлах трения при ограниченной подаче смазки.

При разработке спеченных антифрикционных материалов решаются, как правило, задачи повышения механических и триботехнических свойств. Для спеченных материалов на основе железа при заданных значениях пористости решить задачу повышения механических свойств можно за счет легирования [1, 2]основными легирующими элементами являются молибден и никель. В последнее время наметились и практически реализуются тенденции замены дефицитных и дорогостоящих указанных легирующих элементов хромом, кремнием, марганцем.

Известен хромсодержащий антифрикционный материал на основе железа [3] следующего состава, вес. хром 2-4, углерод 2-4, медь 1,5-2,5, дисульфид молибдена 4-6, железо остальное. Однако материал имеет низкие механические свойства.

Близким по легирующим элементам (хром, кремний, марганец, медь, углерод) является антифрикционный материал на основе железа [4] имеющий высокие антифрикционные и механические свойства. Однако материал предназначен для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения без подачи смазки, детали изготавливаются горячим прессованием и имеют плотность не менее 98,5% Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является спеченный антифрикционный материал на основе железа [5] следующего состава, вес. хром 1,5, углерод 0,8-1,5, кремний 0,1-0,4, марганец 0,03-0,2, железо остальное. Недостатками указанного материала являются низкий предел прочности и повышенный износ.

Целью изобретения является повышение физико-механических и триботехнических свойств спеченного, антифрикционного материала на основе железа.

Для достижения поставленной цели спеченный антифрикционный материал на основе железа, содержащий хром, углерод, кремний, марганец, дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, вес.

Хром 1,07-1,44 Углерод 1,00-3,00 Кремний 0,27-0,67 Марганец 0,46-0,77 Медь 3,00-8,00 Железо Остальное Для реализации указанной цели выбран порошок хромсодержащей подшипниковой стали ШХ15СГ, в качестве твердой смазки взят порошок графита карандашного ГК-2, ГОСТ 4404-78. В качестве связующего компонента, который повышает твердость, прочность материала, улучшает его структуру, предотвращает образование цементита, взята медь [2,6] электротехническая ПМ ГОСТ 4960-75. При содержании меди менее 3,0% не обеспечивается нужный уровень механических свойств, при содержании меди более 8,0% существенно снижается износостойкость спеченного материала при трении с нагрузкой порядка 10 МПа. Границы содержания углерода в предлагаемом материале определяются следующими факторами: при содержании углерода менее 1,0% существенно повышается коэффициент трения, увеличивается износ спеченного материала при работе в паре с закаленной Ст 45, при содержании углерода свыше 3,0% резко снижаются прочностные характеристики спеченного антифрикционного материала. Порошок стали ШХ15СГ, полученный переработкой шлифовальных шламовых отходов подшипникового производства, имеет следующий химический состав легирующих элементов, вес. углерод 0,2-0,3, хром 1,2-1,5, марганец 0,5-0,8, кремний 0,3-0,7. Легирующие элементы хром, кремний, марганец позволяют получить более однородную структуру антифрикционного материала, снизить энергозатраты при спекании. Улучшению структуры спеченного материала способствует и исходная форма частиц порошка стали ШХ15СГ (тонкодисперсные частицы пальчиковой формы, получающиеся в результате измельчения исходной металлической фракции и имеющие микронные размеры в поперечном сечении). Повышенное содержание кремния и марганца (по сравнению с прототипом) позволяет улучшить физико-механические свойства спеченного материала, особенно после термообработки (закалка+отпуск).

Предлагаемый материал предназначен для изготовления антифрикционных втулок, шарниров, работающих в условиях средних и высоких контактных нагрузок в условиях ограниченной подачи смазки. Немаловажное значение для таких деталей имеют предельно допустимые нагрузки. Как видно из данных, приведенных в таблице, износ предлагаемого материала при нагрузке 10 МПа и скорости скольжения 1 м/с составляет величину на порядок меньшую, чем износ спеченного материала по ТУ 32 ЦВ2031-89,и в 2-6 раз меньшую, чем износ спеченного материала по прототипу. Предлагаемый материал испытан в виде втулок шарнирных соединений тормозной рычажной передачи железнодорожных вагонов. Стандартные втулки по ТУ 32ЦВ2031-89 [7] изготавливаются из порошка железа с добавками углерода, меди, никеля, молибдена (дисульфид молибдена), серы. По результатам испытаний износостойкость втулок из предлагаемого материала превышает износостойкость стандартных втулок в 8-10 раз. Соответствующий акт испытаний имеется.

В таблице приведены характеристики спеченных антифрикционных материалов (предлагаемого, прототипа и по ТУ 32ЦВ2031-89).

Пример конкретного выполнения. Для получения спеченного антифрикционного материала на основе железа готовили смеси порошков: стали ШХ15СГ, меди электротехнической ПМ, графита карандашного ГК-2, указанных в таблице. Полученная смесь прессуется при давлении 700 МПа, прессовки в виде втулок внешним диаметром 40 мм, внутренним диаметром 30 мм, высотой 15 мм спекаются в атмосфере диссоциированного аммиака при 1150^oC, время спекания 90 мин. Спеченные заготовки пористости 18-20% пропитываются маслом И-40 (помещаются в контейнер с маслом,подогретым до 100^oC,на 2 ч). Масловпитываемость составляет 2,0% Измерение прочностных и триботехнических характеристик производилось на следующем оборудовании: Коэффициент трения на машине трения УМТ-1, Твердость на приборе Виккерса ТП-7Р-1,
Предел прочности на установке Instron
Источники информации:
1. Зозуля В. Д. Эксплуатационные свойства порошковых подшипников. Киев, Наукова Думка, 1989. с. 283.

2. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения. Справочник. Киев, Наукова Думка, 1985.

3.Авторское свидетельство N 263161, C 22 C 33/02, 1961.

4.Авторское свидетельство N 1671724, C 22 C 33/02, 38/44, Бюл. N 31.

5.Патент Японии N 49-372324.

6. Федорченко И. М. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. Киев, Наукова Думка, 1981.

7.Втулка из порошкового легированного материала. ТУ 32ЦВ2031-89.

Формула изобретения

Спеченный антифрикционный материал на основе железа, содержащий хром, углерод, кремний, марганец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.

Хром 1,07 1,44
Углерод 1,00 3,00
Кремний 0,27 0,67
Марганец 0,46 0,77
Медь 3,00 8,00
Железо Остальное6

РИСУНКИ

Рисунок 1