Порошковый композиционный самосмазывающийся материал
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным материалам. Может применяться в металлоперерабатывающей, бумагоперерабатывающей промышленности и др. Предложен порошковый композиционный самосмазывающийся материал, содержащий гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного свинца крупностью 50-160 мкм в количестве 5-7 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного свинца 20-30 мас.% и медный порошок крупностью 100-160 мкм. Техническим результатом является повышение прочности при растяжении, уменьшение коэффициента трения и увеличение срока службы. 2 табл.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным материалам, и может быть использовано в качестве износостойких антифрикционных материалов в металлоперерабатывающей, бумагоперерабатывающей промышленности и других отраслях машиностроения.
Известны композиционные меднографитовые материалы, содержащие порошок меди и графита в количествах от нескольких до 75% (Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. - Киев: Наук. Думка, 1980, с.237).
Недостатками таких материалов являются низкий срок службы и невысокая прочность при растяжении.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому результату является порошковый антифрикционный материал для узлов трения, включающий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 100-160 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.% и гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%. (Патент РБ 2320, МПК В 22 F 1/02, С 22 С 9/00, 1998 (прототип), (опубл.)).
Недостатками известного материала являются высокий коэффициент трения и низкая прочность при растяжении, а также невысокий срок службы. Задача изобретения состоит в уменьшении коэффициента трения и повышении прочности при растяжении материала, а также увеличении срока службы материала в узлах трения.
Поставленная задача решается тем, что порошковый композиционный самосмазывающийся материал, содержащий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.% и гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, дополнительно содержит гранулы омедненного свинца крупностью 50-160 мкм в количестве 5-7 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного свинца 20-30 мас.%.
Сущность изобретения состоит в следующем. В процессе получения методом спекания порошкового композиционного материала образуются поры, которые являются своеобразными концентраторами напряжений. Использование гранул омедненного свинца, который по сравнению с медной матрицей является более легкоплавким и пластичным металлом, крупностью 50-160 мкм в количестве 5-7 мас.% позволяет уменьшить пористость порошкового материала и образовать более стабильную сетчатую структуру композиции, а увеличение числа металлических контактов порошковой матрицы в присутствии пластичного металла позволяет повысить прочность порошковой композиции при растяжении. При этом в процессе фрикционного взаимодействия улучшается теплоотвод из зоны трения, что способствует наиболее полной реализиции антифрикционных свойств полимера и приводит к снижению и стабилизации коэффициента трения порошкового композиционного материала в режиме самосмазывания, а также повышению срока службы.
При использовании гранул омедненного свинца менее 50 мкм и их содержании в композиции менее 5 мас.% наблюдается менее стабильная сетчатая структура материала. При этом увеличивается количество пор и пустот, уменьшается площадь контактных площадок между металлом матрицы и наполнителей. В результате не реализуются свойства свинца по пластифицированию порошковой композиционной системы и уменьшается теплоотвод из зоны трения, что приводит к снижению прочности при растяжении и увеличению коэффициента трения.
Если размер гранул омедненного свинца более 160 мкм при содержании более 7 масс.% происходит перенасыщение порошкового композиционного материала свинцом, что приводит к значительному уменьшению количества прочных металлических контактов медь-медь и обволакиванию свинцом гранул омедненного полимера и омедненного графита, вследствие чего не реализуются в полной мере свойства графита и полимера как антифрикционных наполнителей. В результате снижается прочность порошкового композиционного материала при растяжении, повышается коэффициент трения, уменьшается его срок службы.
Для иллюстрации изобретения в табл.1 приведены составы порошковых композиционных самосмазывающихся материалов, а в табл.2 - их сравнительные свойства.
Составляющими компонентами материалов явились медный порошок марки ПМС-В ГОСТ 4960-75, гранулы графита марки ГМП, гранулы политетрафторэтилена ГОСТ 1007-72, гранулы порошка никеля ГОСТ 9722-79, гранулы свинца марки С2 ГОСТ 3778-77, омедненные химическим способом.
Материалы получали методом электроконтактного спекания порошковых износостойких композиций в специальной пресс-форме на установке для электроконтактного спекания при следующих показателях технологического процесса: усилие прижатия электродов, Н, 9500,
ток, кА, 17-19.
Испытания проводили в ИММС им. В.А.Белого НАН Б на машине СМЦ-2 трением скольжения по схеме "вал-частичный вкладыш" при нагрузке 100 кПа и скорости 1 м/с. Материалом контртела служила сталь 45 твердостью 44 HRC, шероховатость поверхности Ra =0,63 мкм. Прочность при растяжении определяли на машине ЦД 10/90 по ГОСТ 1497-73.
Как следует из приведенных данных, заявляемый порошковый композиционный самосмазывающийся материал, по сравнению с известным, характеризуется повышенной прочностью при растяжении и уменьшенным коэффициентом трения, а также увеличенным сроком службы.
Из заявляемого порошкового износостойкого материала были изготовлены подшипники для узлов трения технологического оборудования ОАО "Гомельобои". Натурные испытания подтвердили высокую эффективность заявляемого материала. Срок службы и время межремонтного обслуживания узлов трения увеличились в 1,4-1,45 раза. 
Формула изобретения
Порошковый композиционный самосмазывающийся материал, содержащий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 маc.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 маc.% и гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 маc.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 маc.%, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гранулы омедненного свинца крупностью 50-160 мкм в количестве 5-7 маc.% при содержании меди в гранулах омедненного свинца 20-30 маc.%.
