Композиционный порошковый материал для узлов трения
Владельцы патента RU 2245386:
Открытое акционерное общество "Гомельобои" (BY)
Частное унитарное предприятие "Центр научно-технических услуг "Техмаш" (BY)
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 никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.%, гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.% и медный порошок крупностью 100-160 мкм. Техническим результатом является повышение твердости матрицы, износостойкости 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 порошковые медно-графитовые 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 износостойкость.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому результату является порошковый износостойкий материал для узлов трения, включающий 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.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.% и гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.% [Патент РБ 3816, МПК С 22 С 9/00, С 22 С 1/05, 2001 (прототип)].
Недостатками известного материала являются низкие износостойкость и твердость порошковой матрицы, а также невысокий срок службы. Задача изобретения состоит в повышении износостойкости материала и твердости порошковой матрицы, а также увеличении срока службы материала в узлах трения.
Поставленная задача решается тем, что композиционный порошковый 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.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.% и гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.%, дополнительно содержит гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.%.
Сущность изобретения состоит в следующем. Использование гранул омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% позволяет наиболее равномерно в максимальной степени заполнить свободное межчастичное пространство в порошковой матрице, не перекрывая поверхности остальных гранул наполнителей. При этом увеличивается площадь и число межчастичных контактов, что обеспечивает уменьшение количества вынесенных из зоны трения частиц и, соответственно, повышение износостойкости композиционного порошкового материала. Использование указанных гранул омедненного хрома, который является наиболее твердым из наполнителей, позволяет повысить твердость как порошковой матрицы, так и композиционного материала. В результате увеличивается срок службы материала в узлах трения, особенно при воздействии высоких давлений.
Если размер гранул омедненного хрома менее 25 мкм, а их содержание в композиции менее 6 мас.%, уменьшается площадь и число межчастичных контактов, увеличивается площадь свободного межчастичного пространства композита. В результате снижается износостойкость и твердость материала, а также уменьшается его срок службы в узлах трения.
Если размер гранул омедненного хрома более 75 мкм, а их содержание более 8 мас.%, происходит ухудшение эксплуатационных характеристик композиционного порошкового материала за счет того, что гранулы омедненного хрома перекрывают поверхности остальных гранул наполнителей, не давая им реализовать свои антифрикционные свойства в режиме самосмазывания. При этом повышается износ материала и уменьшается его срок службы в узлах трения.
Для иллюстрации изобретения в табл.1 приведены составы композиционных порошковых 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 и гранулы порошка хрома, омедненные химическим способом.
Материалы получали методом спекания порошковых 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 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. Микротвердость порошковой матрицы определяли на приборе ПМТ-3 по ГОСТ 9450-76.
| Таблица 2 | |||
| Номера составов композиционных порошковых материалов | Характеристики композиционных порошковых материалов | ||
| Срок службы в узлах трения оборудования, ч | Микротвердость порошковой матрицы, МПа | Интенсивность изнашивания, мг/ч | |
| По прототипу | 316 | 760 | 0,52 |
| 1 | 332 | 790 | 0,5 |
| 2 | 344 | 795 | 0,5 |
| 3 | 350 | 795 | 0,49 |
| 4 | 357 | 800 | 0,49 |
| 5 | 365 | 805 | 0,47 |
| 6 | 368 | 810 | 0,46 |
| 7 | 366 | 810 | 0,47 |
| 8 | 353 | 800 | 0,48 |
| 9 | 343 | 795 | 0,49 |
| 10 | 330 | 790 | 0,5 |
| 11 | 202 | 715 | 0,91 |
| 12 | 68 | 700 | 6,9 |
| Примечание: Для определения характеристик были испытаны по 5 образцов | |||
| из каждого композиционного порошкового материала | |||
| и проведена статистическая обработка результатов испытаний. |
Как следует из приведенных данных, заявляемый композиционный порошковый материал по сравнению с известным характеризуется повышенной твердостью и износостойкостью, 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 1,15-1,2 раза.
Композиционный порошковый материал для узлов трения, 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.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 маc.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 маc.%, и гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 маc.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 маc.%, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 маc.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 маc.%.
