Спеченный фрикционный материал на основе меди

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным фрикционным материалам, предназначенным для работы в узлах трения без смазки. Спеченный материал на основе меди содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: олово 5-9, титан 4-9, железо 6-8, графит 4-7, свинец 3-6, ильменит 6-10, медь - остальное. Технической задачей изобретения является снижение износа фрикционных изделий и уменьшение зависимости коэффициента трения от нагрузки. 1 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным фрикционным материалам, предназначенным для работы в узлах трения механизмов машин в условиях трения без смазки.

Большой объем фрикционных материалов для условий сухого трения занимают материалы, где в качестве связующего вещества используются синтетические смолы (фенолформальдегидные, меламиновые, фуретановые и т.д.) с различными наполнителями (металлические порошки и стружка, металлические и керамические волокна).

Материалы на основе органических смол имеют один общий недостаток: при нагреве, вызванном какими-либо причинами, происходит обугливание поверхности фрикционного изделия, вызывающее резкое падение коэффициента трения.

Поэтому данные изделия используются для легких и средних условий работы, где температура на поверхности трения не превысит температуру разложения органического связующего.

Известны также материалы на основе железа, где в качестве фрикционных добавок используются карбиды и нитриды металлов, окислы металлов и неметаллов, дисульфид молибдена, сернокислое железо и т.д. [Федорченко И.М. Современные фрикционные материалы /И.М. Федорченко. В.М. Крячек, И.И. Панаиоти/ К. Наукова думка, 1975. - 209 с.].

Недостатками фрикционных материалов на основе железа являются большие энергозатраты при производстве за счет высоких температур спекания и длительности спекания, нестабильность коэффициента трения в зависимости от нагрузки.

Известны так же материалы на основе меди, легированные оловом или алюминием с добавками фрикционных компонентов и твердых смазок.

Недостатками данных материалов является значительный износ при повышенных нагрузках.

Известен фрикционный материал на основе меди, имеющий следующий состав-прототип (вес. %): олово - 8-10; графит - 6-8; свинец - 7-9; железо - 3-5; медь - остальное. Недостатками данного материала являются повышенный износ и зависимость коэффициента трения от нагрузки.

Технической задачей, которую решает предлагаемое изобретение, является снижение износа и уменьшение зависимости коэффициента трения от нагрузки. Поставленная задача решается тем, что материал на основе меди, содержащий олово, графит, железо, свинец, дополнительно содержит порошок титана и ильменита (FeTiO₃) при следующем соотношении компонентов (масс. доли %): олово -5-9; титан - 4-8; железо - 6-8; графит - 4-7; свинец - 3-6; ильменит - 6-10; медь - остальное.

Использование порошка титана в предлагаемом материале приводит к увеличению прочности материала за счет дополнительного легирования меди титаном, а введение ильменита повышает и стабилизирует коэффициент трения, т.к. ильменит является фрикционной добавкой, прочно связанной с несущей матрицей. Прочная связь ильменита с матрицей достигается тем, что часть титана диффузирует в медь с образованием твердого раствора медь-титан, а часть титана соединяется с ильменитом, восстанавливая окись железа, и диффузирует в него, чем обеспечивается прочная связь композиции медь-титан-ильменит.

Увеличение содержания титана свыше 8% не приводит к повышению необходимых характеристик, но увеличивает стоимость изделия, поэтому введение в композицию 4-8% является оправданным.

Увеличение содержания ильменита свыше 10% приводит к разупрочнению материала и снижению износостойкости из-за плохой связи с матрицей. Уменьшение содержания ильменита ниже 7% приводит к снижению коэффициента трения, что связано с уменьшением плотности фрикционной составляющей в поверхностном слое материала, соприкасающейся с сопрягаемой поверхностью при трении.

По своим триботехническим характеристикам предлагаемый спеченный материал имеет более низкий износ по сравнению с прототипом, и коэффициент трения изменяется в гораздо меньшей степени в зависимости от прикладываемой нагрузки в процессе работы.

Пример конкретного выполнения, исходные порошки (вес %):

медь - 66,0

олово - 6,0

титан - 5,0

графит - 4,0

свинец - 3,0

ильменит - 8,0

железо - 8,0

Смешиваем в течение 1 часа в лопастном смесителе, затем образцы из полученной порошковой шихты прессовали в пресс-форме при усилии 20 кН/см² и полученные прессовки припекали к стальным каркасам при температуре 810°С под нагрузкой 10 кг/см² в среде защитного газа (эндогаз) в течение 2-х часов.

Спеченные образцы испытывали на инерционном стенде ИМ-58 при скорости скольжения 10 м/с и различных усилиях сжатия. Образцы из известного материала испытывали при аналогичных условиях.

Контртелом при испытаниях служили неподвижные образцы из стали 45 с твердостью 35-37 HRC.

Результаты испытаний представлены в таблице 1

Как видно из проведенных испытаний, трибологические характеристики предлагаемого материала значительно выше, чем у известного материала.

В настоящее время осуществляются поставки изделий из данного материала для редуктора стрелочного электропривода на железной дороге. Заказчик СП ОАО «ГЭТЗ» г. Гомель.

Спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий олово, графит, железо и свинец, отличающийся тем, что дополнительно содержит титан и ильменит при следующем соотношении компонентов (вес %):

олово	5-9
титан	4-8
железо	6-8
графит	4-7
свинец	3-6
ильменит	6-10
медь	остальное