АНТИФРИКЦИОННЫЙ ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2006 года по МПК F16N15/00 C22C33/02 

Изобретение относится к области триботехнического материаловедения и смазке твердых тел, в частности к узлам, деталям машин и механизмов, работающих в условиях сухого, граничного и жидкостного трения, предназначенных для торцевых уплотнительных колец, подшипников скольжения и порошковых втулок тормозной рычажной передачи для локомотивов, вагонов, цистерн подвижного состава железных дорог и метрополитена.

Известно большое количество антифрикционных металлических, в том числе порошковых, материалов на основе меди, алюминия, железа и т.д. [1, 2, 3].

Эти материалы работоспособны в узлах трения или сравнительно невысоких температурах и удельных давлениях. При повышении температуры или нарушениях жидкостного трения работоспособность их резко ухудшается, что сопровождается увеличением коэффициента трения, схватыванием с материалом контртела и разрушением узла трения.

Повышения работоспособности и трибологических свойств узлов трения возможно достичь применением порошковых композиций на основе железа. Такие материалы, работающие как антифрикционные, самосмазывающиеся, взамен бронз, чугунов, низколегированных сталей, алюминиевых сплавов, применяются в порошковых втулках тормозной рычажной передачи для локомотивов, вагонов, цистерн и другого подвижного состава, железных дорог и метрополитена.

При этом должна быть обеспечена работоспособность втулок при:

- удельной нагрузке от 2500 до 10000 кН/см²,

- скорости скольжения от 0,1 до 4,0 м/сек,

- знакопеременной нагрузке от 25000 до 10000 кН, при скорости скольжения 0,02 м/сек,

- коэффициенте трения не более 0,1.

В процессе разработки предлагаемого изобретения было исследовано 20 композиций порошковых материалов на железной основе, содержащих до 30% молибдена, а также 5 композиций на основе порошковой меди с содержанием до 30% свинца и 10% олова.

Задачей настоящего изобретения является создание антифрикционного порошкового материала, обладающего свойствами, содержащего минимум или не содержащего дорогих, дефицитных, токсичных компонентов, не загрязняющих окружающую среду и не опасных для здоровья населения. Материал также должен обеспечивать безотходное массовое производство заготовок и деталей.

Решение этих проблем - создание антифрикционного порошкового материала на железной основе - достигается выбором соотношения таких компонентов, как медь, углерод, никель, сера, при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 0,3-3,0; углерод 0,04-3,0; никель 0,1-3,0; сера 0,5-2,0; железо остальное.

Наиболее лучшие результаты достигаются, если антифрикционный порошковый материал дополнительно содержит порошок молибдена или дисульфида молибдена в количестве 0,07-5,0 мас.%.

Указанные ингредиенты обеспечивают стабильные прочностные характеристики, износостойкость, малый коэффициент трения, отсутствие задиров и схватывания с материалом контртела в условиях граничной смазки или в отсутствие оной как в производстве, так и в условиях эксплуатации.

Основой предлагаемого антифрикционного материала является железо, входящее в состав порошков производства Российской Федерации марок:

ПЖРВ 2.200.24...30;

ПЖРВ 3.200.24...30;

ПЖРВ 4.200.24...30;

ПЖВ 2.160.24...30,

ПЖВ 3.160.24...30;

ПЖВ 4.160.24...30;

ПЖВ 5.160.24...30;

а также импортного производства фирм «Хоганес» - Швеция, «Манесманн» - Германия и других марок NC. 100.24, ANC 100.29 и смесей, готовых к прессованию.

Для обеспечения стабильных прочных характеристик, трибологических свойств антифрикционного порошкового материала на железной основе как в процессе безотходного массового производства, так и при эксплуатации он содержит медь, углерод, никель, серу компонентов, мас.%:

Медь 0,3-3,0

Углерод 0,04-3,0

Никель 0,1-3,0

Сера 0,2-2,0

Кроме того, материал дополнительно содержит порошок молибдена или дисульфида молибдена (MOS₂) в количестве 0,07-5 мас.%.

Для получения порошкового антифрикционного материала на железной основе используют:

- порошок меди, восстановленный и распыленный марок ПМС-1, ПМС-2, ПМР, ПМР-1, ПМА, ПМС-К, ПМС-Н;

- порошок графита марок ГК-1, ГК-2, ГК-3;

- порошок никеля марок ПНК-ОТ1, ПНК-ОТ2, ПНК-УТЗ, ПНЭ-1;

- порошок серы молотой;

- порошок молибденовый;

- порошок дисульфида молибдена марок ДМИ-1, ДМИ-7;

- концентрат молибдена марок КМФ-1, КМФ-2, КМФ-3, КМФ-4, КМФ-5.

Полученную смесь прессуют при температуре окружающей среды и давлении от 4 до 7 т/см². Брикеты загружают в печь с защитной атмосферой и температурой 1000...1200°С.

Вышеприведенное соотношение компонентов и технологический процесс изготовления порошковых деталей из антифрикционного материала на железной основе с введением меди, углерода, никеля, серы, молибдена или дисульфида молибдена позволяет получить временное сопротивление материала при растяжении не менее 196 МПа (20 кг/мм²), твердость не менее 90 НВ, пористость не более 20%, при микроструктуре - перлит, сульфиды, графит и поры (допускается феррит до 40%, цементит до 15%).

Микроструктура материала и его механические свойства обеспечивают работоспособность деталей (втулки тормозной рычажной передачи для локомотивов, вагонов, цистерн и другого подвижного состава железных дорог и метрополитена) в условиях самосмазывания при:

- удельных нагрузках от 2500 до 10000 кН/см²

- скоростях скольжения от 0,01 до 4,0 м/сек

- знакопеременных нагрузках от 25000 до 100000 кН при скорости скольжения 0,02 м/сек.

При этом коэффициент трения не превышает 0,08.

Использование втулок из порошка снижает уровень шума, возможность схватывания материалов пары трения и обеспечивает надежность и долговечность состава в широком диапазоне нагрузок и скоростей.

Источники информации

1. Шпагин А.И. Антифрикционные сплавы. М., Металлургиздат, 1956.

2. Н.М.Рудницкий. Материалы автотранспортных подшипников скольжения. М., Машиностроение, 1965.

3. Н.А.Буше. Подшипниковые сплавы для подвижного состава. М., Транспорт, 1967.

Антифрикционный порошковый материал предназначен для торцевых уплотнительных колец, подшипников скольжения и порошковых втулок тормозной рычажной передачи для локомотивов, вагонов, цистерн подвижного состава железных дорог и метрополитена. Антифрикционный порошковый материал на железной основе содержит медь, углерод, никель, серу при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 0,3-3; углерод 0,04-3; никель 0,1-3; сера 0,2-2; железо остальное. Кроме того, антифрикционный порошковый материал может дополнительно содержать порошок молибдена или дисульфида молибдена в количестве 0,07-5,0 мас.%. Технический результат - использование втулок из порошка снижает уровень шума, возможность схватывания материалов пары трения и обеспечивает надежность и долговечность состава в широком диапазоне нагрузок и скоростей. 1 з.п. ф-лы.

1. Антифрикционный порошковый материал на железной основе, отличающийся тем, что содержит медь, углерод, никель, серу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Медь0,3-3Углерод0,04-3Никель0,1-3Сера0,2-2ЖелезоОстальное