САМОСМАЗЫВАЮЩИЙСЯ МАТЕРИАЛ ДЛЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК C22C9/00 C22C1/05 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным самосмазывающимся 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 композиционный самосмазывающийся материал, 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.%, 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 свинца крупностью 50-160 мкм в количестве 5-7 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного свинца 20-30 мас.% [Патент РФ 2243277, МПК С 22 С 9/00, 1/05, 2004 (прототип), (опубл.)].

Недостатками известного материала являются недостаточно низкий 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 самосмазывающийся материал для узлов трения, 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 свинца крупностью 50-160 мкм в количестве 5-7 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного свинца 20-30 мас.%, дополнительно содержит гранулы омедненного олова крупностью 20-40 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного олова 10-20 мас.%.

Сущность изобретения состоит в следующем. В процессе получения методом спекания порошкового композиционного материала образуются поры, которые являются своеобразными концентраторами напряжений. Использование гранул омедненного олова, который является легкоплавким и пластичным металлом, крупностью 20-40 мкм в количестве 3-5 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 реализации 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 олова менее 20 мкм и их содержании в композиции менее 3 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 олова 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 олова более 40 мкм при содержании более 5 мас.% происходит перенасыщение порошкового композиционного материала оловом, что приводит к значительному уменьшению количества прочных металлических контактов медь-медь и обволакиванию оловом 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 самосмазывающихся материалов для узлов трения, а в табл.2 - их сравнительные свойства.

Таблица 2Номера составов самосмазывающихся материалов для узлов тренияХарактеристики самосмазывающихся материалов для узлов тренияСрок службы в узлах трения оборудования, чКоэффициент трения на установившемся режимеРазрушающее напряжение при растяжении, МПаПо прототипу3480,0547-5013690,04850-5323750,04855-6033800,04560-6343860,04560-6553940,0465-7063970,0466-7073950,0465-7083810,04560-6593700,04857-60103640,04853-55113520,0825-3012730,167-10Примечание: Для определения характеристик были испытаны по 5 образцов покрытий из каждого порошкового композиционного самосмазывающегося материала и проведена статистическая обработка результатов испытаний.

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 олова и гранулы свинца марки С2 ГОСТ 3778-77, омедненные химическим способом.

Материалы получали методом спекания порошковых композиций в специальной пресс-форме на установке при следующих показателях технологического процесса:

усилие прижатия электродов, Н9500ток, кА17-19

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 R_a=0,63 мкм. Прочность при растяжении определяли на машине ЦД 10/90 по ГОСТ 1497-73.

Как следует из приведенных данных, заявляемый самосмазывающийся материал для узлов трения, по сравнению с известным, характеризуется повышенной прочностью при растяжении и уменьшенным коэффициентом трения, а также увеличенным сроком службы.

Из заявляемого самосмазывающегося 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 1,1-1,15 раза.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к композиционным самосмазывающимся материалам на основе меди. Может использоваться в качестве износостойких антифрикционных материалов в металлоперерабатывающей, бумагоперерабатывающей промышленности и др. Самосмазывающийся материал для узлов трения получен спеканием порошковой композиции, содержащей 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.%, гранулы омедненного свинца крупностью 50-160 мкм в количестве 5-7 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного свинца 20-30 мас.% и гранулы омедненного олова крупностью 20-40 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного олова 10-20 мас.%. Техническим результатом является уменьшение коэффициента трения, повышение прочности при растяжении, увеличение срока службы материала в узлах трения. 2 табл.

Порошковый композиционный самосмазывающийся материал для узлов трения, полученный спеканием порошковой композиции, содержащей 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 свинца крупностью 50-160 мкм в количестве 5-7 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного свинца 20-30 мас.%, отличающийся тем, что порошковая композиция дополнительно содержит гранулы омедненного олова крупностью 20-40 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного олова 10-20 мас.%.