Спеченный порошковый фрикционный материал для фрикционных дисков муфты редуктора стрелочного электропривода Российский патент 2021 года по МПК B22F5/10 B22F3/16 C22C33/02 F16D13/52 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к фрикционным материалам, работающим в условиях сухого трения, для фрикционных дисков муфты редуктора стрелочного электропривода.

Отличительной особенностью работы фрикционного материала в составе редуктора стрелочного электропривода, является обеспечение требуемых значений тока фрикции при заданном усилии на рабочем шибере. Требуемое значение тока фрикции при изменении усилия, вне зависимости от температуры и влажности должно составлять:

1000Н - 2,7…2,9А

2000Н - 3,8…4,0А

3000Н - 4,7…5,1А

4000Н - 5,7…6,1А

5000Н - 6,8…7,2А

6000Н - 7,6…8,1А.

Известны фрикционные материалы на основе меди (основа), легированной оловом, цинком, алюминием, титаном, твердыми смазками (графит, дисульфид молибдена, свинец) и фрикционными добавками (оксиды, карбиды, нитриды металлов) [Федорченко, И.М. Современные фрикционные материалы, [Текст] / И.М. Федорченко, В.М. Крячек, И.И. Панаиоти, / К. Наукова думка, 1975. - 209 с.].

Известен фрикционный материал содержащий (массовая доля %): медь 5,0-7,0; графит 4,0-5,0; асбест 2,0-3,0; карбид кремния 4,0-6,0; сернокислое железо 5,0-6,0; кобальт 3,0-4,0; фосфорный шлак 3,0-4,0; железо остальное. Недостатком данного материала является низкий коэффициент трения и недостаточный коэффициент стабильности момента сил трения (отношение среднего момента трения к максимальному моменту трения), наличие порошка асбеста, который признан экологически вредным, дорогостоящий порошок кобальта [Патент РФ №2360994 от 10.07.2009 г. Бюл. №19.].

В качестве прототипа выбран спеченный порошковый фрикционный материал на основе меди, имеющий следующий состав (массовая доля %): олово 5-9, титан 4-9, железо 6-8, графит 4-7, свинец 3-6, ильменит 6-10, медь остальное (основа). К недостаткам данного материала можно отнести нестабильность коэффициента трения и неравномерный износ при изменении температуры и влажности окружающей среды в процессе эксплуатации, необходимости использования дорогостоящего порошков титана и меди, повышающих стоимость фрикционного диска [Патент РФ№2599070 от 06.04.2015 г.].

Технической задачей изобретения является разработка материала имеющего высокую стабильность коэффициента трения, а так же не высокий износ при изменении температуры и влажности окружающей среды в процессе эксплуатации стрелочного электропривода.

Решение технической задачи заключается в том, что в известный спеченный порошковый фрикционный материал для фрикционных дисков муфты редуктора стрелочного электропривода на основе железа содержащий свинец, графит, железо дополнительно содержит порошки железа легированного хромом (ПХ-30) и бронзы при следующем соотношении компонентов (массовые доли %): порошок железа легированный хромом (ПХ-30) - 5-8%, порошок графита - 4-6%, порошок бронзы - 9-12%, порошок свинца - 13-17%, порошок железа - остальное (основа).

Экспериментальным путем установлено, что обеспечение стабильности коэффициента трения и снижение износа фрикционного материала при изменении климатических условий (температуры и влажности), обеспечивается при использовании железа, в качестве матрицы фрикционного материала.

Введенный порошок железа легированного хромом (ПХ-30) выполняет функцию фрикционной добавки, способствует повышению коэффициента трения, обеспечению стабильного значения момента сил трения. Увеличение содержания порошка железа легированного хромом (ПХ-30) более 7% способствует повышению износа ответной детали пары трения - диска стального (конртела).

Бронзовый порошок снижает износ фрикционного материала, активно взаимодействия с железной основой и упрочняя ее. Так же, в роли антифрикционной добавки, снижающей износ выступает свинец. Сочетание порошка бронзы и свинца позволяет снизить температуру спекания фрикционного материала. Экспериментальным путем установлено, что оптимальным соотношением порошка свинца к порошку бронзы, обеспечивающим минимальный износ, как фрикционного материала, так и диска стального (конртела) является 1,5.

Порошок графита выступает в роли противозадирной и антифрикционной добавки, превышении содержания которого приводит к разупрочнению фрикционного материала, а его снижение к повышению возможности задирообразования.

Испытания фрикционного материала осуществляются на специальных стендах с использованием фрикционных дисков. Модельные испытания осуществлялись на стенде типа ИМ-58, при следующих режимах:

- начальное давление на фрикционный диск - от 0,6 МПа;

- начальная скорость скольжения - 4,5 м/с.

Требуемые значения свойств фрикционного материала при работе в паре с диском стальным (контртелом) сталь 65Г ГОСТ14959-79 с твердостью 48…53HRC и шероховатостью рабочих поверхностей не выше Ra1,25 материала приведены ниже:

- коэффициент трения динамический - 0,3-0,35;

- коэффициент трения статический - 0,4-0,45;

- интенсивность износа - не более 40 мкм/км.

Сравнительные и ресурсные испытания фрикционных материалов осуществлялись на специальном стенде с использованием редуктора стрелочного электропривода при использовании электродвигателя постоянного тока МСП-0,25, 160В.

В таблице 1 приведены результаты испытания разработанного состава фрикционного материала на стенде типа ИМ-58.

В таблице 2 приведены данные сравнительных испытаний разработанного состава фрикционного материала на специальном стенде с использованием редуктора стрелочного электропривода при использовании электродвигателя постоянного тока МСП-0,25, 160В.

Пример конкретного выполнения подтверждающий возможность осуществления заявленного изобретения:

Исходные порошки (массовая доля %): порошок железа легированный хромом (ПХ-30) - 7%, порошок графита - 5%, порошок бронзы - 10%, порошок свинца - 15%, порошок железа - остальное (основа) смешивают в смесителе в течение 50-60 минут. Полученный порошковый фрикционный материал прессуется в специальной пресс-форме при давлении 4 т/см². Сформованные фрикционные накладки крепятся к стальной основе, затем укладываются в печь и спекаются при температуре 910±20°C в среде защитно-восстановительного газа при приложении давления 1,0 МПа в течение 2,5-3,0 часов.

Осуществленный технологический процесс с использованием разработанного фрикционного материал на основе железа позволил снизить себестоимость фрикционного диска до 10%.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к фрикционным материалам, работающим в условиях сухого трения, для фрикционных дисков муфты редуктора стрелочного электропривода. Спеченный порошковый фрикционный материал для фрикционных дисков муфты редуктора стрелочного электропривода на основе железа содержит компоненты при следующем соотношении мас. доли %: порошок железа, легированного хромом (ПХ-30), 5-8, порошок графита 4-6, порошок бронзы 9-12, порошок свинца 13-17, порошок железа остальное. Обеспечивается материал, имеющий высокую стабильность коэффициента трения, а также невысокий износ при изменении температуры и влажности окружающей среды в процессе эксплуатации стрелочного электропривода. 2 табл.

Спеченный порошковый фрикционный материал для фрикционных дисков муфты редуктора стрелочного электропривода на основе железа, содержащий свинец и графит, отличающийся тем, что дополнительно содержит порошок железа, легированного хромом (ПХ-30), и бронзы, при следующем соотношении компонентов, мас. доли %:

порошок железа, легированного хромом (ПХ-30), 5-8 порошок графита 4-6 порошок бронзы 9-12 порошок свинца 13-17 порошок железа остальное