CS209035B1

CS209035B1 - Sinetred friction material based on iron

Info

Publication number: CS209035B1
Application number: CS93680A
Authority: CS
Inventors: Valerij A Genkin; Jevgenij M Komarov; Jefim I Fisbejn; Lev M Smagin
Original assignee: Valerij A Genkin; Jevgenij M Komarov; Jefim I Fisbejn; Lev M Smagin
Priority date: 1979-02-14
Filing date: 1980-02-12
Publication date: 1981-10-30
Also published as: FR2449234B1; IN151997B; SE435734B; FR2449234A1; GB2045282A; SU954496A1; JPS55131156A; SE8001130L; GB2045282B

Description

Vynález se týká slinutých frikčních materiálů na basi železa.

Použití vynálezu může přicházet v úvahu v třecích jednotkách letadel, traktorů, bagrů, silničních strojů, nákladních automobilů a zemědělských strojů, v čelisťových a pásových brzdách přenoso- i vých zařízení a v podobných případech, kde se I pracuje za podmínek tření za sucha. !

Již dlouhou dobu jsou známé slinuté frikční materiály na basi železa, které pracují za podmínek smykového tření. Slinované frikční materiály sestávají z kovových a nekovových komponent. Kovové složky propůjčují materiálu pevnost, nekovo- í vé složky zvyšují koeficient tření a snižují sklon . k zadření.

Slinuté frikční materiály se vyznačují tím, že se u nich v průběhu tření vytvoří tenká povrchová vrstva, jejíž plasticita a viskosita je dána komponentami frikčního materiálu. Povrchová vrstva, : která má při teplotě místnosti a obzvláště při zvýšených teplotách vyšší plasticitu ve srovnání s hlavním objemem frikčního materiálu, způsobuje positivní spád mechanických vlastností přes hloub- i ku materiálu a dobře odolává přetvařování. Plasticita povrchové vrstvy přispívá ke snižování lokál- [ nich specifických hodnot tlaku, snižování teploty ; povrchu, jakož i ke zvýšení schopnosti zaběhnutí.

Jako schopnost zaběhnutí se rozumí vlastnost j ί frikční hmoty, kdy se její skutečná styčná plocha i zvětší otěrem, popřípadě se zvýší plastické zformování.

Povrchová vrstva slinuté frikční hmoty má mít heterogenní strukturu, to znamená, že má představovat směs látkových komponent s jemnými pevi nými aglomeráty. Přítomnost pevných částic v povrchové vrstvě zvyšuje odolnost slinutého materiálu vůči otěru, neboť za působení síly pojímají hlavní zátěž pevné aglomeráty, které jsou vzhledem ke [ I styčné ploše dobře uspořádány. Při špatné kohesi ! I pevných částic s vlastní hmotou se tyto při vyšších smykových rychlostech vylamují a mohou zvyšovat opotřebení.

Jsou známé slinuté frikční hmoty na basi železa (viz například Ignatow L. P. a kol., Herstellung von I Reibwerkstoffen auf Eisenbasis, „Metalurgia“ < i Verlag M., (1968) s následujícím hmotnostním [

chemickým složením:
měď	15%
grafit	9%
kysličník křemičitý	3%
síran bamatý	6%
asbest	3 %
železo	zbytek

• — Jrný--slinutý'-frLkční - materiál na basi železa (viz například ' sovětské Autorské . osvědčení č. 503 927) má následující hmotnostní složení:

měď síran nikelnatý grafit sitall olovo železo až 15 % 2až8 % až 10% až 10% 2až8% j zbytek. i

Další známý slinutý frikční materiál na basi žeteza (na^příkla^{d p}o^dle sov^ětsk^ého - Autors^kého osvědčení č. 358 401) má následující chemické složení - v % hmotnostních:

měď 9 až 25 % mangan 6,5 až 10% j bomitrid < 6 až 12% i borkarbid ⁷ 8 až 15 % J karbid křemíku lažó%i| sirník molybdeničitý - .· 2až5 % železo zbytek.

г Pevné částice . kysličníku křemičitého, as bestu, ’ ! sitallu, karbidu boru a karbidu křemíku, které - íé přidávají do známých slinutých frikčních materiálů na basi železa jako bru:^i^<é přísady za - účelem i zvýšení koeficientu tření -výsledného materiálu, způsobují vznik vysokých teplot (až 900 °C) na povrchu aglomerovaných párů frikční materiál — plnivo při tření. Přitom vzrůstá při tření teplota za stoupání specifického tlaku a smykové rychlosti aglomerovaného materiálu.

! Při - podmínkách tření za sucha nastává pochod aktivního vzájemného působení kovových kompo- | nent, obzvláště železa, mědi a olova, které - tvóří strukturu - hmoty, a vzdušného kyslíku, za vzniku ! různých - kysličníků. Ve spojení s heterogenitou a poresitou slinutého frikčního materiálu na basi železa, nevykazuje jejich povrch žádný průběžný film kysličníku. Tato skutečnost je odůvodněná tím, - že se při tření kysličníky rozrušují a jejich pevné částečky - zůstávají v oblasti tření jako | mikroskopická- brusná látka, což způsobuje zvýšení i opotřebení.

Strukturní změny, související s oxydací za vysokých teplot, vyvolávají snížení pevnosti v povrchových vrstvách - materiálu. Přibývá křehkosti mate- I riálu - a v důsledku toho pracují - - tyto látky při - | velikém tlakovém zatížení (až 6 MPa), při kterém | | může docházet - ke - zhoršení vlastností materiálu j , tvorbou - trhlin a - rozrušením.

Z tohoto - důvodu - vykazují známé slinuté frikční materiály na basi železa při práci za podmínek tření za sucha nízkou odolnost proti otěru a nedostatečné pevnostní vlastnosti, to znamená, že nemohou , zaručit potřebnou - dobu provozu frikční jednotky, ve které - známé slinuté - frikční materiály na basi železa nacházejí - -použití.

Podle dosažitelných výsledků se technickým i požadavkům blíží slinuté frikční materiály na basi ' železa, - například podle - sovětské přihlášky - - č. 2560050, s následujícím hmotnostním složením:

měď· šírán nikelnatý grafit kaliumdisilidd · křemík karbid křemíku ferodisilicid · asbest železo laž5% až 6% až - 8 - % 3 až 10%· 0,4 - až 2% 0,2 -až 1 % 0,4 až 2% 0,5 až 6%· • zbytek.

Výše uvedená frikční hmota - na basi železa - má velmi - vysokou tepelnou stabilitu, neboť je nemožný vznik průběžného - filmu kysličníků, pevně· spojeného se strukturou hmoty.

Při - vysokých teplotách, které nastávají za - podmínek tření za sucha, netvoří částice asbestu, sitallu, karbidu křemíku - žádné kysličníky; - tím se· znemožňuje - tvorba průběžného filmu kysličníků na třecí ploše, a vzhledem k tomu, že se strukturou materiálu netvoří žádné chemické, popřípadě difusní vazby, snižuje se pevnost frikční hmoty. V důsledku toho se také vylamují částečky asbestu, sitallu a karbidu křemíku.

Vynález tedy řeší úkol, zvýšit vhodnou - volbou komponent slinutého frikčního materiálu na basi železa jeho odolnost - proti otěru a pevnostní vlastnosti při práci za podmínek tření za · sucha. ; Výše uvedené nedostatky nemá slinutý frikční · materiál na basi železa, obsahující měď, síran hikelnatý, grafit, kalciumdisilicid, křemík, karbid křemíku, ferodisilicid a azbest, jehož podstata spočívá v tom, že má následující - hmotnostní složení:

měď	2až4%
síran nikelnatý	3až5 %
grafit	5až9%
kalciumdisilicid;	3 až 10%
křemík	. 0,4 až 2%
karbid křemíku	0,2ažl%
ferodisilicid	0,4 až 2%
asbest	2až4%
chrom	laž - 5 %
železo	zbytek.

Tento navržený slinutý frikční materiál - podlé ' vynálezu na - basi železa - má - ve - srovnání- s - dříve , uváděnými známými slinutými frikčními materiály na basi železa zvýšenou odolnost vůči otěru a tlakovou pevnost při práci zaf podmínek tření za sucha.

Přítomný chrom - v kombinaci s - niklem, - který vzniká při rozkladu síranu nikelnatého, - který - je v - materiálu přítomen, leguje tento materiál, čímž se - podstatně zvýší - chemická stabilita- materiálu - za vysokých teplot, vznikajících za podmínek tření za sucha. V tomto případe přilne vytvořený film ί kysličníků pevně na strukturu hmoty, která sestává z železa legovaného' - niklem a chromém. - Tím - je podstatně _ snížena - možnost vydrolování- pevných kysličníků ze struktury materiálu a jejich ulpívání v oblasti tření za sucha.

i Úplné rozptýlení chrómu v železe přispívá к ho! mogenisaci struktury hmoty, čímž se zvyšuje tlakoί vá pevnost a odolnost vůči otěru.

Jako obzvláště výhodné se jeví, když je hmotnostní složení slinuté frikční hmoty na basi železa následující:

měď 3 % síran nikelnatý 4% grafit 6 % kaliumdisilicid 7 % křemík 1,5 % karbid křemíku 0,5 % ferodisilicid 1 % asbest 3 % chrom 2 % železo 72 %

Uvedené látkové složení zaručuje nej vyšší hodnoty odolnosti vůči otěru a tlakové pevnosti za podmínek tření za sucha, vzhledem к optimálnímu obsahu chrómu a síranu nikelnatého, který se za teplot, působících při slinování, rozloží na nikl a síranový iont. Při výše udávaném obsahu chrómu a niklu se tyto kovy úplně rozptýlí v železe za tvorby chromniklové struktury. Toto zvyšuje chemickou látkovou stálost při teplotách třenf za sucha a konečně i oddolnost vůči otěru a tlakovou pevnost.

Další zvýšení obsahu chrómu a síranu nikelnatého má ten následek, že v materiálu vznikají shluky chrómu a niklu. Toto potom způsobuje zvýšení • látkové heterogenity, snížení chemické odolnosti á konečně pokles odolnosti vůči otěru a tlakové j pevnosti.

j Snížení obsahu chrómu a síranu nikelnatého ochuzuje chromnikelnatou slitinu, snižuje její chemickou odolnost při teplotách nastávajících při tření za sucha a konečně snižuje odolnost vůči otěru a tlakovou pevnost.

' Slinuté frikční hmoty podle předloženého vyná| lezu se mohou vyrobit následujícím způsobem: ’ Grafitový prášek se vysuší při teplotě 150 °C. j Potom se přesejí všechny práškovité výchozí suro: Viny, a sice měď, síran nikelnatý, grafit, kalimdisilicid, křemík, karbid křemíku, ferodisilicid, asbest, chrom a železo a vsázka se naváží s následujícím : hmotnostním obsahem jednotlivých složek:

měď2až4%, síran nikelnatý 3 až 5 %, grafit 5 až 9 %, kalciumdisilicid 3 až 10 %, křemík 0,4 až 2 %, karbid křemíku 0,2 až 1 %, ; ferodisilicid 0,4 až 2 %, asbest 2 až 4%, ; chrom 1 až 5 % a i železo zbytek.

Všechny komponenty směsi se smísí v mísiči za ί přítomnosti neutrální kapaliny, například oleje. í Takto připravená směs se slisuje v lisovací formě • při tlaku 3 MPa a získaný výlisek, vytvořený v závislosti na druhu použití, se za současného napečení na ocelovou podložku slinuje za tlaku 2 MPa a při teplotě 1030 °C po dobu 3 hodin.

U vyrobených frikčních materiálů se zkouší vlastnosti při tření, a sice koeficient tření a otěr, jakož i pevnostní vlastnosti. Zkoušky tření se provádějí na zařízení, které pracuje podle zásad brzdění rotující setrvačné hmoty. Mechanické vlastnosti se zjišťují na trhacím stroji.

Získaný slinutý frikční materiál má za podmínek tření za sucha koeficient tření 0,4, otěr po stonásobném brzdění 10 až 12 μηι a tlakovou pevnost v rozmezí 420 až 450 MPa.

Ve srovnání se známými slinutými frikčními materiály na basi železa je odolnost vůči otěru za podmínek tření za sucha 1,3 až 1,5 krát vyšší a tlaková pevnost je 1,2 až 1,3 krát vyšší.

Za účelem lepšího osvětlení předloženého vynálezu jsou v následujícím uvedeny konkrétní příklady výroby frikčních materiálů.

Grafitový prášek se vysuší při teplotě 150 °C. Potom se všechny výchozí práškovité látky přesijí a naváží se v následujícím hmotnostním poměru:

měď	2%
síran nikelnatý	3 %
grafit	9%
kaliumdisilicid	3 %
křemík	0,4 %
karbid křemíku	0,2 %
ferodisilicid	0,4 %
asbest	4%
chrom	5 %
železo	73 %

Směs o tomto složení se mísí v mísiči za přítomnosti oleje (0,5 % na celkovou hmotnost vsázky) po dobu 10 hodin.

Takto připravená směs se slisuje v lisovací formě při specifickém tlaku 400 MPa a získaný výlisek tvaru brzdového obložení se slinuje v šachtové peci za současného napečení na ocelovou podložku za tlaku 1,5 MPa a při teplotě 1030 °C po dobu 3 hodin.

Na základě frikčních a pevnostních zkoušek byly získány následující hodnoty:

tlaková pevnost 430 MPa, koeficient tření 0,4 a otěr po stonásobném brzdění 11 μιη.

Příklad 2

Ze směsi o následujícím hmotnostním složení:

měď 3 % síran nikelnatý 4% grafit ___________ 6 %

kaliumdisilicid	7%	grafit _____________	5 %
křemík	1,5 %	kalciumdisilicid	3%
karbid křemíku	0,5%	křemík	0,4%
ferodisilicid	1%	karbid křemíku	0,2 %
asbest	3%	ferodisilicid	0,4 %
chrom	2 %	asbest	2%
železo	. 72 %	chrom	1 %
		železo	83%
se připraví technologií popsanou v příkladě 1 frikč- i
ní hmota s následujícími vlastnostmi:		se připraví technologií popsanou v příkladě 1 frikč-
		ní hmota s následujícími vlastnostmi:	i
tlaková pevnost	450 MPa		1
koeficient tření	0,4 a	tlaková pevnost	430 MPa,
otěr po stonásobném brzdění	10 pm.	koeficient tření	0,4 a ,

otěr po stonásobném brzdění 12 pm.

Ze směsi o následujícím hmotnostním složení:

		Příklad 5
Příklad 3		Ze směsi o následujícím hmotnostním složení:
měď	4%		i
síran nikelnatý	5 %	měď	4% i
grafit	5%	síran nikelnatý	5%
kalimdisilicid	10%	grafit	9%
^křemík	2%	kalciumdisilicid	10%
karbid křemíku	1 %	křemík	2%
ferodisilicid	2%	karbid křemíku	1 %
asbest	2 %	ferodisilicid	2%
: chrom	1%	asbest	4%
železo	68 %	chrom	5%
1 ____		železo	58%
·, sě připraví technologií popsanou v příkladě 1 frikč-
ní hmota s následujícími vlastnostmi:		se připraví technologií popsanou v příkladě 1 frikč-
		ní hmota s následujícími vlastnostmi:
tlaková pevnost	420 MPa,		•
koeficient tření	0,4 a	tlaková pevnost	420 MPa, i
otěr po stonásobném brzdění	12 pm.	koeficient tření	0,4
¹		otěr po stonásobném brzdění	11 pm.
Příklad 4
Ze směsi o následujícím hmotnostním složení:	V následující tabulce jsou souhrnně uvedena
		složení frikčních hmot podle vynálezu, jakož i slo-
měď	2%	žení hmoty srovnávací, s uvedením	výsledků
: síran nikelnatý	3%	zkoušek.

Tabulka 1

Chemické složení v % hmotnostních

Materiál	Fe	Cu	NiSO₄	C	CaSi₂	Si	SiC	FeSi₂	asbest	Cr	sitall
slinutý frikční materiál na basi železa (srovnávací vzorek)	76	2	4	4	7	1,5	0,5	1	3		1
slinutý frikční materiál na basi železa podle vynálezu (podle př. 1)	73	2	3	9	3	0,4	0,2	0,4	4	5
slinutý frikční materiál podle př. 2	72	3	4	6	7	1,5	0,5	1	3	2
slinutý frikční materiál podle př. 3	68	4	5	5	10	2	1	2	2	1
slinutý frikční materiál podle př. 4	83	2	3	5	3	0,4	0,2	0,4	2	1
slinutý frikční materiál podle př. 5	58	4	5	9	10	2	1	2	4	5	—

- ..... I

Tabulka 2	L⁵....!	209035
Materiál	Tlaková pevnost	Koeficient	Otěr po stonásobném
(MPa)	tření	brzdění (μ,ιη)
slinutý frikční materiál na basi železa (srovnávací vzorek)	350	0,4	15
slinutý frikční materiál na basi železa podle vynálezu (podle př. 1)	430	0,4	11
slinutý frikční materiál podle př. 2	450	0,4	.10
slinutý frikční materiál podle př. 3	420	0,4	12
slinutý frikční materiál podle př. 4	430	0,4	12
slinutý frikční materiál podle př. 5	420	0,4	11

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Claims

1. Slinuty frikční materiál na basi železa, obsahující měď, síran nikelnatý, grafit, kalciumdisilicid, křemík, karbid křemíku, ferodisilicid a asbest, vyznačený tím, že obsahuje

2 až 4 % měch,_________{_}_______

3 až 5 % síranu nikélnatého,

5 až 9 % grafitu,_______

3 až 10 % kalciumdisilicidu,

0,4 až 2% křemíku,

0,2 až 1 % karbidu křemíku,

0,4 až 2 % ferodisilicidu,

2 až 4 % asbestu a ~

1 až 5 % chrómu, přičemž zbytek jetvořen železem.

2. Slinutý frikční materiál podle bodu 1, vyznačený tím, že obsahuje ; 3 % mědi,

4 % skanu nikelnatého, i 6 % grafitu,

7 % kalciumdisilicidu,

1,5 % křemíku, ^!

0,5 % karbidu křemíku, ; 1 % ferodisilicidu, | 3 % asbestu,

2 % chrómu a

72 % železa.