CS211089B1

CS211089B1 - Slinutý frikční materiál na bázi železa

Info

Publication number: CS211089B1
Application number: CS261880A
Authority: CS
Inventors: Valerij A Genkin; Jevgenij M Komarov; Jefim I Fisbejn
Original assignee: Valerij A Genkin; Jevgenij M Komarov; Jefim I Fisbejn
Priority date: 1980-04-15
Filing date: 1980-04-15
Publication date: 1982-01-29

Abstract

Vynález je z oblasti préěkové metalurgie a týká se slinutého frikčního materiálu na bázi železa. Podle vynálezu jsou do slinutého frikč- ního materiálu na bázi železa, který obsahuje měd, síran nikelnatý, grafit a sitall, přidány azbest, disilicid vápníku, křemík, karbid křemíku a disilicid železa, přičemž hmotnostní obsah jednotlivých složek je: mě3 1 až 5 %, síran nikelnatý 3 až 6 %, grafi t sitall chemického složení 4 až 8 «, SiOz, . TiO, . B,0, . Al,0, . disicilid vápníku"5 J . CaO 1 až 3 %, 3 až 10 «, křemík 0,4 až 2 %, karbid křemíku 0,2 až 1 %, disicilid železa 0,2 až 2 %, azbest 0,5 až 5 % a železo zbytek do 100 %

Description

(54) Slinutý frikční materiál na bázi železa

Vynález je z oblasti préěkové metalurgie a týká se slinutého frikčního materiálu na bázi železa.

Podle vynálezu jsou do slinutého frikčního materiálu na bázi železa, který obsahuje měd, síran nikelnatý, grafit a sitall, přidány azbest, disilicid vápníku, křemík, karbid křemíku a disilicid železa, přičemž hmotnostní obsah jednotlivých složek je:

mě3	1 až 5 %,
síran nikelnatý	3 až 6 %,
grafi t sitall chemického složení	4 až 8 «,
SiOz, . TiO, . B,0, . Al,0, . disicilid vápníku^{5 J}	. CaO 1 až 3 %,
3 až 10 «,
křemík	0,4 až 2 %,
karbid křemíku	0,2 až 1 %,
disicilid železa	0,2 až 2 %,
azbest	0,5 až 5 % a
železo	zbytek do 100 %

Vynález se týká slinutého frikčního materiálu na bázi železa.

Jsou známy slinuté frikční materiály na bázi železa, které pracují za podmínek suchého tření a s mazáním kapalinami.

Pórovité 3linuté frikční materiály sestávají z kovových a nekovových složek. Kovové složky udělují frikčnímu materiálu pevnost, nekovové složky pak zvyšují součinitel tření a snižují sklon k zadírání. Slinuté frikční materiály se vyznačují tím, že pro tření se vytváří povrchové vrstva, jejíž plasticita a viskozita jsou podmíněny složkami, tvořícími frikční materiál.

Povrchové vrstva, která je při teplotě místnosti a zejména za zvýšených teplot plastičtější ve srovnání s hlavním podílem frikčního materiálu, zajištuje vytvoření pozitivního spádu mechanických vlastností do hloubky materiálu a vzdoruje dobře deformaci.

Plasticita povrchové vrstvy přispívá ke snížení místních specifických tlaků, ke snížení povrchové teploty, jakož i ke zlepšení schopnosti zéběhu. Zéběhem se rozumí schopnost frikčního materiálu zvětšovat následkem opotřebení nebo následkem plastické deformace svou skutečnou přiloženou plochu.

Povrchbvé vrstva slinutých frikčních materiálů má mít heterogenní strukturu, to znamená, že má být směsí složek, tvořících matrici frikčního materiálu, s jemnými tuhými vraěsky.

Přítomnost tuhých částic v povrchové vrstvě zvyšuje odolnost slinutého frikčního materiálu proti oděru, poněvadž tuhé vměsky, které jsou vzhledem ke stykovému povrchu příznivě uspořádány, přebírají pod vlivem síly hlavní zatížení. Při špatné kohezi tuhých částic s matriční hmotou se tyto částice vydrolují a mohou tím, že se dostávají do oblasti tření, zvyšovat oděr.

Je znám slinutý frikční materiál na bázi železa (popsaný například Xgnatovem L. a kol. v příručce Výroba frikčních materiálů na bázi železa, nakladatelství Metallurgija, Moskva 1968) o hmotnostním obsahu jednotlivých složek:

měň grafit kysličník křemičitý síran barnatý azbest železo «

% 3 % 6 % 3 % zbytek do 100%

Jiný známý slinutý frikční materiál na bázi železa (viz například patentový spis SSSR č. 358 401) má hmůtnostní obsah jednotlivých složek:

mě3 mangan nitrid boru karbid boru karbid křemíku oiolybdendieulfid železo až 25 % 6,5 až 10 % 6 až 12 % 8 až 15 « až 6 % až 5 % a zbytek do 100 %.

Další známý slinutý frikční materiál na bázi železa (viz například patentový spis SSSR č. 397 665) mé hmotnostní obsah jednotlivých složek:

měá cín	1 0,5	až až	3 %, 2 %,
síran barnatý	3	až	5 «,
grafit	4	až	10 %,
molybdendi sulfid	2	až	6 %,
sitall chemického sležení SiO₂ . TiO₂ . B_£O₃ . A1₂O₃ . CaO	1	až	3 %,
olovo	0,1	až	4 % a
železo	zbytek	do 100 %

Tuhé vměšky kysličníku křemičitého, karbidu boru, karbidu křemíku, azbestu, karbidu železa a kysličníku železa, které jsou ve známých výše uvedených materiálech přítomny jako přísada ke zvýšení součinitele tření, jsou příčinou vzniku vysokých teplot (až 900 °C) na povrchu sdruženého páru frikční materiél/protikus při tření.

Při tření se zvyšuje teplota se vzrůstajícím specifickým tlakem a s rostoucí kluznou rychlostí sdružených materiálů.

Za podmínek suchého tření začíné aktivní vzájemné působení kovových složek, například železa, měái, olova, které vytvářejí matrici frikčního materiálu, se vzdušným kyslíkem za vzniku různých kysličníků.

Slinuté frikční materiály na bázi železa jsou heterogenní a pórovité, pročež na jejich povrchu chybí souvislá vrstva kysličníků. To vede k rozpadu kysličníků při tření a tuhé částice se dostávají jakožto mikrobrusivo do oblasti třeni a způsobují zvýšený oděr

Změny struktury, spojené s tepelnou oxidací, mají za následek zhoršení pevnostních vlastností v povrchových vrstvách. Zvyšuje se křehkost materiálu a tím, při vyšších (až 6 MPa) zatíženích, přípustných pro použití těchto materiálů, se zhoršuje chování tohoto materiálu za tlakového namáhání následkem případné tvorby trhlin a destrukce.

Známé slinuté frikční materiály na bázi železa se tedy vyznačují za podmínek suchého tření a při mazání kapalinami nízkou odolností vůči oděru a nedostatečnými pevnostními vlastnostmi a nezaručují potřebnou životnost třecích ústrojí, v nichž se výše uvedené známé slinuté frikční materiály používají.

Podobných výsledků bylo dosaženo se slinutým frikčním materiálem (viz například patentový spis SSSR č. 503 927), který se nejvíce přibližuje zde chráněnému technickému řešení a má hmotnostní obsah jednotlivých složek:

měá	4 až 15	%,
síran nikelnatý	2 až 8
grafit	4 až 10
sitall chemického složení SiO₂ . TiO₂ , BgO^ . Al₂0^ . CaO	2 až 10
olovo	2 až 8
železo	zbytek 1	do

Jednou ze složek tohoto slinutého frikčního materiálu na bázi železa je sitall chemického složení SiOg. T1O₂ . · AlgO-j . CaO, který je slabě spojen s matricovou hmotou e tím snižuje pevnost celkového slinutého frikčního materiálu.

Následkem vysokého obsahu brusných částic ve známém slinutém frikčním materiálu na bázi železa nejsou jeho odolnost oděru a jeho pevnost dostatečně vysoké.

Kromě toho se snižuje obsah přítomného grafitu, který představuje suché mazivo, olova, které měkne při teplotách vznikajících při třeni, a síranu nikelnatého, který se účastni tvorby sirníků železa při slinováni, které přispívají k mazání třecí plochy. Součinitel tření je obzvlášl nízký při používání slinutého frikčního materiálu na bázi železa v podmínkách suchého tření.

Podnětem k vynálezu byl úkol, aby se sestavením a volbou složek slinutého frikčního materiálu na bázi železa zvýšila jeho odolnost vůči oděru, jeho pevnost jakož i součinitel tření při použití tohoto materiálu v podmínkách suchého tření a při mazání kapalinami.

Tento úkol vynálezu řeší slinutý frikční materiál na bázi železa, který sestává z mědi, síranu nikelnatého, grafitu, sitallu a podle vynálezu obsahuje i azbest, disilicid vápníku, křemík, karbid křemíku a disilicid železa, přičemž hmotnostní obsah jednotlivých složek je:

měň síran nikelnatý	1 3	až až	5 %, 6 <8,
grafit	4	až	8 56,
sitall chemického složení SiO₂ . TiO₂ . B₂0₃ . A1₂O₃ . CaO	1	až	3 %,
disilicid vápníku	3	až	10 %,
křemík	0,4	až	z %,
karbid křemíku	0,2	aŽ	1 %,
disilicid železa	0,2	až	2 56,
azbest	0,5	až	5 56. a
železo	zbytek	do 100 56

Frikční materiál na bázi železa podle vynálezu je všeobecně použitelný a vhodný pro práci za podmínek suchého tření a s kapalinovým mazáním.

Přes složité chemické složení není technologie výroby tohoto slinutého frikčního materiálu na bázi železa ztížena, poněvadž disilicid vápníku, disilicid železa, křemík a karbid křemíku představují slitinu, označovanou jako silikokalcium, které se používá v podobě prášku.

Přídavek disilicidu vápníku a karbidu křemíku, které jsou přítomny ve směsi a jsou odolné vůči oděru, zlepšuje odolnost frikčního materiálu na bázi železa vůči opotřebení.

Zvýšení odolnosti vůči opotřebení souvisí s přítomností grafitu ve směsi, poněvadž tento představuje tuhé mazivo, jakož i s přítomností síranu nikelnatého, který při slinování vytváří sulfidy železa, jež při tření obklopí částice brusivá jako je skelný křišlél, azbest, karbid křemíku, oddrolují se, dostávají se do oblasti tření a snižují tak brusné vlastnosti těchto částic jakož i oděr.

Zavedení výše uvedených brusných částic do složení zvyšuje na druhé straně součinitel tření při práci v podmínkách suchého tření a s mazivy, včetně mazacího oleje.

Všeobecnou použitelnost propůjčují přitom slinutému frikčnímu materiálu na bázi železa částice azbestu, poněvadž tyto se v oleji vyznačují nízkým stupněm smáčení a tím téměř shodně uplatní své brusné vlastnosti jak při tření za sucha, tak při tření s mazáním.

Přítomnost křemíku a disilicidu vápníku ve směsi, kteréžto látky se vyznačují pevnou adhezi k matricovému materiálu, totiž k železu, zlepšuje mechanické vlastnosti slinutého frikěního materiálu na bázi železa.

Výhodný je slinutý frikční materiál na bázi železa podle vynálezu, který má tento hmotnostní obsah jednotlivých složek:

měň	2 95,
síran nikelnatý	4 %,
grafit	4 %,
sitall chemického složení SiOj · TiOg . Bg®3 ·
. AlgO^ . CaO	1 «,
disilicid vápníku	7 t,
křemík	1.5 %,
karbid křemíku	0,5 %,
disilicid železa	’ «,
azbest	3 % a
železo	76 %.

Toto složení zajištuje dosažení vyšší odolnosti vůči oděru, vyšší pevnosti a součinitele tření při práci jak bez mazání, tak i s mazáním. Toho se docílí optimálním poměrem množství vápníku a disilicidu železa, křemíku a karbidu křemíku, které dodávají slinutému frikčnímu materiálu na bázi železa zvýšenou pevnost a odolnost proti oděru, a azbestu, který jako mazivo zajišluje vysoký součinitel tření.

Práškový grafit a silikokalcium, které sestává z disilicidu vápníku, disilicidu železa, křemíku a karbidu křemíku, se vysuší při teplotě 150 °C. Všechny výchozí práškové látky se pak prošijí síty a naváží v hmotnostním množství, v jakém jsou ve směsi zastoupeny:

měň	1	až	5	«,
síran nikelnatý	3	až	6	«,
grafi t	4	až	8
sitall chemického složení
SiO₂ . TiO₂ . B₂0₃ . Al₂0₃ . CaO	1	až	3	*,
disilicid vápníku	3	až	10	«,
křemík	0,4	až	2	*,
karbid křemíku	0,2	až	1	*,
disilicid železa	0,2	až	2	»,
azbest	0,5	až	5	95 a
železo	zbytek	do	100 %

Veškeré složky se promísí v mísiči v přítomnosti neutrální kapaliny, například oleje.

Takto získané směs se lisuje v lisovací formě specifickým tlakem 400 MPa a získané výlisky se v podobě frikčního obložení slinují po dobu 3 hodin při teplotě 1 030 °C a tlaku

MPa za současného natavení k ocelovému podkladu.

Získané slinuté frikčni materiály na bázi železa se zkouší ke zjištění jejich třecích a pevnostních vlastností. Třecí zkoušky se provádějí na stolici, které pracuje na principu brzdění rotujících setrvačných hmot.

Mechanické vlastnosti se měří v normovaném zkušebním zařízení.

Oděr získaného slinutého frikčniho materiálu na bázi železa činí po 100 brzdných cyklech s mazáním 4 až 8 jum, bez mazání 15 až 18 pm, součinitel tření činí s mazáním 0,13 až 0,14 a bez mazání 0,38 až 0,40, pevnost je v rozmezí 120,6 až 127,48 a rázové houžev2 natost 6,86 N.m/cm .

Ve srovnání se známými slinutými frikčními materiály na bázi železa se odolnost slinutého frikčniho materiálu na bázi železa výše uvedeného složení vůči oděru zvýšila 1,5 až 3krát za podmínek mazání kapalinami a 1,4 až 1,7krét při suchém tření, součinitel tření se příslušně zvýšil 1,2 až 1,4krét s 1,2 až 1,3krét, pevnost 1,3krát a rázové houževnatost 1,2krét.

Vynález je blíže objasněn dále uvedenými příklady konkrétních provedení. Pokud není uvedeno jinak, procentuální údaje vyjadřují hmotnostní obsah jednotlivých složek slinutého frikčniho materiálu na bázi železa.

Ve všech příkladech se používá sitallu chemického složení SiOg . TiOg . BgO-j . AlgO-j .CaO.

Přikladl

Grafit, silikokalclum, disilicid vápníku, křemík, karbid křemíku a disilicid železa se v podobě prášku vysuší při teplotě 150 °C. Všechny tyto práškové hmoty se pak prošijí síty a naváží v této hmotnostní koncentraci:

měň síran nikelnatý grafit sitall disilicid vápníku křemík karbid křemíku disilicid železa azbest železo *, %, %, %, %,

0,4 %, 0,2 %, 0,4 %, % a

%.

V mísiči se pak vzájemně mísí po dobu 10 hodin v přítomnosti 0,5 % oleje, vztaženo na hmotnostní množství směsi. Směs se pak lisuje v lisovací formě specifickým tlakem 400 MPa a vzniklé výlisky se pak v podobě frikčniho obložení slinují po dobu 3 hodin v šachtové peci za současného natavení k ocelovému podkladu při teplotě 1 030 °C a tlaku 1,5 MPa.

Při zkouškách třecích a mechanických vlastností slinutého frikčniho materiálu se zjistí tyto hodnoty:

rázové houževnatost pevnost

6,86 N.m/cm²122,58 MPa součinitel tření bez mazání 0,38 součinitel tření s mazáním 0,13 opotřebení frikčního materiálu po 100 brzdných cyklech bez mazání 19 pm s mazáním 8 pm.

Příklad 2

Slinutý frikčni materiál na bázi výoh surovin ve hmotnostním poměru:

železa, vyrobený postupem podle příkladu 1 z práěkoměň síran nikelnatý grafit

Sitall disilicid vápníku křemík karbid křemíku disilicid železa azbest železo «,

95,

96,

95,

0 95, «,

95,

95, % a 73 «, se vyznačuje těmito vlastnostmi:

rázové houževnatost pevnost součinitel tření bez mazání součinitel tření s mazáním opotřebení po 100 brzdných cyklech bez mazání s mazáním

6,86 N.m/cm²125,53 MPa

0,38

0,13 pm 6 pm.

Příklad 3

Slinutý frikčni materiál na bázi železa, vyrobený postupem podle příkladu 1 vých surovin v hmotnostním poměru:

měň 2 95, síran nikelnatý 4 95, grafit 4 95,

Sitall 1 96, disilicid vápníku 7 %, z préško7

křemík karbid křemíku disilicid železa azbest železo	1,5 %, 0,5 56, 1 ,0 56,
3 76 %
se vyznačuje těmito vlastnostmi:
rázové houževnatost		6,86 1
pevnost		127,49 1
součinitel tření bez mazání		0,40
součinitel tření s mazáním		0,14
opotřebení po 100 brzdných cyklech bez mazání		15 pm
s mazáním		4 pm

Příklad 4

Slinutý frikční materiál na bázi železa, vyrobený postupem podle příkladu 1 kových surovin ve hmotnostním poměru:

z práěmě3 síran nikelnatý grafit

Sitall disilicid vápníku křemík karbid křemíku disilicid železa azbest železo se vyznačuje těmito vlastnostmi:

», *, %, %, %,

0,4 56, 0,2 0,4 %, 0,5 56 a

86,5 56, rázová houževnatost pevnost součinitel tření bez mazání součinitel tření s mazáním opotřebení po 100 brzdných cyklech bez mazání s mazáním

5,88 N.m/cm^ 117,68 MPa

0,38

0,13 pm 7 pm.

Příklad 5

Slinutý frikční materiál na bázi železa, vých surovin v hmotnostním poměru:

vyrobený postupem podle příkladu 1 z préško-

mě3	5	56
síran nikelnatý	6	%
grafit	8	%
Sitall	3	%
disilicid vápníku	10	%

křemík karbid křemíku disilicid železe azbest železo %, %, %, % a %, se vyznačuje těmito vlastnostmi:

rázová houževnatost	6,86 !
pevnost	122,58 1
součinitel tření bez mazání	0,39
součinitel tření s mazáním	0,14
opotřebení po 100 brzdných cyklech bez mazání	17 pm
s mazáním	8 pm

Vynálezu je možno použít v třecích ústrojích aut, traktorů, letadel, stavebních silničních strojů, jakož i jiných mechanismů, které pracují s využitím suchého tření a s kapalinovým mazáním.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU 'Slinutý frikční materiál na bázi železa, obsahující měá, síran nikelnatý, grafit a sitall, vyznačující se tím, že kromě tbho obsahuje azbest, disilicid vápníku, křemík, karbid křemíku a disilicid železa, přičemž hmotnostní obsah jednotlivých složek je:

měá 1 až 5 «, síran nikelnatý 3 8Ž 6 %, grafit sitall chemického složení SiO_£ . TiO₂ . b₂o₃ . 4 až 8 %, . AIjjOj . CaO 1 až 3 «, disilicid vápníku 3 až 10 «, křemík 0,4 až 2 %, karbid křemíku 0,2. až 1 «, disilicid železa 0,2 až 2 %, azbest 0,5 až 5 % a železo zbytek do 100 %

Severografia. n. p.. závod 7, Most