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Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Pulvermetallurgie,
genauer auf gesinterte Reibwerkstoffe und insbesondere auf gesinterte Reibwerkstoffe
auf Eisenbasis.
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Die vorliegende Erfindung kann in Reibeinheiten von Autos, Traktoren,
Flugzeugen'Strassenbaumaschinen sowie anderen Mechanismen, die unter Bedingungen
der Trockenreibung und Flüssigkeitsschmierung funktionieren, angewendet werden.
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Weit bekannt sind gesinterte Reibwerkstoffe auf Eisenbasis für die
Arbeit unter Bedingungen der Trockenreibung und Flüssig-- keitsschmierung.
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Die porösen gesinterten Reibwerkstoffe bestehen aus metallischen
und nichtmetallischen Komponenten. Die metallischen Komponenten verleihen dem Reibwerkstoff
die Festigkeit und die nichtmetallischen erhöhen den Reibungskoeffizient und reduzieren
die Neigung zum tressen. FUr gesinterte Reibwerkstoffe ist beim Reiben die Bildung
einer Oberflächenschicht kennzeichnend, derer Plastizität und Viskosität durch die
den Reibwerkstoff zusammensetzenden Komponenten bedingt wird.
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Die Oberflächenschicht, die bei Raumtemperaturen und besonders bei
erhöhten Temperaturen iVergleich zum Hauptanteil des gesinterten Reibwerkstoff plastischer
ist, sichert eine Bildung des positiven Gefälles der mechanischen Eigenschaften
in Tiefenrichtung und widersteht gut der Umverformung. Die Plastizitrat der Oberflächenschicht
fördert eine Reduzierung der lokalen spezifischen Drticke, eine Senkung der Oberflächentemperatuen
sowie eine Verbesserung des Einlaufvermögens. Das Einlaufen ist ein Vermögen des
Reibwerkstoffs seina aktive Oberfläche
durch den Verschleiss oder
durch die plastische Verformung zu vergrössern. Die Oberflächenschicht gesinterter
Reibwerkstoffe soll eine heterogene Struktur aufweisen, d.h. ein Gemisch aus den
Komponenten der Basis mit feinen festen Einschlüssen darstellen. Das Vorhandensein
der festen Teilchen in der Oberflächenschicht erhöht die Verschleissbeständigkeit
des Werkstoffes, da unter Einfluss der Krafteinwirkungen die festen Einschlüsse,
günstig zur gekoppelten Oberfläche angeordnet, die Hauptbelastung aufnehmen. Bei
einer schlechten Kohäsion der festen Teilchen mit dem Basiswerkstoff werden diese
Teilchen abbröckeln und können, indem sie in die Reibungszone gelangen, den Verschleiss
erhöhen.
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Bekannt ist ein gesinterter Reibwerkstoff auf Eisenbasis ( z.B. Ignatov
L. u.a. "Herstellung von Reibwerkstoffen auf Eisenbasis Verlag "MetaliurgiJa", M.,
1968) folgender Zusammensetzung (in Massenprozent): Kupfer 15 Graphit 9 Siliziumdioxid
3 Bariumsulfat 6 Asbest 3 Eisen Rest Ein anderer bekannter Reibwerkstoff auf Eisenbasis
(siehe z.B. SU-PS 358401) hat folgende chemische Zusammensetzung (in Massenprozent):
Kupfer 9 bis 25 Mangan 6,5 bis 10 Bornitrid 6 bis 12
Borkarbid 8
bis 15 Siliziumkarbid 1 bis 6 Molybdändisulfid 2 bis 5 Eisen Rest.
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Ein weiterer bekannter gesinterter Reibwerkstoff auf Eisen basis
(siehe z.B. SU-PS 379665) hat folgende chemische Zusammensetzung (in Massenprozent):
Kupfer 1 bis 3 Zinn 0,5 bis 2 Bariumsulfat 3 bis 5 Graphit 4 bis 10 Molybdändisulfit
2 bis 6 Sitall (Glaskristall) 1 bis 30 Blei 0,1 bis 4 Eisen Rest Die festen Einschlüsse
von Siliziumdioxid, Borkarbid, Siliziumkarbid, Asbest, Eisenkarbid und Eisen(IIT)-oxid,
die in den die bekannten obenangegebenen Werkstoffen alslReibungszahl erhöhende
Schleifzusätze vorhanden sind, verursachen hohe Temperaturen (bis 9000C) auf der
Oberfläche der Kopplungspaarung Werkstoff-Gegenkörper beim Reiben.
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Beim Reiben nimmt die Temperatur mit der spezifischen Druckerhöhung
und Gleitgeschwindigkeitssteigerung der gekoppelten Werkstoffe zu.
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Unter Trockenreibungsbedingungen beginnt eine aktive Wechselwirkung
der metallischen Komponenten, z.B. Eisen, Kupfer, Blei, die die Basis des Werkstoffes
zusammensetzen, mit dem Sauerstoff der Luft unter Bildung verschiedener Oxidee Die
gesinterten
Reibwerkstoffe auf Eisenbasis sind heterogen und porös,
weshalb auf ihrer Oberfläche eine durchgängige Oxidschicht fehlt. Das führt zum
Zerfall der Oxide beim Reiben und feste Teilchen gelangen als Mikroschleifaittel
in die Reibungszone und verursachen einen erhöhten Verschleiss.
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Die mit der thermischen Oxydation verbundenen Strukturänderungen
führen zur Verschlechterung der Festigkeitseigenschaften in den Oberflächenschichten.
Es steigert sich die Sprödigkeit des Werkstoffes und, infolgedessen, bei grösseren
(bis 60 kp/cm2) für die Anwendung dieser Werkstoffe zulässigen Belastungen verschlechtert
sich wegen der eventuellen Riss- und Bruchbildung sein Verhalten unter Druckbeanspruchung,
Die bekannten gesinterten Reibwerkstoffe auf Eisenbasis verfügen also unter Bedingungen
der Trockenreibung und Flüssigkeitsschmierung über eine niedrige Verschleissfestigkeit
und ungenügende Festigkeitseigenschaften und gewährleisten keine erforder-/ Lebensdauer
der Reibungseinheiten, in denen die obenerwähnten bekannten gesinterten Reibwerkstoffe
Verwendung finden.
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Der technischen Lösung nach und auch bezüglich der erzielbaren Ergebnisse
steht ein gesinterter Reibwerkstoff gemäß der SU-PS 503927 der Erfindung am nächsten,
er weist folgende Zusammensetzung (in Massenprozent) auf: Kupfer 4 bis 15 Wickelsulfat
2 bis 8 Graphit 4 bis 10 Sitall 2 bis 10 Blei 2 bis 8 Eisen Rest.
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In der Zusammensetzung dieses gesinterten Reibwerkstoffes auf Eisenbasis
wird ein Glaskristall (Sitall) eingeschlossen, der mit dem Basiswerkstoff schwach
verbunden ist und darum den gesamten gesinterten Reibwerkstoff entfestigt.
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Infolge des hohen Schleifteilchengehaltes in dem bekannten gesinterten
Reibwerkstoff auf Eisenbasis sind seine Verschleissbeständigkeit und Festigkeit
ungenügend hoch.
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Ausserdem senkt das Vorhandensein von Graphit, der ein trockenes
Schmiermittel darstellt, von Blei, das bei Reibungstemperaturen erweicht, und von
Nickelsulfat, das an der Bildung der die Reibungsfläche schmierenden Eisensulfide
beim Sintern teilnimmt, den Reibungskoeffizient. Der Reibungskoeffizient ist besonders
niedrig beim Betreiben des gesinterten.Reibwerkstoffs auf Eisenbasis unter Bedingungen
der Trockenreibung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch die Zusameines menstellung
der Komponenten / gesinterten Reibwerkstoffs auf Eisenbasis seine Verschleissbeständigkeit,
Festigkeit sowie den Reibungskoeffizient bei der Arbeit unter Bedingungen der Trocken
reibung und Flüssigkeitsschmierung zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Erzeugung eines gesinterten Reibwerkstoffs
auf Eisenbasis, der aus Kupfer, Nickelsulfat, Graphit, Glaskristall besteht und
erfindungsgemäss auch Asbest, Calciumdisilizid, Silizium, Siliziumkarbid und Eisendisilizid
bei folgendezVerhältnis der Komponenten in Massenprozent enthält: Kupfer ' 1 bis
5 Nickelsulfat 3 bis 6 Graphit 4 bis 8 Sitall l bis 3
Kalziumdisilizid
3 bis 10 Silizium 0,4 bis 2 Siliziumkarbid 0,2 bis 1 Eisendisilizid 0,2 bis 2 Asbest
0,5 bis 5 Eisen Rest Der erfindungsgemäße Reibwerkstoff auf Eisenbasis ist universal
und für das Betreiben unter Bedingungen-der Trockenreibung und Flüssigkeitsschmierung
geeignet.
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Trotz der komplizierten chemischen Zusammensetzung ist die Technologie
der Herstellung von diesem gesintertem Reibwerkstoff auf Eisenbasis nicht erschwert,
weil Calcium- und Eisendisilizide, Silizium und Siliziumkarbid eine Legierung darstellen,
die als Silikokalzium bezeichnet und im Form eines Pulvers angewendet wird.
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Die Einschliessungen von Calciumdisilizid und Silizium karbid, die
in der Zusammensetzung vorhanden und verschleissfest sind, verbessern die Verschleissfestigkeit
des Reibwerkstoffs auf Eisenbasis.
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Die Erhöhung der Verschleissfestigkeit hängt mit dem von Graphit
Vorhandensein1 in der Zusammensetzung zusammen, da dieser einen Festschmierstoff
darstellt, sowie von Nickelsulfat, das beim Sintern Eisensulfide bildet, welche
beim Reiben die Schleifteilchen wie Glaskristall, Asbests Siliziumkarbid umhüllen,
abbröckeln, in die Reibungszone gelangen'und die Schleifeigenschaften dieser Teilchen
wie auch den Verschleiss reduzieren.
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Die Einführung der obengenannten Schleifteilchen in die Zusammensetzung
erhöht andererseits den Reibungskoeffizient bei der
Arbeit unter
Trockenreibungsbedingungen und mit Schmiermittein,'einschliesslich Schmieröl. Das
universale Verhalten verleihen dabei dem gesinterten Reibwerkstoff auf Eisenbasis
die Asbestteilchen, da diese einen niedrigen Benetzungsgrad im öl aufweisen und
damit ihre Schleifeigenschaften bei Trockenreibung und Schmierung fast ähnlich zur
Geltung bringen.
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Das Vorhandensein von Silizium und Calciumzdisilizid in der Zusammensetzung,
welche eine feste Adhäsionshaftung mit dem Basiswerkstoff nämlich mit dem Eisen
haben, verbessert die mechanischen Eigenschaften des gesinterten Re.ibwerkstoffs
auf Eisenbasis.
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Folgendes Verhältnis der Komponenten im gesinterten Reibwerkstoff
auf Eisenbasis (in Massenprozent) ist zu empfehlen: Kupfer 2 Nickelsulfat 4 Graphit
4 Sitall 1 Kalziumdisilizid 7 Silizium l,5 Siliziumkarbid 0,5 Eisendisilizid 1 Asbest
3 Eisen 76 einer Diese Zusammensetzung gewährleistet die Erzielung 7 höheren Verschleissbeständigkeit,
Festigkeit und des Reibungskoe£fizienbss bei der Arbeit sowohl ohne als auch mit
Schmier-Uflgo Das wird durch das optimale Verhältnis von Calcium und Eisendiailizid,
Silizium und Siliziumkarbid gesichert, die eine
erhöhte Festigkeit
und Verschleissbeständigkeit des gesinterten Reibwerkstoffs auf Eisenbasis gewährleisten,
und von Asbest -einem Schmiermittel, der seinerseits einen hohen Reibungskoeffizient
gewährleistet.
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Die Pulver von Graphit und Silikokalzium, das aus Kalzium-und Eisendisiliziden,
Silizium und Siliziumkarbid besteht, werden bei einer Temperatur von 150oC getrocknet.
Alle Ausgangspulver werden dann durch Siebe ausgesiebt und ausgehend von ihrem Anteil
in Massenprozent gewogen: Kupfer 1 bis 5, Nickelsulfat 3, bis 6, Graphit 4 bis 8,
Sitall 1 bis 3, Kalziumdisilizid 3 bis 10, Silizium 0,4 bis 2, Siliziumkarbid 0,2
bis 1, Eisendisilizid 0,2 bis 2, Asbest 0,5 bis 5, Eisen - Restgehalt.
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Sämtliche Komponenten werdenfin einem Mischer vermischt> in Gegenwart
einer neutralen Flüssigkeit, die z.B. öl sein kann Die zubereitete Beschickung wird
in einer Pressform unter einem spezifischen Druck von 4 Mp/cm2 gepresst und die
fertigen Erzeugnisse in Form von Friktionsauflagen werdenunter gleichzeitiger Ansinterung
auf einem Stahlträger unter einem Druck von 20 kp/cm einer und - / Temperatur von
10300C innerhalb von 3 Stunden gesintert.
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Die erhaltenen gesinterten Reibwerkstoffe auf Eisenbasis der werden
beziiglichlFriktions- und Festigkeitseigenschaften geprü9t.
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einem Die Friktionsprüfungen werden auf / Stand durchgeführt, der
nach dem Prinzip der Bremsung von rotierenden trägen Massen funktioniert Die mechanischen
Eigenschaften werden auf genormten Vorrichtungen gemessen.
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Der Verschleiss des erhaltenen gesinterten Reibwerkstoffs auf Eisenbasis
nach 100 Bremsungen beträgt mit Schmierung 4 bis
8 Mikron, ohne
Schmierung 15 bis 18 Mikron, der Reibungskoeffizient mit Schmierung beträgt 0,13
bis 0,14 und ohne Schmierung die 2und die 0,38 bis 0,40; die Bruchfestigkeit beträgt
12,3 bis 13 kp/m ,/Schlag zähigkeit 0,7 kp.m/cm2.
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In, Vergleich zu den bekannten gesinterten Reibwerkstofauf Eisenbasis
ist die Verschleissfestigkeit des gesinterten Reibwerkstoffs auf Eisenbasis der
obenerwähnten Zusammensetzung um das 1,5 bis 3fache bei Flüssigkeitsschmierungsbedingungen
und um das 1,4 bis l,7fache bei Trockenreibung gestiegen, der Reibungskoeffizient
entsprechend um das 1,2 bis 1,4fache bzw. um das 1,2 bis 1,3fache, die Bruchfestigkeit
ist um das 1,3fache gestiegen und die Schlagzähigkeit um das 1,2fache.
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Zum besseren Verständnis dieser Erfindung seien folgende konkrete
Beispiele angeführt.
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Beispiel 1 Pulver von Graphit und Silikokalzium, das Kalziutndisilizid,
Silizium, Siliziumkarbid und Eisendisilizid enthält, werden bei einer Temperatur
von 1500C getrocknet. Sämtliche Ausgangspulver werden dann durch Siebe ausgesiebt
und ausgehend von, folgenden Verhältnis (in Massenprozent): Kupfer 5, Nickelsulfat
3, Graphit 8, Sitall 3,Ealziumdisilizid 3, Silizium 0,4, Siliziumkarbid,O,2, Eisendisilizid
0,4, Asbest 5, Eisen 72 gewogen und in einem Mischer in Gegenwart von öl (0,5 Prozent
des Beschickungsgewichts) innerhalb von 10 Stunden vermischt. Die zubereitete Beschickung
wird in einer Pressform unter dem spezifischen Druck von 4 Mp/cm²gepresst und die
fertigen Erzeugnisse in ?orm unter von Friktionsauflagen werden in einem Schachtofen
/ gleichzeitiger Ansinterung auf einem Stahlträger unter einem Druck von 15 2 einer
Temperatur von 1030°C innerhalb von 3 Stunden gesinkplcm undeinerEemperatur von
lO30°C innerhalb/3 tert.
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Friktions- und mechanische Prüfungen lassen folgende Eigenschaften
des Werkstoffes feststellen? Schlagzähigkeit 0,7 kp.m/cm2 Bruchfestigkeit 12,5 kp/mm2
Reibungskoeffizient ohne Schmierung 0,38 Reibungskoeffizient mit Schmierung 0,13
Verschleiss des Werkstoffes nach 100 Bremsungen ohne Schmierung 19 Mikron mit Schmierung
8 Mikron Beispiel 2 Der nach Beispiel 1 aus Pulvern in einem Massenprozentverhältnis
von: Kupfer 1, Nickelsulfat 6, Graphit 3, Sitall 1, Kalziumdisilizid 10, Silizium
2, Siliziumkarbid 1, Eisendisilizid 2, Asbest 1, Eisen 73 hergestellte gesinterte
Reibwerkstoff auf Eisenbasis hat folgende Kennwerte: Schlagzähigkeit 0,7 kp.m/cm2
Bruchfestigkeit 12,8 kp/mm2 Reibungskoeffizient ohne Schmierung 0,38 Reibungskoeffizient
mit Schmierung 0,13 VerschleisX nach 100 Bremsungen ohne Schmierung 17 Mikron mit
Schmierung 6 Mikron Beispiel 3 Der nach Beispiel 1 aus Pulvern in einem Massenprozentverhältnis
von: Kupfer 2, Nickelsulfat 4, Graphit 4, Sitall 1, Kalziumdisilizid 7, Silizium
1,5, Siliziumkarbid ob 5, Eisendisilizid lO, Asbest 3, Eisen 76 hergestellte gesinterte
Reibwerkstoff auf Eisenbasis hat folgende Kennwerte:
Schlagzähigkeit
0,7 kp.m/cm2 Bruchfestigkeit 13 kp/mm2 Reibungskoeffizient ohne Schmierung 0,40
Reibungskoeffizient mit Schmierung O,14 Verschleiss nach 100 Bremsungen ohne Schmierung
15 Mikron mit Schmierung 4 Mikron Beispiel 4 Der nach Beispiel l aus Pulvern in
einem Massenprozentverhältnis von: Kupfer 1, Nickelsulfat 3, Graphit' 4, Glaskristall
1, Kalziumdisilizid 3, Silizum 0,4, Siliziumkarbid 0,2, Eisendisilizid 0,4, Asbest
0,5, Eisen 86,5 hergestelltigesinterte Reibwerkstoff auf Eisenbasis hat folgende
Kennwerte: Schlagzähigkeit 0,6 kp.m/cm2 Bruchfestigkeit 12 kp/mm2 Reibungskoeffizient
ohne Schmierung 0,38 Reibungskoeffizient mit Schmierung 0,13 Verschleiss nach 100
Bremsungen ohne Schmierung 18 Mikron mit Schmierung 7 Mikron Beispiel 5 Der nach
Beispiel 1 aus Pulvern in einem Massenprozentverhältnis von: Kupfer 5, Nickelsulfat
6, Graphit 8, Glaskristall 3, Kalziumdisilizid 10, Silizium 2, Siliziumkarbid 1,
Eisendisilizid 2, Asbest 5, Eisen 58 hergestellte gesinterte Reibwerkstoff auf Eisenbasis
hat folgende Kennwerte: Schlagzähigkeit 0,7 kp.m/cm2 Bruchfestigke it 12,5 tp/mm2
Reibungskoeffizient
ohne Schmierung 0,39 Relbungukoeffizient mit Schmierung -0,14 Verschleiss nach 100
Bremsungen ohne Schmierung 17 Mikron mit Schmierung 8 Mikron