DE3137273C2

DE3137273C2 - Gesinterter Reibwerkstoff auf Eisenbasis

Info

Publication number: DE3137273C2
Application number: DE3137273A
Authority: DE
Inventors: Efim I. Minsk Fischbein; Walerij A. Genkin; Ewgenij M. Komarow
Original assignee: NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT POROSKOVOJ METALLURGII BELORUSSKOGO POLITECHNICESKOGO INSTITUTA MINSK SU
Current assignee: NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT POROSKOVOJ METALLURGII BELORUSSKOGO POLITECHNICESKOGO INSTITUTA MINSK SU
Priority date: 1981-09-18
Filing date: 1981-09-18
Publication date: 1985-01-31
Also published as: DE3137273A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Pulvermetall urgie und genauer auf gesinterte Reibwerkstoffe auf Eisenbasis. Erfindungsgemäß sind in einen gesinterten Reibwerkstoff auf Eisenbasis, der Kupfer, Nickelsulfat, Graphit, Glaskristall (Sitall) enthält, Asbest, Kalziumdisilizid, Silizium, Siliziumkarbid, Eisendisilizid im folgenden Verhältnis der Komponenten in Massenprozent eingeführt: Kupfer 1 bis 5, Nickelsulfat 3 bis 6, Graphit 4 bis 8, Glaskristall 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 Rest.

Description

2. Gesinterter Reibwerkstoff auf Elsenbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er besteht _ aus (In Gew.-%):

Einschlüssen darstellen. Das Vorhandensein der festen Teilchen In der Oberflächenschicht erhöht die Verschleißbeständigkeit des Werkstoffes, da unter Einfluß der Kraftelnwlrkungen die festen Einschlüsse,

s günstig zur gekoppelten Oberfläche angeordnet, die Hauptbelastung aufnehmen. Bei einer schlechten Kohäsion der festen Teilchen mit dem Baslswerkstoff werden diese Teilchen abbröckeln und können. Indem sie In die Reibungszone gelangen, den Verschleiß erhöhen.

Bekannt Ist ein gesinterter Reibwerkstoff auf Elsenbasis (z. B. Ignatov L. u. a. »Herstellung von Reibwerkstoffen auf Elsenbasis«, Verlag »Metallurglja«, M., 1968) folgender Zusammensetzung (in Gew.-%):

2	96 Kupfer,
4	% Nickelsulfat.
4	96 Graphit,
1	% glaskeramischem Material
1	% Elsendlslllzld,
3	% Asbest,
7	% Kalziumdlslllzld,
1,	5% Silizium,
0,	5% Siliziumkarbid und
76	% Eisen.

Kupfer

Graphit

Slllzlumdloxld Barlumsulfat

Asbest

Elsen

Ein anderer bekannter Reibwerkstoff auf Elsenbasis (siehe z.B. SU-PS 3 58 401) hat folgende chemische Zusammensetzung (In Gew.-9h):

25 Kupfer

Mangan

Bornitrid

Borkarbid

Siliziumkarbid Molybdändlsulfld

9 bis 25% 6,5 bis 109b 6 bis 12% bis 15% bis 6% bis 5% Rest

Die Erfindung bezieht sich auf gesinterte Reibwerkstoffe auf Elsenbasis.

Die vorliegende Erfindung kann In Reibeinheiten von Autos, Traktoren, Flugzeugen, Straßenbaumaschine!! sowie anderen Mechanismen, die unter Bedingungen der Trockenreibung und Flüssigkeitsschmierung funktlonleren, angewendet werden.

Welt bekannt sind gesinterte Reibwerkstoffe auf Elsenbasis für die Arbelt unter Bedingungen der Trokkenrelbung und Flüssigkeitsschmierung.

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 Fressen. Für gesinterte Reibwerkstoffe Ist beim so Reiben die Bildung einer Oberflächenschicht kennzeichnend, derer Plastizität und Viskosität durch die Zusammensetzung des Reibwerkstoffs bedingt 1st.

Die Oberflächenschicht, die bei Raumtemperaturen und besonders bei erhöhten Temperaturen Im Vergleich zum Hauptanteil des gesinterten Reibwerkstoff plastischer Ist, sichert eine Bildung des positiven Gefälles der mechanischen Eigenschaften In Tiefenrichtung und widersteht gut der Umverformung. Die Plastizität der Oberflächenschicht fördert eine Reduzierung der lokalen spezifischen Drücke, eine Senkung der Oberfiächentemperaturen sowie eine Verbesserung des Elnlaufvermögens. Das F.lnlaufen Ist ein Vermögen des Relbwerkstofl's, seine 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 der. Komponenten der Basis mit !einen festen Ein weiterer bekannter gesinterter Reibwerkstoff auf Elsenbasis (siehe z.B. SU-PS 3 79 665) hat folgende chemische Zusammensetzung (In Gew.-%):

Kupfer

Zinn

Barlumsulfat

Graphit

Molybdändlsulflt

glaskeramisches Material

Blei

Elsen

1 bis
0,5 bis

4
2

0,1

bis 5% bis 10% bis 6% bis 30% bis 4% Rest

Die festen Einschlüsse von Slllzlumdloxld, Borkarbid, Siliziumkarbid, Asbest, Elsenkarbid und ElsendlD-oxld, die In den bekannten obenangegebenen Werkstoffen als die Reibungszahl erhöhende Schleifzusätze vorhanden sind, verursachen hohe Temperaturen bis 900° C auf der Oberfläche der Paarung Werkstoff-Gegenkörper beim Reiben.

Beim Reiben nimmt die Temperatur mit der spezifischen Druckerhöhung und Gleltgeschwlndlgkeltsstelgerung der gekoppelten Werkstoffe zu.

Unter Trockenrelbungsbedlngungen beginnt eine Reaktion der metallischen Komponenten, z. B. Elsen, Kupfer, Blei, die die Basis des Werkstoffes zusammensetzen, mit dem Sauerstoff der Luft unter Bildung verschiedener Oxide. Die gesinterten Reibwerkstoff auf Elsenbasis sind heterogen und porös, weshalb auf Ihrer Oberfläche eine durchgangige Oxidschicht fehlt. Das führt zum Zerlall der Oxide beim Reiben, und feste Teilchen gelangen als Mlkroschlelfmlttel In die Reibungszone und verursachen einen erhöhten Verschleiß.

Die mit der thermischen Oxydation verbundenen Strukturilndcrungen führen zur Verschlechterung der

Festigkeitseigenschaften "n den Oberflächenschlchten. Es steigert sich die Sprödlgkelt des Werkstoffes und. Infolgedessen, bei größeren (bis 600 N/cm²) für die Anwendung dieser Werkstoffe zulässigen Belastungen verschlechtert sich wegen der eventuellen RIß- und Bruchblldung sein Verhalten unter Druckbeanspruchung.

Die bekannten gesinterten Reibwerkstoffe m( Elsenbasis verfügen also unter Bedingungen der Trockenreibung und Flüssigkeitsschmierung über eine niedrige Verschleißfestigkeit und ungenügende Festigkeitseigenscharten und gewährleisten keine erforderliche Lebensdauer der Reibungseinheiten, In denen die obenerwähnten bekannten gesinterten Reibwerkstoffe Verwendung finden.

Der technlschsn Lösung nach und auch bezüglich der erzielbaren Ergebnisse steht ein gesinterter Reibwerkstoff gemäß der SU-PS 5 03 927 der Erfindung am nächsten, er weist folgende Zusammensetzung (In Gew.-*) auf:

Asbest
Elsen

0,5 bis 5% Rest

Kupfer	4 bis 15%
Nickelsulfat	2 bis 8%
Graphit	4 bis 10%
glaskcramlsches Material	2 bis 10%
Blei	2 bis 8%
Elsen	Rest

In der Zusammensetzung dieses gesinterten ReIbwcrkstoffes auf Elsenbasis wird ein glaskeramisches Material eingeschlossen, der mit dem Basiswerkstoff schwach verbunden Ist und darum den gesamten gesinterten Reibwerkstoff entfestigt.

Infolge des hohen Schleifteilchengehaltes In dem bekannten gesinterten Reibwerkstoff auf Elsenbasis sind seine Verschleißbeständigkeit und Festigkeit Ungenügend hoch.

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 Elsensulfide beim Sintern teilnimmt, den Reibungskoeffizient. Der Reibungskoeffizient Ist besonders niedrig beim Betreiben des gesinterten Reibwerkstoffs auf Elsenbasis unter Bedingungen der Trockenrelbung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch die Zusammenstellung der Komponenten eines gesinterten Relbwerksloffs auf Elsenbasis seine Verschlelßbcständigkelt. Festigkeit sowie den Reibungskoeffizient bei der Arbelt unter Bedingungen der Trockenreibung und Flüssigkeitsschmierung zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Erzeugung eines gesinterten Reibwerkstoffs auf Elsenbasis, der aus Kupfer, Nickelsulfat, Graphit, glaskeramisches Material besteht und erfindungsgemäß auch Asbest, Calclumdlsllizid, Silizium, Siliziumkarbid und Elsendlslllzld bei folgendem Verhältnis der Komponenten In Gew.-* enthält:

Der erfindungsgemäße Reibwerkstoff auf Eisenbasis 1st universal und für das Betreiben unter Bedingungen der Trockenreibung und Flüssigkeitsschmierung geeignet.

Trotz der komplizierten chemischen Zusammensetzung ist die Technologie der Herstellung von diesem gesintertem Reibwerkstoff auf Eisenbasis nicht erschwert, well Calcium- und Elsendislllzlde, Silizium und Siliziumkarbid eine Legierung darstellen, die als Slllkokalzlum bezeichnet und im Form eines Pulvers angewendet wird.

Die Einschüsse von Calclumdislllzid und Siliziumkarbid, die In der Zusammensetzung vorhanden und verschleißfest sind, verbessern die Verschleißfestigkeit des Reibwerkstoffs auf Elsenbasis.
Die Erhöhung der Verschleißfestigkeit hängt mit dem Vorhandensein von Graphit in der Zusammensetzung zusammen, da dieser einen Festschmierstoff darstellt, sowie von Nickelsulfat, das beim Sintern Eisensulfide bildet, welche beim Reiben die Schleifteilchen wie glaskeramisches Material, Asbest, Siliziumkarbid umhüllen, abbröckeln, In die Reibungszone gelangen und die Schleifelgenschaften dieser Teilchen wie auch den Verschleiß reduzieren. Die Einführung der obengenannten Schleifteilchen In die Zusammensetzung erhöht andererseits den Reibungskoeffizient bei der Arbelt unter Trockenrelbungsbedlngungen und mit Schmiermitteln, einschließlich Schmieröl. Das universale Verhalten verleihen dabei dem gesinterten Reibwerkstoff auf Elsenbasis die Asbestteilchen, da diese einen niedrigen Benetzungsgrad im Öl aufweisen und damit Ihre Schleifeigenschaften bei Trockenreibung und Schmierung fast ähnlich zur Geltung bringen.

Das Vorhandensein von Silizium und Calclumdislllzid In der Zusammensetzung, welche eine feste Adhäslonshaflung mit dem Basiswerkstoff, nämlich mit dem Elsen haben, verbessert die mechanischen Eigenschaften des gesinterten Reibwerkstoffs auf Elsenbasis.

Folgendes Verhältnis der Komponenten Im gesinterten Reibwerkstoff auf Elsenbasis (In Gew.-?t>) ist zu empfehlen:

Kupfer

Nickelsulfat

Graphit

glaskcramlsches Material

Kalzlumdlslllzld

Silizium

Siliziumkarbid

Elsendlslllzld

Asbest

Elsen

Kupier	I	bis 5'Λ
Nlckelsullat	3	bis 6·\
Graphit	4	bis 8'*
glaskeramlsches Material	I	bis 3'Λ
Kalzlumdlslllzld	3	bis 10",
Silizium	0,4	bis 291.
Siliziumkarbid	0.2	bis \'\
Elsendlslllzld	0.2	bis 2¹^

Diese Zusammensetzung gewährleistet die Erzielung einer höheren Verschlelßbeständlgkelt, Festigkeit und des Relbungskoefflzlentens bei der Arbelt sowohl ohne als auch mit Schmierung. Das wird durch das optimale Verhältnis von Calcium und Eisendlslllzid, Silizium und Siliziumkarbid gesichert, die eine erhöhte Festigkeit und Verschlelßbeständlgkelt des gesinterten Reibwerkstoffs auf Elscnbasls gewährleisten, und von Asbest - einem Schmiermittel, der seinerseits einen hohen Relburigskoeifi/ieni gewährleistet.

Die Pulver von Graphit und Slllkokalzlum, das aus Kalzium- und Elsendlslllzldcn. Silizium und Silizium-

karbld besteht, werden bei einer Temperatur von 150° C , getrocknet. Alle Ausgangspulver werden dann durch Siebe ausgesiebt und ausgehend von Ihrem Anteil (in Gew.-%) gewogen: Kupfer 1 bis 5«, Nickelsulfat 3 bis 6%, Graphit 4 bis 8%, glaskerarr Wehes Material 1 bis 3%, Kalziumdisllizld 3 bis 10%, Silizium 0,4 bis 2%, Siliziumkarbid 0,2 bis 1%, Elsendlsllizld 0,2 bis 2%, Asbest 0,5 bis 5%, Elsen - Restgehalt.

Sämtliche Komponenten werden in Gegenwart einer neutralen Flüssigkeit, die z. B. Öl sein kann. In einem Mischer vermischt.

Die zubereitete Beschickung wird in einer Preßform unter einem spezifischen Druck von 40 kN/cm² gepreßt und die fertigen Erzeugnisse In Form von Friktlonsauflagen werden unter gleichzeitiger Ansinterung auf einem Stahlträger unter einem Druck von 200 N/cm² und einer Temperatur von 1030° C innerhalb von 3 Stunden gesintert.

Die erhaltenen gesinterten Reibwerkstoffe auf Elsenbasis werden bezüglich der Friktlons- und Festlgkeltseigenschaften geprüft. Die Friktionsprüfungen werden auf einem Stand durchgeführt, der nach dem Prinzip der Bremsung von rotierenden trägen Massen funktioniert.

Der Verschleiß des erhaltenen gesinterten Reibwerk-Stoffs auf Elsenbasis 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 0.38 bis

Schlagzähigkeit 7 N.m/cm² Bruchfestigkeit 123 N/mm' 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 Verhältnis von: Kupfer 1%, Nickelsulfat 6%, Graphit 3%, glaskera-•nlsches Material 1%, Kalziumdisllizld 10%, Silizium 2%, Siliziumkarbid 1%, Elsensdlslllzid 2%, Asbest 1%, Eisen 73*, hergestellte gesinterte Reibwerkstoff auf Eisenbasis hat folgende Kennwerte:

Schlagzähigkeit 7 N · m/cm²

Bruchfestigkeit 126 N/mm²

Reibungskoeffizient ohne Schmierung 0,38 Reibungskoeffizient mit Schmierung 0,13 Verschleiß nach 100 Bremsungen ohne Schmierung

mit Schmierung

17 Mikron 6 Mikron

Beispiel 3 Der nach Beispiel 1 aus Pulvern In einem Verhältnis

0,40; die Bruchfestigkeit beträgt 12,0 bis 127 N/m , und 30 von: Kupfer 2%, Nickelsulfat 4%, Graphit 4%, glaskera-

dle Schlagzähigkeit 7 N.m/cm¹.

Im Vergleich zu den bekannten gesinterten Reibwerkstoffen auf Eisenbasis Ist die Verschleißfestigkeit des gesinterten Reibwerkstoffs auf Elsenbasis der obenerwähnten Zusammensetzung um das 1,5- bis 3fache bei Flüsslgkeitsschmlerungsbedlngungen und um das 1,4-bls ljfachfi bei Trockenreibung gestiegen, der Reibungskoeffizient entsprechend um das 1,2- bis l,4fache bzw. um das 1,2- bis l,3fache, die Bruchfestigkeit Ist um das l,3fache gestiegen und die Schlagzählgkeit um das l,2fache.

Zum besseren Verständnis dieser Erfindung seien folgende konkrete Beispiele angeführt.

misches Material 1%, Kalziumdisllizld 7%, Silizium 1,5%, Siliziumkarbid 0,5%, Elsendlsllizld 1,0%, Asbest 3%, Elsen 76%, hergestellte gesinterte Reibwerkstoff auf Elsenbasis hat folgende Kennwerte:

Schlagzähigkeit 7 N · m/cm²

Bruchfestigkeit 128 N/mnr

Reibungskoeffizient ohne Schmierung 0,40

Reibungskoeffizient mit Schmierung 0,14 Verschleiß nach 100 Bremsungen

ohne Schmierung 15 Mikron

mit Schmierung 4 Mikron

Beispiel 4 B e I s ρ I e 1 1 45

Der nach Beispiel 1 aus Pulvern In einem Verhältnis

Pulver von Graphit und Slllkokalzlum, das Kalzium- von: Kupfer 1%, Nlckelsuifat 3%, Graphit 44., glaskeradlslllzld, Silizium, Siliziumkarbid und Elsendlsllizld misches Material 1%, Kalziumdisllizld 3%, Silizium enthält, werden bei einer Temperatur von 150°C 0,4%, Siliziumkarbid 0,2%, Elsendlsllizld 0,4%, Asbest getrocknet. Sämtliche Ausgangspulver werden dann 50 0,5%, Elsen 86,5% hergestellte gesinterte Reibwerkstoff durch Siebe ausgesiebt und ausgehend vom folgenden auf Elsenbasis hat folgende Kennwerte: Verhältnis (In Gew.-%): Kupfer 5%, Nickelsulfat 3%, Graphit 8%, glaskeramisches Material 3%, Kalziumdisllizld 3%, Silizium 0,4%, Siliziumkarbid 0,2%, Elsendlsllizld 0,4%, Asbest 5%, Elsen 72% gewogen und In 55 einem Mischer In Gegenwart von öl (0,5% des Beschlkkungsgewichts) Innerhalb von 10 Stunden vermischt. Die zubereitete Beschickung wird In einer Preßform unter dem spezifischen Druck von 40 kN/cm² gepreßt und die fertigen Erzeugnisse in Form von Friktionsauf- 60 lagen werden In einem Schachlofen unter gleichzeitiger Ansinterung auf einem Stahlträger unter einem Druck von 150 N/cm² und einer Temperatur von 1030" C Innerhalb von 3 Stunden gesintert.

Frlktlons- und mechanische Prüfungen lassen folgende Eigenschaften des Werkstoffes feststellen:

Schlagzähigkeit 6 N ■ m/cm²

Bruchfestigkeil 116 N/mm²

mil Schmierung

18 Mikron 7 Mikron

13 c 1 s ρ I c I 5

Der nach Beispiel I aus Pulvern In einem Verhältnis von: Kupfer 5'\,. Nlckelsuifat 6%, Graphit 8%, glaskeramisches Material 3%. Kalziumdisllizld 10%, Silizium 2",,, Siliziumkarbid 1%. Elsendlsllizld 2"„, Asbest 5"„, Elsen 58%, hergestellte gesinterte Reibwerkstoff auf FJsenbasls hat folgende Kennwerte:

Schlagzähigkeit 7 N · m/cm²

Bruchfestigkeit 123 N/mm²

Reibungskoeffizient ohne Schmierung 0,39

Reibungskoeffizient mit Schmierung 0,14 Verschleiß nach 100 Bremsungen

ohne Schmierung 17 Mikron mit Schmierung 8 Mikron

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Gesinterter Reibwirkstoff auf Elsenbasis, bestehend aus (In Gew.-9b):

1 bis 5% Kupfer,

3 bis 6% Nickelsulfat,

4 bis 8% Graphit,

1 bis 3% glaskeramischem Material,

3 bis 10% Kalziumdlslllzld,

0,4 bis 2% Silizium,

0,2 bis 1% Siliziumkarbid,

0,2 bis 2% Eisendlsollzld,

0,5 bis 59b Asbest und Elsen als Rest.