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Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Pulver
metallurgie, genauer auf gesinterte Reibstoffe und insbesondere auf gesinterte Reibstoffe
auf Eisenbasis.
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Die vorliegende Erfindung kann in Reibeinheiten von Krapftfahrzeugen,
Traktoren, Flugzeugen, Hebezeugen, Strassenbaumaschinen, Landmaschinen, Werkzeugmaschinen,
Haushaltageraten und anderen Einrichtungen verwendet werden, die unter Bedingungen
einer Reibung mit Schmierung bei den mittelschweren Betriebs bedingungen (Drehzahl
des Reibungsselementes bis 9 m/sek, spezifischer Druck bis 25 kp/cm2) arbeiten.
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Es sind gesinterte Reibstoffe auf Eisenbasis bekannt, die für den
Eisatz unter Bedingungen mit trockener Reibung und Reibung mit Schmierung ausgelegt
sind.
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Die gesinterten (porösen) Reibstoffe bestehen aus metallischen und
nichtmetallischen Komponenten. Die metallischein Komponenten verleihen dem Reibstoff
eine Festigkeit, die nichtmetallischen steigern den Reibungsbeiwert und vermindern
die Neigung zum Festfressen. Die gesinterten Reibstoffe zeichen sich dadurch aus,
dass im Laufe eines Reibungsvorgangs eine duale Oberflachenschicht gebildet wird,
deren Plastizitat und Viskosität durch die den Stoff bildenden Komponenten bestimmt
sind.
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Die Oberflächenschicht, die bei Raumtemperatur und insbesondere bei
erhöhten Temperaturen plastischer als das Hauptvolumen des Reibstoffes ist, sorgt
für das Zustandebringen eines positiven Gefälles der mechanischen Eigenschaften
über die Stofftiefe und widersteht gut der Umverformung. Die Plastizität der Oberflächenschicht
trägt zu einer Herabvsetzung der lokalen spezifischen Druckwerte und der Oberflächentemperatur
sowie einer Steigerung des Einlauf vermögens bei. Als Einlauf vermögen gilt die
Eigenschaft eines Reibstoffes, seine tatsachliche Analagefläche durch Verschleiss
bzw. plastische Verformung zu vergrossern.
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Die Oberflächenschicht von gesinterten Reibstoffen soll ein heterogenes
Gefuge haben, d.h. sie soll ein Gemisch der Grundstoffkomponenten mit feinen festen
Einschlüssen dar-
stellen. Das Vorhandensein von festen Partikeln
in der Oberflächenschicht steigert die Verschleissfestigkeit eines gesinterten reibstoffes,
weil unter Krafteinwirkung die festen Einschlüsse, die sich in bezug auf die Gegenfläche
günstig lagern, die Hauptbelastung übernehmen. Bei einer schlech ten Kohäsion der
festen Partikeln mit dem Grundstoff bröckeln diese bei höheren Gleitgeschwindigkeiten
aus und können, indem sie in den Heibungsbereich gelangen, den Verschleiss vergrössern.
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Es ist ein gesinterter Reibstoff auf Eisenbasis bekannt (siehe z.B.
Ignatov L.N. u.a., Herstellung von Reibstoffen auf Eisenbasis, Verlag "Metallurgia
", M., 1968) mit der folgenden chemischen Zusammensetzung in Mass.-%; Kupfer . .
. . . . . . . . . . . . 15 Graphit . . ; . . . . . . . . . . 9 Siliziumoxid . .
. . . . . . . . 3 Bariumsulfat . . . . . . . . . . 6 Asbest . . . . . . . . . .
. . . 3 Eisen . . . . . . . . . . . . . Rest.
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Ein anderer bekannter gesinterter Reibstoff auf Eisenbasis (s. zum
Beispiel SU-PS 358401) hat die folgende chemische Zusammensetzung in Mass.-%: Kupfer
. . . . . . . . . . . . 9 - 25 Mangan . . . . . . . . . . . 6,5 - 10 Bornitrid .
. . . . . . . . . 6 - 12 Borkarbid . . . . . . . . . . 8 - 15 Siliziumkarbid . .
. . . . . . 1 - 6 Molybdändisulfid . . . . . . . 2 - 5 Eisen . . . . . . . . . .
. . . Rest.
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Ein weiterer bekannter gesinterter Reibstoff auf Eisenbasis (s. z.B.
SU-PS 503927) hat die folgende chemische Zusammensetzung in Mass.-%: Kupfer . .
. . . . . . . . . . 4,0 - 15,0 Nickelsulfat . . . . . . . . . . 2,0 - 8,0 Graphit
. . . . . . . . . . . . 4,0 - 10 Sitall . . . . . . . . . . . . . 2,0 - 10,0 Blei
. . . . . . . . . . . . . . 2,0 - 8,0 Eisen . . . . . . . . . . . . . Rest.
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Die festen Partikeln von Siliziumoxid, Borkarbid, Siliziumkarbid,
Asbest, Eisenkarbid und eisenoxid, die in den bekannten gesinterten Reibstoffen
auf Eisenbasis als Zusätze zwecks Steigerung ihres Reibungskoeffizienten enthalten
sind, bewirken hohe (bia 900°C) Temperaturen auf der Oberflache des gekoppelten
Paares Reibstoff - Gegenkörper bei einer Reibung.
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Die mit einer Hochtemperaturoxydierung verbundenen Gefügeänderungen
fuhren eine Herabsetzung der Festigkeitseigenschaften in den Oberflächenschichten
herbei. Es wird die Sprödigkeit der gesinterten Reibstoffe gesteigert und dadurch
arbeiten sie schlecht auf Druck infolge einer möglichen Rissbildung bzw. Zerstörung.
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Daher besitzen die bekannten gesinterten Reib-Stoffe auf Eisenbasis
beim Betrieb unter Bedingungen von Reibung mit Schmierung eine niedrige Verschleissfestigkeit
auch nicht und unzureichende Festigkeitseigenschaften. Darum sichern erforderliche
Betriebsdauern von Friktionseinheiten, in denen Sie zur Anwendung kommen.
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Dem technischen Wesen und dem erzielbaren Effekt nach ist ein gesinterter
Reibstoff auf Eisenbasis (s. zum Beispiel SU-PS 379665) n"achstliegend, der die
folgende chemische Zusammensetzung in Mass.-% aufweist: Kupfer . . . . . . . . .
. . . . 1,0 - 3,0 Bariumsulfat . . . . . . . . . . 3,0 - 5,0 Graphit . . . . . .
. . . . . . 4,0 - 10,0 Sitall . . . . . . . . . . . . 1,0 - 3,0 Blei . . . . . .
. . . . . . . . 0,1 - 4,0 Molidbändisulfid . . . . . . . . 2,0 - 6,0 Zinn . . .
. . . . . . . . . . . 0,5 - 2,0 Eisen . . . . . . . . . . . . . Rest Eine der Komponenten
des vorstehend angegebenen bekannten gesinterten Reibstoffe8 auf Eisen basis ist
Sitall, das keine chemische Bindung mit dem Grundstoff, nämlich dem Eisen, hat und
infolgedessen den ganzen Stoff entfestigt, was eine Verminderung der Verschleissfestigkeit
bewirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Wahl der Komponenten
eines gesinterten Reibstoffs auf Eisenbasis
dessen Verschleissfestigkeit
bei einer Reibung mit Schmierung unter mittelschweren Betriets bedingungen zu steigern.
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Diese Aufgabe wird durch die Entwicklung eines gesinterten Reibstoffes
auf Eisenbasis, enthaltend Kupfer, Zinn, Bariumsulfat, Graphit, Sitall, Blei gelöst,
in dem erfindungsgemass Bornitrid bei folgendem Komponentenverhältnis in Mass.-%
zugesetzt ist: Kupfer . . . . . . . . . . 1,5 - 3,0 Zinn . . . . e . . . e . . .
. . 1,0 - 2,0 Bariumsulfat . . . . . . . . 4,0 - 8,0 Graphit . . . . . . . . . .
1,0 - 8,0 Bornitrid . . . . . . . . . 0,5 - 4,0 Sitall . . . . . . . . . . 1,0 -
5,0 Blei . . . . . . . . . . . 10 - 20,0 Eisen . . . . . . . . . . . Rest.
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Zur Zusammensetzung dieses gesinterten reibstoffes auf Eisenbasis
gehort Bornitrid, das an sich eine Starrschmiere darstellt, die bei der Sinterungstemperatur
nicht ausseigert und nicht zerfällt, wie es für Molybdändisulfid der Fall ist, das
zur Zusammensetzung des bekannten vorstehend angegebenen gesinterten Reibstoffs
auf Eisenbasis gehört. Bornitrid behält seine Schmiereigenschaften bei der Sinterungstemperatur
bei und trägt zur Bildung im Reibungsbereich eines Films # zwischen dem reistoff
und dem Gegenkörper bei. Dieser Film verhindert ein Eindringen in den Reibungsbereich
der Schleifpartikeln, die einen Stoffverschleiss beschleunigen.
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Auf diese Weise steigert das im gesinterten Reistoff auf Eisenbasis
mit der vorgeschlagenen Zusammensetzung enthaltene Bornitrid dessen Verschleissfestigkeit.
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Es ist zweckmässig, wenn das Komponentenverhältnis im gesinterten
Reistoff auf Eisenbasis in Mass.-% beträgt: Kupfer . . . . . . . . . . . . . . .
3,0 Zinn . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,0 Bariumsulfat . . . . . . . . . .
6,0 Graphit . * . . . . . . . . . . 2,0 Bornitrid . . . . . . . . . . . . . 2,0
Sitall . . . . . . . . . . . . . . . 3,0
Blei . . . . . . . . .
. . . 15,0 Eisen . . . . . . . . . . . . 67,0 Bei diesem Komponentenverhältnis ist
der Gehalt an Bornitrid im gesinterten Reibstoff auf Eisenbasis der optimale, weil
bei einer Steigerung des Bornitrids im gesinterten Reibstoff auf Eisenbasis ein
durch Bornitrid auf der Reibfläche gebildeter Film eine Flüssigkwitszufuhr zum Reibungsbereich
verhindert. Bei einem kleineren Gehalt an Bornitrid im gesinterten Reibstoff auf
Eisenbasis wird die Flüssigkeitszufuhr zum Reibungsbereich erleichtert und die Schleifpartikeln
werden durch Flüssigkeit in den reibungsbereich mitgerissen, wodurch der Verschleiss
gesteigert wird.
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Somit wird beim optimalen Gehalt an Bornitrid die Herstellung eines
höchste verschleissfestigkeit aufweisenden gesinterten Reibstoffes auf Eisenbasis
ermöglicht.
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Die neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den beiliegenden
Patentansprüchen festgelegt und die vorliegende Erfindung wird bei in der nachstehenden
eingehenden Beschreibung von Ausführungsvarianten näher erläutert Graphitpulver
wird bei der Temperatur von 150.0 getrocknet. Danach werden alle Ausgangspulver,
zu denen Kupfer, Zinn, Bariumsulfat, Bornitrid, Sitall, Blei und Eisen gehören,
gesiebt und entsprechend den Anteilen im Gemenge ab gewovgen, die in Mass.-% zu
betragen haben: Kupfer 1,5-3,0; Zinn 1,0-250; Bariumsulfat 4,0-8,0; Graphit 1,0-8,0;
Bornitrid 0,5-4,0; Sitall 1,0-5,0; Beli 10,0-20,0 Eisen-Rest. Alle Komponenten werden
in einem Mischer in Anwesenheit einer neutralen flüssigkeit, beispielsweise Öl vermischt.
Das zubereitete Gemenge wird in einer Pressform beim spezifischen Druck von 4 Mp/cm2
gepresst, die Presslinge werden in Form von Reibbelägen in einem Schachtofen unter
gleichzeitigem Anbrennen an eine Stahlunterlage unter dem Druck von 20 kp/cm2 und
bei der dem peratur von 10300C im Laufe von 3 Stunden gesintert.
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Die hergestellten gesinterten Reibstoffe auf Eisenbasis prüft man
auf Verschleissfestigkeit an einem Stand für Friktionsprüfungen, der nach dem Prinzip
einer Bremsung von sich drehenden Trägheitsmassen arbeitet. Nach 100 Bremsvorgängen
weisen sie einen Verschleiss von 2 bis 4 juni bei einem
Reibungskoeffizienten
von 0,10 bis 0,12 auf.
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Die Verschleissfestigkeit des erhaltenen gesinterten Reibstoffes
auf eisenbasis ist um das 3,2- bis das 6,5-fache höher, als die des bekannten vorstehend
angegebenen gesinterten Reibstoffes auf Eisenbasis0 Zum besseren Verständnis der
vorliegende Erfindung werden nachstehend einige konkrete Zusammensetzungsbeispiele
der gesinterten Reibstoffe auf Eisenbasis angeführt.
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Beispiel 1 Graphitpulver wird bei der Temperatur 1500C getrocknet.
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Dann werden alle Ausgangspulver durch die Siebe Nr:0100 und Nr. 0160
gesiebt, im folgenden Verhältnis in Mass.-% Kupfer 1,5: Zinn 1,0; Bariumsulfat 8,0:
Graphit 1,0; Bornitrid 4,0; Sitall 1,0; Blei 20,0; Eisen 63,5 gewogen und in einem
Mischer in Anwesenheit von Öl (0,5% von dem Gemenge) im laufe von 6 Stunden vermischt.
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Das zubereitete Gemenge wird in einer Pressform bei Druck von 3 Mp/cm²
gepresst, dann werden die Presslinge in einem Schachtofen unter gleichzeitigem Anbrennen
an eine Stahlunterlage unter dem Druck von 20 kp/cm2 bei der Temperatur von 1030O
im Laufe von 3 Stunden gesintert.
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Der hergestellte gesinterte Reibstoff auf Eisenbasis wird an einem
Stand für Friktionprüfungen geprt, der nach dem Grundsatz einer Bremsung von sich
drehenden Trägheitsmassen arbeitet. Dieser Reibstoff weist die folgenden Kennwerte
auf: Verschleiss nach 100 Bremsungen Reibungskoeffizient in Öl 0,12 Beispiel 2 Ein
gesinterte Reibstoff auf Eisenbasis wird so hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben,
wobei das Komponentenverhältnis der Ausgangspulver in Mass.-% Kupfer 3,0; Zinn 2,0;
Bariumsulfat 6; Graphit 2; Bornitrid 2; Sitall 3; Blei 15; Eisen 67 beträgt, Dieser
weist die folgenden Kennwerte auf: Verschleiss nach 100 Bremsungen 2,/um Reibungskoeffizient
0,11
Beispiel 3 Ein gesinterter reibstoff auf Eisenbasis wird so
hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben, wobei das Komponentenverhältnis der Ausgangspulver
i Mass.-% Kupfer 3,0; Zinn 2,0; Bariumsulfat 4,0; Graphit 8,0; Bornitrid 0,5; Sitall
5,0; Blei 10,0; Eisen 67,5 beträgt. Dieser weist die folgenden Kennwerte aufs Verschleiss
nach 100 Bremsungen 3 Juni Reibungskoeffizient in Öl 0,12 Beispiel 4 Ein gesinterter
Reibstoff auf Eisenbasis wird so hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben, wobei
das Eomponentenverhältnis der Ausgangspulver in Mass.-% Kupfer 1,5; Zinn 1,0; Bariumsulfat
4,0; Graphit 10; Bornitrid 0,5; Sital 1,0; Blei 10,0; Eisen 81 beträgt. Dieser weist
die folgenden Kennwerte auf: Verschleiss nach 100 Bremsungen 4 µm Reibungskoeffizient
in Öl 0,12 Beispiel 5 Ein gesinterter Reibstoff auf Eisenbasis wird so hergestellt
wie in Beispiel 1 beschrieben, wobei das Komponentenverhältnis der Ausgangspulver
in Mass.-% Kupfer 3,0; Zinn 2,0; Bariumsulfat 8,0; Graphit 8,0; Bornitrid 4,0; Sitall
5,0; Blei 20,0; Eisen 50,0 beträgt weist die folgenden Kennwerte auf: Verschleiss
nach 100 Bremsungen 3 µm Reibungskoeffiziert in Öl 0,10