EA005655B1 - Композитный материал для антифрикционных деталей - Google Patents

Композитный материал для антифрикционных деталей Download PDF

Info

Publication number
EA005655B1
EA005655B1 EA200200116A EA200200116A EA005655B1 EA 005655 B1 EA005655 B1 EA 005655B1 EA 200200116 A EA200200116 A EA 200200116A EA 200200116 A EA200200116 A EA 200200116A EA 005655 B1 EA005655 B1 EA 005655B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
graphite
copper
granules
iron
phosphorus
Prior art date
Application number
EA200200116A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200200116A1 (ru
Inventor
Сергей М. Романов
Дмитрий С. Романов
Original Assignee
Бэаринг Слайдинг Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Бэаринг Слайдинг Инк. filed Critical Бэаринг Слайдинг Инк.
Publication of EA200200116A1 publication Critical patent/EA200200116A1/ru
Publication of EA005655B1 publication Critical patent/EA005655B1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0089Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with other, not previously mentioned inorganic compounds as the main non-metallic constituent, e.g. sulfides, glass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M111/00Lubrication compositions characterised by the base-material being a mixture of two or more compounds covered by more than one of the main groups C10M101/00 - C10M109/00, each of these compounds being essential
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • F16C33/121Use of special materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/04Elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/04Elements
    • C10M2201/041Carbon; Graphite; Carbon black
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/04Elements
    • C10M2201/041Carbon; Graphite; Carbon black
    • C10M2201/042Carbon; Graphite; Carbon black halogenated, i.e. graphite fluoride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/04Elements
    • C10M2201/05Metals; Alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/06Metal compounds
    • C10M2201/065Sulfides; Selenides; Tellurides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/06Metal compounds
    • C10M2201/065Sulfides; Selenides; Tellurides
    • C10M2201/066Molybdenum sulfide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10NINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/02Bearings

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Материал, имеющий улучшенные характеристики твердости и несущую способность, пониженный коэффициент трения и повышенный эксплуатационный срок службы в узлах трения скольжения, содержит порошки меди, железа, фосфора, графита, пыль дисульфида молибдена и стальную подложку из низкоуглеродистой стали. Материал имеет структуру биметалла с гранулами, внедренными в матрицу. Материал в соответствии с изобретением особенно пригоден в машиностроении, в частности в производстве блоков для узлов трения скольжения в машинах, механизмах и устройствах.

Description

Настоящее изобретение относится к области антифрикционных материалов, изготовляемых с использованием метода порошковой металлургии, и может быть применено в машиностроительной промышленности для изготовления узлов трения скольжения для различных машин, механизмов и устройств.
Характеристики известных антифрикционных материалов оказываются недостаточными для обеспечения удовлетворительного эксплуатационного срока службы между техническими обслуживаниями и ремонтами машин, механизмов и устройств.
Патент на прокатку металлического порошка был выдан в 1902 г., однако, практическое применение способа началось лишь через 35-40 лет. Во время Второй мировой войны в Германии способом прокатки порошкового железа изготовлялись направляющие салазки для артиллерийских снарядов. Об этом сообщил Герхард Незер (Оегйагб №хсг) на 4-м Международном конгрессе инженеров и механиков (4‘ь 1и1егиайоиа1 Соидгекк οί Еидшеетк аиб Месйашск, 81оск1ю1т. 1952) [1]. После этого сообщения была начата разработка способа прокатки порошка в США, и впервые этот способ был применен в атомной промышленности. Фирма Хаузнер энд Стокхайм Сильвения Ко. (Н. Наихпег аиб 8. 81оск11еип 8у1уаша Со., И8А) начала производство металлокерамики методом прокатки из порошков тория, урана и плутония, порошка вольфрама и смеси вольфрама с диоксидом урана. Затем прокат из стального порошка производили другие фирмы, работавшие в области ядерного топлива, например Уайтекер Металз Корпорейшн (^ййескет Ме1а1к Согр.), Глен Мартин Компани (О1еи Майш Со.) и др. [1].
В последующие годы, после ввода в эксплуатацию специальных прокатных станов, промышленное применение прокатки порошков в США расширялось. Производство ленточного и листового проката из порошков черных и цветных металлов было начато в США фирмой Хайден Металз Компани (Н1беи Ме1а1к Со.), которая в 1959 г. ввела в эксплуатацию полупромышленные установки для прокатки порошков меди и других металлов [1].
Фирма Блисс (Огайс) Компани (Вйкк (ОЫсе) Со.) освоила производство товарной медной ленты, которая была дешевле по сравнению с легированной лентой.
В 1959 г. фирма Рипаблик Стил Компани (ВериЫю 81ее1 Со.) сообщила о завершении разработки технологического процесса непрерывной прокатки железного порошка. В Англии фирма Монд Никель Компани (Моиб №ске1 Со.) прокатывала из железоникелевого порошка беспористые листы толщиной 0,25 мм и длиной до 300 мм. Началось также промышленное производство листового материала из титанового порошка [1].
Позднее были разработаны технологии производства различных типов изделий способом прокатывания порошков, в том числе вкладышей блоков из биметаллических и многослойных катаных заготовок.
Известны антифрикционные двухслойные материалы на стальной подложке с баббитом в качестве рабочего слоя (баббит напаян на стальную подложку, которая является одним из слоев) [2]. Эти материалы нашли широкое применение в современных двигателях и в подшипниках жидкостного трения.
Недостатками таких материалов являются низкая усталостная прочность, составляющая 1,13 кг/мм2 (11,08 МПа), возникновение задиров (механических повреждений) в момент трогания и схватывание при окончании подачи жидкой смазки, поскольку баббит работает только в условиях обильной подачи жидкой смазки и низких скоростей скольжения.
Известны также материалы, в которых слой порошковой смеси, например слой баббита толщиной приблизительно 75 мкм, закреплен на стальной подложке путем спекания [2]. Этот трехслойный материал (смесь порошков меди и никеля напаяна на стальную подложку, а затем пропитана баббитом, при этом подложка является одним из этих слоев) нашел широкое применение в США с 1940 г. при изготовлении вкладышей коленчатых валов и шатунов коленчатых валов автомобильных и авиационных двигателей и дизельных двигателей. Он работает при нагрузках, на 15-20% превышающих допустимые значения для лучших баббитов, содержащих олово и свинец. Расчетная нагрузка для этого материала составляет 140 кг/см2 (13,73 МПа).
Недостатками этого материала являются его высокая стоимость, низкая усталостная прочность, работоспособность лишь в присутствии обильной жидкой смазки, возникновение задиров при прекращении подачи жидкой смазки, невозможность изготовления блоков массой более 15 кг.
Известен другой материал [2], содержащий стальную подложку и слой свинцовистой бронзы со следующим соотношением компонентов, мас.%:
Свинец 10-40
Олово 0-10
Медь Оостальное
Недостатками этого материала являются его высокая стоимость, наличие в его составе свинца, который способствует повышению содержания вредных веществ в воздухе и является причиной загрязнения окружающей среды в процессе производства и эксплуатации, и низкая механическая прочность, поскольку присутствие свинца заставляет снижать температуру спекания до 820°С (так как при более высоких температурах он интенсивно испаряется), что приводит к резкому понижению твердости бронзы и, следовательно, ее износостойкости. Поскольку медь и свинец практически не растворяются друг в друге,
- 1 005655 материал имеет двухфазную структуру, состоящую из зерен свинца и меди; поэтому бронзовый слой биметалла обладает низкой механической прочностью. Кроме того, осаждающиеся твердые частицы не внедряются в рабочую поверхность свинцовистой бронзы, поэтому необходима либо высокая степень очистки смазочного масла, либо покрытие рабочей поверхности материала слоем сплава свинца с оловом или свинца с индием, что резко повышает стоимость материала и вызывает загрязнение окружающей среды.
Известны другие материалы, содержащие стальную подложку и пористый слой, полученный спеканием и пропитанный фтороуглеродным наполнителем [2]. Эти материалы обладают высокой механической прочностью, теплопроводностью и несущей способностью. Материалы этого типа, работающие в отсутствие смазки, пропитаны фторопластом с наполнителем (свинцом или дисульфидом молибдена) или для работы при минимуме смазки пропитаны ацетатным сополимером.
Недостатками этих материалов являются высокий коэффициент трения, достигающий 0,13, и недостаточная стойкость, высокая сложность и стоимость, невозможность изготовления блоков массой свыше 15 кг.
Известны другие материалы, содержащие стальную подложку и нанесенный на нее слой порошка, состоящего из сферических зерен оловянистой бронзы, содержащего от 0 до 10 частей бронзы, с последующим уплотнением [2].
Недостатками этих материалов являются низкая механическая и гидродинамическая твердость, поскольку наличие олова заставляет снижать температуру спекания до 780°С (так как олово интенсивно испаряется при более высоких температурах) и, следовательно, приводит к резкому понижению твердости бронзы и ее износостойкости. Оловянистую бронзу нельзя использовать в узлах, работающих при высоких нагрузках. Изготовление блоков массой свыше 15 кг невозможно.
Известны другие материалы, содержащие стальную подложку и нанесенный на нее слой порошка смеси бронзы и графита, содержащего бронзу 8-4 (оловянисто-графитовая бронза с содержанием бронзы и графита: соответственно 8 и 4 мас.%), 9-3 и 10-3 [3]. Содержание графита в этих материалах составляет 3-4% от общей массы.
Недостатком этих материалов является низкое содержание графита (менее 4,5%); в таких количествах графит не может образовывать разделительную пленку на поверхности материала, что вызывает повышенный износ пар контактирующих деталей.
Кроме того, известны антифрикционные материалы, содержащие цинк. Количественные соотношения компонентов в таком материале могут иметь, например, следующие значения [4] (в мас.%):
Цинк 8,0
Железо 4,5
Свинец 3,0
Графит 6,0
Кварц 4,0
Дисульфид молибдена 6,0
Медь Остальное
Недостатками этого материала являются низкая твердость (поскольку присутствие свинца заставляет понижать температуру спекания до 820°С), содержание свободного графита свыше 5%, что резко ослабляет материал, присутствие свинца, который обуславливает повышенное содержание вредных веществ в воздухе и является причиной загрязнения среды в процессе производства и эксплуатации материала.
При температурах свыше 550°С цинк интенсивно испаряется, что приводит к ослаблению материала. В результате этих обстоятельств материал имеет недостаточную твердость и износостойкость.
Известны другие антифрикционные материалы [5] следующего состава, мас.%:
Углерод 1-5
Сульфиды меди 1-10
Сплав железа с хромом 0,2-5,0
Медь Остальное
Недостатками этих материалов являются плохие смазывающие свойства, высокий коэффициент трения, повышенный износ трущихся поверхностей, связанный с наличием в их составе карбидов хрома, и невозможность изготовления деталей массой свыше 5 кг.
Известен еще один антифрикционный материал [6] на медной основе, имеющий следующий состав, мас.%:
Железо3-6
Графит2-5
Олово9-12
Медь Остальное
Недостатками этого материала являются повышенный износ пар трения, обусловленный незначительным содержанием графита, который поэтому не может предотвратить взаимное прихватывание материалов контактных пар, низкая механическая прочность, поскольку присутствие олова не позволяет
- 2 005655 поднять температуру спекания выше 820°С, что совершенно недостаточно для производства деталей массой более 5 кг, и высокая стоимость, обусловленная присутствием в составе материала дорогостоящего и дефицитного олова.
Известен другой антифрикционный материал [7] на медной основе, содержащий следующие компоненты, мас.%:
Графит15-16
Олово9-10
Свинец10-12
Медь Остальное
Недостатками этого материала являются низкая механическая прочность, обусловленная содержанием свободного графита в количестве свыше 10% от общей массы, что резко ослабляет материал, и, следовательно, его низкая стойкость, невозможность использования при высоких нагрузках в тяжелых рабочих условиях, присутствие свинца, что приводит к повышению содержания вредных веществ в воздухе и почве в процессе производства и эксплуатации, и высокая стоимость, обусловленная наличием в составе материала дорогостоящих олова и свинца.
Известен еще один антифрикционный материал на медной основе [8], содержащий следующие компоненты, мас.%:
Железо 9-18
Фториды кальция, селена, бария 10-40
Медь Остальное
Недостатками этого материала являются повышенный износ пар трения, обусловленный отсутствием графита и невозможностью предотвращения прихватывания материалов контактных пар, и невозможность изготовления контактных пар массой более 5 кг.
Наконец, известен антифрикционный материал [9], содержащий порошок меди, железа, фосфора, графита и цинка в следующих соотношениях, мас.%:
Фосфор 0,48-1,20
Железо 9,6-12,0
Цинк 2,4-16,0
Графит 10,5-25,0
Медь Остальное
В этом материале 10-21% графита и 9,0-15,0% меди содержатся в виде гранул, имеющих диаметр в пределах от 0,4 до 2,0 мм.
Серьезным недостатком этого материала является его низкая механическая прочность, поскольку присутствие цинка не позволяет поднять температуру спекания выше 820°С вследствие интенсивного испарения цинка, в то время как для получения материала на медной основе с высокими механическими характеристиками, содержащего 9,6-12,0% железа, температура спекания должна быть не ниже 1000°С.
Краткое описание изобретения
Для улучшения работоспособности антифрикционных материалов в узлах трения скольжения, в частности в таких узлах, имеющих значительную массу и работающих при высоких скоростях скольжения, требуются высокая объемная и поверхностная твердость и износостойкость, низкий коэффициент трения, способность к образованию вторичных структур, высокая несущая способность, высокая теплопроводность, образование устойчивой разделительной пленки твердого смазочного материала на поверхностях контакта для предотвращения усадки и истирания материалов.
Таким образом, желательно создание экологически чистых материалов для узлов трения скольжения, которые имели бы высокую объемную и поверхностную твердость и износостойкость, низкий коэффициент трения и образовывали бы устойчивую разделительную пленку твердого смазочного материала на поверхностях контакта, которая предотвращала бы истирание поверхностей. Эти материалы должны быть пригодными для изготовления деталей массой от 0,5 до 2000 кг и более.
Иначе говоря, целью настоящего изобретения является создание композитного материала для антифрикционных деталей, обладающего высокой механической прочностью, износостойкостью, низким коэффициентом трения и способностью образовывать на поверхности материала разделительную пленку, предотвращающую износ контактных пар.
Настоящее изобретение предлагает антифрикционный материал, изготовленный из порошков меди, железа, фосфора, из которого предпочтительно удален цинк, в котором содержание железа повышено и который дополнительно содержит порошок дисульфида молибдена и стальную подложку из низкоуглеродистой стали.
В частности, в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, предложен антифрикционный материал, образованный из гранул, содержащих или, в альтернативном варианте, состоящих по сути из графита, дисульфида молибдена и меди, введенных в матрицу, состоящую по сути из железа, фосфора, графита и меди. Таким образом, материал имеет структуру биметалла.
Предпочтительно материал в соответствии с настоящим изобретением содержит следующие количества компонентов (в процентах по отношению к массе материала):
- 3 005655
Фосфор Приблизительно 0,48-1,20
Железо Приблизительно 12-20
Дисульфид молибдена Приблизительно 0-7,5
Графит Приблизительно 10,5-20,0
Медь Остальное
В настоящем описании термин приблизительно, стоящий перед указанием некоторого диапазона значений, означает интервал от приближенного нижнего предела до приближенного верхнего предела этого диапазона.
Матрица предпочтительно содержит следующие количества компонентов (в процентах по отношению к массе матрицы):
Фосфор Приблизительно 0,71-1,44
Железо Приблизительно 18,8-25,0
Графит Приблизительно 0,78-5,0
Медь Остальное
Гранулы предпочтительно содержат приблизительно 40-70 мас.% графита, приблизительно 15-30 мас.% дисульфида молибдена и приблизительно 15-30 мас.% меди по отношению к массе гранул.
Целесообразно, чтобы приблизительно 10-16 мас.% графита, приблизительно 0-7,5 мас.% дисульфида молибдена и приблизительно 4,5-12 мас.% меди по отношению к массе материала входили в материал в виде гранул. Размер гранул предпочтительно лежит в пределах приблизительно 0,4-1,6 мм.
Содержание гранул в суммарном составе предпочтительно составляет приблизительно 6-24 мас.%.
Антифрикционный материал в соответствии с настоящим изобретением приготовляют путем формирования слоя материала на стальной подложке. Толщина стальной подложки предпочтительно составляет приблизительно 1,5-25 мм.
Краткое описание фигур
Фиг. 1А, 1В и 1С представляют собой графики, иллюстрирующие характеристики износостойкости и электропроводности материала в соответствии с настоящим изобретением как функции содержания гранул и свободного графита.
На фиг. 2 представлена таблица, иллюстрирующая средний коэффициент трения и интенсивность износа материала в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 1А кривая НВ характеризует твердость материала как функцию содержания гранул. Вторая кривая характеризует удельное сопротивление в зависимости от содержания гранул.
На фиг. 1В показана зависимость структурного предела прочности при изгибе и структурного предела прочности при растяжении от содержания гранул.
На фиг. 1С показана зависимость структурного предела прочности при растяжении от содержания графита (введенного в виде порошка).
Измерения при испытаниях, представленные на фиг. 1А, 1В и 1С, были выполнены по следующим методикам:
1. Твердость определяли на твердомере ТМ-2 путем вдавливания шарика в материал в соответствии с ГОСТ 25698-83.
2. Определение сплошности и пластичности образцов выполняли на разрывной машине В108 при нагрузках 25 кН и 50 кН и скорости нагружения 10 Н/(мм2хс) (МПа/с).
3. Удельное сопротивление определяли расчетным методом по формуле ρ=Β·8/1, где В - сопротивление материала, 8 - площадь поперечного сечения, 1 - длина. Сопротивление материала В определяли с помощью тестера 8Н4300.
Что касается результатов испытаний, представленных на фиг. 2, то коэффициент трения и износ определяли на машине 8МС-2 для испытаний на износ с использованием образцов, изготовленных из биметалла.
Испытания проводили в следующих условиях:
Скорость ν=0,63 м/с.
Скорость вращения п=300 об/мин (31,4 рад/с).
Усилие прижатия пуансона Р=29,4 Н; 53,9 Н; 122,5 Н.
Коэффициент трения определяли расчетным методом по формуле
Гщр=Мтр/(ВТ) где Мтр - момент трения,
В - радиус ролика,
Р - нагрузка.
Износ ролика определяли путем измерения.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Изобретение может быть осуществлено следующим образом. Смесь порошков графита, дисульфида молибдена и меди обрабатывают на калиброванных валках прокатного стана для приготовления гранул. Гранулы в количестве предпочтительно от 6 до 24 мас.% перемешивают с матричной смесью. Получен
- 4 005655 ную смесь с помощью распределительной системы наносят на поверхность стального листа из низколегированной стали, подготовленного путем зачистки и обезжиривания, и прокатывают в цилиндрических валках прокатного стана. Полученный биметалл подвергают спеканию в спекательной печи в атмосфере защитного газа.
Выбор компонентов матрицы и их соотношений определяли, исходя из нижеописанных критериев.
Медь была выбрана в качестве основы антифрикционного материала в связи с ее высокой теплопроводностью, обеспечивающей отвод тепла из зоны трения скольжения, высокими антифрикционными характеристиками, коррозионной стойкостью, обусловленной образованием защитной оксидной пленки, умеренной склонностью к прихватыванию, достаточной гибкостью и относительно низкой твердостью, обеспечивающей быструю обработку. Кроме того, порошок меди достаточно хорошо поддается прессованию, спеканию и имеет достаточно высокую температуру плавления.
Целью повышения содержания в матрице железа до 18,8-25,0% является обеспечение образования прочного стального скелета, способствующего повышению твердости и усталостной прочности материала более чем вдвое. Как видно из таблицы фиг. 2, если доля железа в матрице менее 18,8%, то невозможно получение прочного стального скелета, который хорошо работает на истирание. Если доля железа превышает 25,0%, то вследствие различия электрических потенциалов меди и железа возникает электрохимическая коррозия материала.
Фосфор вводят в материал с целью повышения несущей способности меди [10]. Улучшение механических характеристик в результате легирования фосфором в количестве от 0,71 до 0,9% обусловлено лабилизирующим влиянием железо-фосфорной эвтектики, которая образуется при температуре выше 707°С и интенсифицирует процесс усадки при спекании [11]. Увеличение содержания фосфора с 0,9 до 1,44% приводит к повышению содержания фосфида меди (СизР) в фосфидной эвтектике, имеющей значительно повышенную микротвердость по сравнению с медью [10, 11].
Кроме того, фосфор улучшает механические характеристики стального скелета матрицы вследствие легирования твердого раствора α-железа и гетерогенного матричного компонента α-железа в результате растворения фосфора в железе. Взаимное растворение меди и фосфора в феррите приводит к значительному повышению твердости феррита. Под влиянием меди твердость феррита повышается в 40 раз, а под влиянием фосфора - в 690 раз [12]. Таким образом, введение фосфора повышает твердость матрицы, стабилизирует усадку, одновременно существенно улучшает механические характеристики материала [1113] и повышает коррозионную стойкость материала [11]. Кроме того, легирование материала фосфором усиливает диффузионные процессы, происходящие в α-фазе [11].
При содержании фосфора менее 0,71% происходит твердение меди без образования значительных количеств жидкой фазы, т. е. повышение плотности в процессе спекания не имеет места, и характеристики твердости не повышаются. Содержание фосфора свыше 1,44% вызывает повышение содержания хрупких фаз на границах гранул железа стального скелета матрицы, что приводит к ухудшению механических характеристик, т. е. твердость и ударная вязкость понижаются.
Графит является легирующим компонентом, который не взаимодействует с медью и играет роль твердого смазочного материала [14]. Графит способен образовывать и сохранять разделительную пленку на поверхности взаимодействующих деталей [14]. Эта пленка восстанавливается вследствие механического разрушения в некоторых точках поверхности трения [15]. Графит понижает коэффициент трения, повышает его стабильность с помощью разделительной пленки, которая образуется на поверхности раздела контактирующей пары деталей, что снижает износ поверхности трения. Кроме того, графит совместно с фосфором обеспечивает образование перлитно-ферритной структуры стального скелета, отвержденной фосфором и медью, с преобладанием перлита в структуре. Слои соединений фосфора с медью образуются на границах зерен перлита и феррита, что обеспечивает образование вторичных структур в процессе притирания и, следовательно, существенное повышение износостойкости материала.
Содержание графита в матрице может составлять от 0,5 до 5%, в зависимости от желательной области применения материала. При содержании графита менее 0,5% происходит местная усадка материала и взаимодействующей детали в процессе эксплуатации [14], а содержание свободного графита свыше 5% приводит к понижению прочности материала [15].
В то же время материалы, содержащие свыше 10% графита, способствуют образованию разделительной пленки на поверхности материала, предотвращая, таким образом, износ контактной пары. Поэтому в соответствии с настоящим изобретением в материал вводят дополнительное количество твердого смазочного материала (графита) в форме гранул, которые можно получить путем непрерывной прокатки на фасонных валках прокатного стана.
Таким образом, содержание графита в материале в количестве 10,5-20,0% может быть достигнуто путем введения свободного графита в матрицу в количестве 0,5-4,0% и локального введения графита в форме гранул в количестве 10-16%. При содержании гранулированного графита в материале менее 10,5% может не обеспечиваться образование разделительной пленки; введение же графита в количестве более 16% может привести к резкому ухудшению механических характеристик материала.
- 5 005655
Размер гранул любой конфигурации в любом направлении предпочтительно должен составлять не менее 0,4 мм и не более 1,6 мм. При размерах менее 0,4 мм поверхность и объем гранул оказываются чрезмерно большими, что приводит к уменьшению несущей способности материала и его износостойкости. При размерах гранул более 1,6 мм низкая плотность приводит к концентрированию напряжений, что вызывает ухудшение механических характеристик.
Дисульфид молибдена является легирующим компонентом, который существенно понижает коэффициент трения и способствует его стабилизации вследствие повышения твердости разделительной пленки в несколько раз, а также резко уменьшает износ поверхностей трения.
Экспериментально установлено, что введение дисульфида молибдена в графитовые гранулы в количестве 4,5-7,5% обеспечивает повышение твердости гранул графита более чем в два раза и повышение твердости разделительных пленок, образующихся на поверхности контактных пар, в несколько раз.
В случаях, когда требуется высокая электропроводность материала, дисульфид молибдена к гранулам не добавляют, в противном случае удельное сопротивление материала возрастает.
Введение дисульфида молибдена в гранулы предотвращает его разложение на молибден и серу.
Медь добавляют к гранулам с целью улучшения прессуемости гранул и обеспечения образования диффузионных связей между матрицей и гранулами в процессе спекания. Содержание меди в гранулах свыше 30% требует соответствующего понижения содержания графита и дисульфида молибдена с целью предотвращения образования прочных разделительных пленок на поверхностях раздела или трения контактных пар. Гранулы с содержанием меди менее 15% имеют весьма низкую прочность и плохо внедряются в матрицу, тем самым препятствуя образованию толстых разделительных пленок на поверхностях контактных пар.
Подходящие значения содержания графита, дисульфида молибдена и меди в гранулах определены экспериментально. Таким образом, эти значения выбраны в пределах соответственно 40-70%, 15-30% и 15-30%. Количественные соотношения графита, дисульфида молибдена и меди, составляющие соответственно 70%, 15% и 15%, соответствуют верхнему пределу состава гранул, при котором не происходит их разрушение.
Антифрикционный материал в соответствии с настоящим изобретением применяется, в частности, в производстве вкладышей для подшипников скольжения. Детали, изготовленные из антифрикционного материала в соответствии с настоящим изобретением, могут иметь массу от 0,5 до 3000 кг и более.
Ссылки
Научная и техническая литература и документы
1. Ушойгабоу Н.А., Зетепоу Υ.Ν., Ка1ги8 О.А., Ка1а8йуп8к1у У.Р. ВоШпд оГ Ме!а1 Рогбег. - М.: Ме!а11шду, 1969, 382 р.
2. Ребогейеико 1.М., Ризйба Ь.1. Сотрозйе Вакеб АпйГпсйоп Ма1епа18 - : М-шкога Витка, 1980, 404 р.
3. Кох1оу ν.Ρ. апб о1йегз. 81гис!иге апб ргорегйез оГ йакеб апИГисйоп та1епа1 оГ Ьгопхе-дгарййе. Рогбег те!а11шду, 1981, № 6, рр. 48-53.
4. Ра!еп1 96038 (6ΌΒ) УегГагеп ζυζ §1еиегипд бег Идепзсйайеп уоп Ве1Ькогрет - риЬНзйеб 05.03.73.
5. Ра!еп1 5306 (1арап). 811бтд соШасЦ Ггот соррег а11оуз Гог сиггеп1-со11ес!ог8 оГ Ыдй-зрееб е1ес1пс 1гаш8. - РиЬШйеб 23.04.64.
6. Ойо Татику, Вепреки 1о ТеЕнбо. Е1ес, Ыдй! апб Расбе Вабгауз, 1975, 25, № 10, р. 32-36.
7. АМРЕВЕ-ЗЕСОМГО. 254093 (И88В), 1969.
8. Ра!еп1 18-17684 (1арап), 1972.
9. Ра!еп1 2049687 (Визз1а), Ма!ег1а1з Гог е1ес!пс беуке, 1995.
10. СоПесбоп. Рогбег сопз!гисйопа1 та1епаК К1еу, РиЬйзЫпд Ноше оГ ап Асабету оГ зшепсез оГ икгате, 1980, р 41.
11. 1ойпе5 У.Б. Рипбатеп1а1з оГ рогбег те1а11шду // Ргорегйез апб аррйсайоп оГ рогбег та1епаК М.: Ми. - 1965. - 392 р.
12. Но1бз!ет М.Ь, Нгасйуоу З.У., Уезк1ег Υ.Η. 8рес1а1 84ее1. - М.: Ме1а11шду. - 1985. - 408 р.
13. АпЦуГегоу ν.Ν, Акутепко У.У. Вакеб а11оу 8(ее1з. - М.: Ме!а11шду. - 1983. - 83 р.
14. В1ззоп Е.Е., 1ойпзоп В.Ь., Апбегзоп V.! Аррйсайоп оГ зойб 1иЬпсап18, ш рагйси1аг оГ дгарййе, а! (етрегаШге Ье1ог 540 бедгеез С. - 1п1етайопа1 сопГегепсе оп 1иЬпсап1 апб геаг оГ тасй1пе8//Ьопбоп, 1957, М.: Ма8Йд^ζ, 1962, рр. 305-314//1гапз1а!еб Ьу Рейизеукй А.М
15. В1ззоп Е.Е., 1ойпзоп В.Ь., ЕлгекеП М.А. 1пДиепсе оГ зшТасе зойб зкш оп аЬгазюп, геаг апб батаде оГ зшТасез оГ те1ак. - Зате аз ргеуюиз рр. 335-370.

Claims (9)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Материал, содержащий гранулы, состоящие из графита, дисульфида молибдена и меди, внедренные в матрицу, состоящую из фосфора, железа, графита и меди.
  2. 2. Материал по п.1, в котором 10-16% графита, до 7,5% дисульфида молибдена и 4,5-12% меди по отношению к массе материала содержатся в виде гранул в матрице.
    - 6 005655
  3. 3. Материал по п.1, который содержит следующие количества компонентов в мас.% по отношению к массе материала:
    Фосфор 0,48-1,20
    Железо 12-20
    Дисульфид молибдена до 7,5
    Графит 10,5-25,0
    Медь Остальное
  4. 4. Материал по п.3, в котором матрица содержит следующие количества компонентов в мас.% по отношению к массе матрицы:
    Фосфор 0,71-1,44
    Железо 18,8-25,0
    Графит 0,78-5,0
    Медь Остальное
  5. 5. Материал по п.3, в котором гранулы содержат следующие количества компонентов в мас.% по отношению к массе гранул:
    Графит40-70
    Дисульфид молибдена15-30
    Медь15-30
  6. 6. Материал по п.1, в котором количество гранул составляет от 6 до 24 мас.% по отношению к массе материала.
  7. 7. Материал по п.1, в котором гранулы имеют средний диаметр в пределах 0,4-1,5 мм.
  8. 8. Антифрикционная деталь, содержащая материал по п.1, в которой упомянутый материал образует слой на стальной подложке.
  9. 9. Деталь по п.8, в которой стальная подложка имеет толщину в пределах 1,5-25 мм.
    Зависимость характеристик износостойкости и электропроводности материала от доли гранул и свободного графита в качестве компонентов материала
EA200200116A 2000-05-01 2001-03-26 Композитный материал для антифрикционных деталей EA005655B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/562,327 US6245718B1 (en) 2000-05-01 2000-05-01 Composite material for antifriction workpieces
PCT/US2001/009588 WO2001083652A1 (en) 2000-05-01 2001-03-26 Composite material for anti-friction workpieces

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200200116A1 EA200200116A1 (ru) 2002-08-29
EA005655B1 true EA005655B1 (ru) 2005-04-28

Family

ID=24245826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200200116A EA005655B1 (ru) 2000-05-01 2001-03-26 Композитный материал для антифрикционных деталей

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6245718B1 (ru)
EP (1) EP1278815A4 (ru)
AU (1) AU2001249448A1 (ru)
EA (1) EA005655B1 (ru)
UA (1) UA48333C2 (ru)
WO (1) WO2001083652A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL134892A0 (en) * 2000-03-06 2001-05-20 Yeda Res & Dev Inorganic nanoparticles and metal matrices utilizing the same
AT500753B8 (de) * 2003-12-11 2007-02-15 Miba Gleitlager Gmbh Gleitlager
FR2880564B1 (fr) * 2005-01-12 2008-07-25 Snecma Moteurs Sa "melange de poudres apte a etre fritte pour former un materiau solide autolubrifiant"
CN102959110B (zh) * 2011-09-02 2014-02-26 河南省中原内配股份有限公司 一种高强度耐磨气缸套及其制备方法
RU2672975C1 (ru) * 2017-09-25 2018-11-21 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Шихта для получения горячим прессованием высокотемпературного композиционного антифрикционного материала на никелевой основе

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1209916A (en) * 1967-05-04 1970-10-21 Nat Res Dev Composite bearing materials and their manufacture
JPS5030706A (ru) * 1973-07-20 1975-03-27
SE454519B (sv) * 1981-09-11 1988-05-09 Inst Mekhaniki Metallopolimern Sjevsmorjande kompositmaterial
JP2539246B2 (ja) * 1988-04-06 1996-10-02 勇 菊池 焼結合金軸受材およびその製造法
JPH01275735A (ja) * 1988-04-27 1989-11-06 Isamu Kikuchi 焼結合金材およびその製造法
SE9401922D0 (sv) * 1994-06-02 1994-06-02 Hoeganaes Ab Lubricant for metal powder compositions, metal powder composition containing th lubricant, method for making sintered products by using the lubricant, and the use of same

Also Published As

Publication number Publication date
EP1278815A4 (en) 2006-03-22
AU2001249448A1 (en) 2001-11-12
US6245718B1 (en) 2001-06-12
WO2001083652A1 (en) 2001-11-08
EA200200116A1 (ru) 2002-08-29
EP1278815A1 (en) 2003-01-29
UA48333C2 (ru) 2002-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101223789B1 (ko) 베어링 및 무연 베어링의 제조방법
US4189525A (en) Bearing metal for large engines
US4334926A (en) Bearing material
JP2010535287A (ja) 耐摩耗性の鉛フリー合金ブッシングおよびその製造方法
US5482782A (en) Sliding-contact material excellent in corrosion resistance and wear resistance, and method of manufacturing the same
EP2565285B1 (en) Copper-based sliding material
KR20100049605A (ko) 무납의 소결 슬라이딩 베어링 재료와 이를 제조하기 위한 소결 파우더
US5489487A (en) Cu-Pb alloy bearing
JPH04131345A (ja) 複合摺動材料
US5629082A (en) Multilayer material for sliding surface bearings
EA005655B1 (ru) Композитный материал для антифрикционных деталей
KR20210036832A (ko) 슬라이딩 부재
US5665480A (en) Copper-lead alloy bearing
EP2368053B1 (en) Bearing material
RU2201431C2 (ru) Антифрикционный материал романит, способ его получения и элемент узла трения
JPS6199648A (ja) オ−バレイ用メツキ合金
UA42952C2 (ru) Антифрикционный материал романит, способ его получения и элемент узла трения
JP2023174518A (ja) 銅系摺動部材
KR20230165134A (ko) 구리계 슬라이딩 부재
CN117128242A (zh) 铜类滑动构件
JPH04297540A (ja) Al−Sn−Pb系軸受材
JPH03229804A (ja) 摺動部材の製造方法
BRPI0814442B1 (pt) Lead-free sintered lubricating material, lubricating compound material, lubricating element and sintered powder to manufacture the same

Legal Events

Date Code Title Description
FA9A Withdrawal of a eurasian application
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU

NF4A Restoration of lapsed right to a eurasian patent

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU