RU2639427C1 - Материал фрикционный композиционный для фрикционной муфты стрелочного электропривода - Google Patents
Материал фрикционный композиционный для фрикционной муфты стрелочного электропривода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639427C1 RU2639427C1 RU2016126795A RU2016126795A RU2639427C1 RU 2639427 C1 RU2639427 C1 RU 2639427C1 RU 2016126795 A RU2016126795 A RU 2016126795A RU 2016126795 A RU2016126795 A RU 2016126795A RU 2639427 C1 RU2639427 C1 RU 2639427C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- friction
- copper
- graphite
- inclusions
- iron
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 5
- 239000002783 friction material Substances 0.000 title abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 46
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 13
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010451 perlite Substances 0.000 claims abstract description 12
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 claims abstract description 12
- 239000010428 baryte Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052601 baryte Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims abstract 2
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 claims abstract 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 abstract 1
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 abstract 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 abstract 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 2
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 2
- VMQMZMRVKUZKQL-UHFFFAOYSA-N Cu+ Chemical compound [Cu+] VMQMZMRVKUZKQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100040907 Glycerol kinase 3 Human genes 0.000 description 1
- 101710181614 Glycerol kinase 3 Proteins 0.000 description 1
- 239000002169 Metam Substances 0.000 description 1
- 229920000426 Microplastic Polymers 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- HYVVJDQGXFXBRZ-UHFFFAOYSA-N metam Chemical compound CNC(S)=S HYVVJDQGXFXBRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004001 molecular interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/008—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression characterised by the composition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/16—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Operated Clutches (AREA)
Abstract
Изобретение относится к спеченным фрикционным материалам на основе железа, предназначенным для изготовления фрикционных элементов, используемых в узлах трения при ограниченной смазке. Материал содержит 2-5,0 мас.% окиси кремния, 2-5 мас.% графита, 10,5-17,5 мас.% меди, 2,0-5,2 мас.% барита и железо - остальное. Материал имеет открытую пористость 15-20%, пропитан маслом, твердость по Бринеллю НВ составляет не менее 600 МПа, плотность - 5,45-5,85 г/см, относительная осадка не менее 12 % и масловпитываемость – 1-4%. Железная матрица в материале имеет крупнозернистую структуру с размером зерна 10-180 мкм, не менее 70% которых находится в пределах 25-75 мкм, состоит из зернистого перлита с включениями до 20% пластинчатого перлита и феррита, имеет межзеренную и внутризеренную пористость, по границам зерен распределены включения графита, окиси кремния, сульфидов, меди и цементита в виде разорванной сетки, причем медь распределена по границе зерен и внутри зерен. Обеспечивается повышение износостойкости фрикционного материала и повышение стабильности коэффициента трения при изменении условий нагружения. 8 ил.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным фрикционным материалам на основе железа, предназначенным для изготовления фрикционных элементов, используемых в узлах трения при ограниченной смазке, в частности к материалам для фрикционных дисков фрикционных муфт стрелочных электроприводов железнодорожных стрелочных переводов.
При разработке спеченных фрикционных материалов для фрикционных муфт стрелочных электроприводов решаются две задачи - это повышение износостойкости и повышение стабильности коэффициента трения. Фрикционный материал должен при кратковременных включениях фрикционной муфты, при отсутствии внешней смазки, в различных климатических зонах, в течение длительного времени эксплуатации, на менее 5 лет, обеспечивать перевод остряков стрелочного перевода с заранее заданным нормативным усилием. Номинальное значение усилия, которое должна передавать фрикционная муфта, составляет не менее 6 кН (600 кгс). Повышение износостойкости фрикционного материала достигается за счет легирования железной основы основными легирующими элементами молибденом и никелем (Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения. Справочник. Киев, Наукова Думка, 1985 г.).
Известен хромсодержащий фрикционный материал на основе железа следующего состава, вес.: хром 2-4, углерод 2-4, медь 1,5-2,5, дисульфид молибдена 4-6, железо остальное. (Авторское свидетельство N 263161, С22С 33/02, 1961 г.) Недостаток данного материала - низкие механические свойства.
Наиболее близким по элементному составу является фрикционный материал на основе железа, известный из патента (RU №2220026, МПК B22F 3/16, заявка 2002120627 от 29.07.2002 г. «Способ изготовления фрикционных изделий»), имеющий фрикционные и механические свойства, удовлетворяющие материалам для фрикционных элементов, фрикционных муфт стрелочных электроприводов. Материал содержит, масс. доли: медь - 1-3%, оксид кремния - 2-5,0%, графит - 2-5%, никель - 0,05%, остальное железо, имеет пористость 28-30% и твердость по Бринеллю НВ 380 МПа. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостаток данного технического решения заключается в том, что материал не оптимизирован по элементному состав и микроструктуре порошкового фрикционного материала, данный фрикционный материал имеет непостоянный коэффициент трения, недостаточную износостойкость. Так завышенная пористость материала и пропитка маслом при такой пористости приводят к выгоранию масла и изменению физико-механических свойств поверхностного контактного слоя и возникновению вибраций в муфте, при этом резко уменьшается коэффициент трения и усилие, передаваемое на шибер, становится недостаточным для перевода остряков стрелочного перевода. Низкие показатели по твердости обуславливают невысокую износостойкость фрикционных дисков, материал не обладает достаточной стабильностью фрикционных свойств во время фрикции при различных условиях нагружения.
Для стрелочных приводов необходима стабильная работа фрикционного материала, отсутствие появления вибраций, сохранение стабильного коэффициента трения при изменением температуры при работе фрикционного материала. Это следует из технических условий на фрикционную муфту «НФТЦ 2.30.090.000.000 ТУ». Согласно п. 1.1.2 данных технических условий «Муфта должна обеспечивать отклонение усилия при работе электропривода на фрикцию не более чем на ±10% от исходного значения» и п. 1.1.3 «Муфта должна обеспечивать ступенчатую регулировку усилия перевода шибера в диапазоне нагрузок от 1000 до 6000 Н с шагом не более 500 Н» данные условия не всегда выполняются.
Задача предлагаемого технического решения заключается в повышении надежности работы стрелочного электропривода и безопасности движения подвижного состава.
При решении поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении износостойкости фрикционного материала и повышении стабильности коэффициента трения при изменении условий нагружения.
Технический результат достигается материалом фрикционным композиционным для фрикционной муфты стрелочного электропривода, содержащим, масс. доли: окись кремния - 2-5,0%, графит - 2-5%, железо и медь, имеющим открытую пористость, пропитанным маслом, при этом материал содержит медь - 10,5-17,5%, барит - 2,0-5,2%, железо - остальное, имеет открытую пористость 15-20%, твердость по Бринеллю НВ не менее 600 МПа, плотность 5,45-5,85 г/см3, относительную осадку не менее 12% и масловпитываемость - 1-4%, при этом железная матрица имеет крупнозернистую структуру с размером зерна 10-180 мкм, не менее 70% которых находится в пределах 25-75 мкм, состоит из зернистого перлита с включениями до 20% пластинчатого перлита и феррита, имеет межзеренную и внутизеренную пористость, по границам зерен распределены включения графита, окиси кремния, сульфидов, меди и цементита в виде разорванной сетки, причем медь распределена как по границе зерен, так и внутри зерен.
Железо составляет основу фрикционного материала. Вводится в виде порошка ABC 100.30 фирмы "Hoganas" (Швеция). Благодаря высокой чистоте и отличным технологическим свойствам порошок обеспечивает высокое качество фрикционного материала. Железо является основным связующим компонентом и обеспечивает общую прочность фрикционного сплава.
Медь введена в виде порошка медного электролитического ПМС-1 (массовая доля меди 99,5%) ГОСТ 4960 с номинальной величиной частиц 100 мкм. Часть меди при спекании растворяется в феррите, тем самым упрочняя его и повышая сопротивление атмосферной коррозии. Основная часть меди содержится в материале в виде включений свободной меди по границам зерен и внутри зерен основной структуры, улучшая фрикционные свойства композита. Медь в составе фрикционного сплава на основе железа повышает теплопроводность и коэффициент трения за счет увеличения адгезионной составляющей коэффициента трения. При содержании менее 10,5% интенсифицируется схватывание ферритной основы фрикционного элемента со сталью фрикционного диска, что приводит к усилению износа, но не повышает коэффициент трения выше 0,35. При содержании свыше 17,5% интенсифицируется адгезионное взаимодействие медной составляющей фрикционного элемента со сталью фрикционного диска, что увеличивает коэффициент трения, но ведет к увеличенному износу фрикционного материала и нестабильности коэффициента трения.
Графит карандашный - порошок черного цвета марок ГК-1, ГК-3 по ГОСТ 4404-78. Графит в процессе трения служит твердой смазкой, препятствуя молекулярному схватыванию трущихся поверхностей. Содержание в составе металлокерамического материала графита менее 2 мас. % приводит при некотором увеличении износостойкости к значительному снижению стабильности коэффициента трения. При увеличении количества графита более 5 мас. % с ростом коэффициента трения снижается износостойкость за счет снижении его прочностных характеристик.
Оксид кремния - порошок белого цвета (Кремний (IV) оксид) по ГОСТ 9428-73. Оксид кремния в процессе трения служит абразивом, увеличивая коэффициент трения.
Барит (концентрат баритовый гравитационный) - порошок сульфата бария (сернокислого бария BaSO4) по ГОСТ 4682-84. Барит обладает высокой плотностью (4300-4500 кг/м3), низкой твердостью (30-35 МПа), сравнительно небольшой абразивностью, введен в состав материала для придания материалу противозадирных свойств, Содержание в составе металлокерамического материала барита менее 2 мас. % приводит к незначительному увеличению износостойкости и повышению стабильности коэффициента трения. При увеличении количества барита более 5 мас. % снижается коэффициент трения и износостойкость за счет снижения прочностных характеристик.
В работах П.А. Ребиндера и Г.И. Епифанова показано, что в общем случае при трении протекают следующие процессы: 1) упругое и пластическое деформирование микронеровностей и пластическое течение в поверхностных слоях, приводящие к пластическому износу; 2) повторные микропластические деформации при периодических встречах микронеровностей, приводящие к установленному разрушению; 3) изменение механических и физических свойств поверхностных слоев металла вследствие глубокой пластической деформации. (Основы триботехники: учеб. пособие / Ю.М. Лужнов, В.Д. Александров; под ред. Ю.М. Лужнова. - М.: МАДИ, 2013. - 136 с., стр. 25.)
Из данных работ можно определить, какими свойствами должен обладать фрикционный материал, чтобы иметь высокую износостойкость и стабильный коэффициент трения. Составляющие фрикционного материала должны обладать высоким сопротивлением пластическому течению поверхностных слоев, противостоять усталостному разрушению межзеренных границ порошкового материала, иметь высокую теплопроводность, для быстрого отвода тепла в глубь основы, снижая тем самым изменения механических и физических свойств поверхностных и подповерхностных слоев зоны контакта фрикционного материала. Условия взаимодействия фрикционного материала с металлическим диском фрикционной муфты стрелочного электропривода имеют ряд особенностей. Фрикционный период работы при переводе стрелки стрелочным электроприводом длится от 1.5 до 5 сек. Направление движения контактируемых тел меняется на противоположное после каждого цикла перевода. Процесс фрикции начинается, практически, без смазки и заканчивается при ограниченной смазке. Процесс изнашивания в таких условиях работы теория трения относит к первой стадии изнашивания (Основы триботехники: учеб. пособие / Ю.М. Лужнов, В.Д. Александров; под ред. Ю.М. Лужнова. - М.: МАДИ, 2013. - 136 с., стр. 89). Известно, что продолжительность данной стадии составляет незначительную долю от времени работы фрикционной пары, но по величине износа эта стадия соизмерима с величиной износа в период установившегося износа. В этот период происходят процессы изменения геометрии поверхностей трения и физико-химических свойств фрикционного материала. На площадях контактирования возникают очень высокие давления и температуры и, как следствие, высокие градиенты напряжений и температур. При их действии, а также в результате взаимодействия с окружающей средой (воздухом, смазкой и т.д.) в зоне трущихся тел происходят значительные деформационные процессы, диффузионные процессы, меняются молекулярные взаимодействия, свободная поверхностная энергия и др., в десятки раз ускоряется протекание химических реакций, реализуются одновременно несколько механизмов разрушения поверхностного слоя. В таких жестких условиях эксплуатации фрикционный материал должен иметь структуру, которая способна быстро притираться, а это значит иметь по всему объему как мягкие составляющие, так и твердые, по твердости превышающие твердость контртела, иметь различную структуру и размер зерен.
Причинно-следственные связи предлагаемого материала, его структуры и физических свойств с техническим результатом, повышение износостойкости фрикционного материала и повышение стабильности коэффициента трения при изменении условий нагружения выражаются в следующем. Структура материала разнородна по фазовому составу и физико-механическим свойствам. В материале имеются твердые фазы зернистого и пластинчатого перлита, мягкие фазы феррита и меди, твердые включения оксида кремния, мягие включения графита. Такая сложная структура позволяет сохранять стабильность фрикционных свойств, коэффициента трения в условиях постоянного прирабатывания трущихся тел. Материал имеет высокую твердость и относительно высокую плотность, что повышает его износостойкость. Пропитка маслом до 4% объема материала позволяет значительно уменьшить окислительные процессы в материале и в зоне контакта, высокая однородность по зернистости, не менее 70% зерен имеют небольшой разброс по зерну 25-75 мкм, при наличии малых и крупных зерен,
Предлагаемое сочетание ингредиентов и разработанный режим спекания и последующий отжиг, которые являются «ноу-хау», позволили создать зернистую структуру с размером зерна 10-180 мкм, не менее 70% которых находится в пределах 25-75 мкм, состоящую из зернистого перлита с включениями до 20% пластинчатого перлита и феррита, имеющую межзеренную и внутизеренную пористость, по границам зерен распределены включения графита, окиси кремния, сульфидов, меди и цементита в виде разорванной сетки, причем медь распределена по границе зерен, так и внутри зерен. Наличие открытой пористости 15-20% позволяет пропитывать материал маслом до 1-4% от объема материала. Данного количества масла достаточно для того, чтобы контактная поверхность оставалась покрытой тонким слоем масла при работе фрикционных элементов в составе фрикционной муфты стрелочного электропривода не менее 5 лет. Твердость по Бринеллю НВ не менее 600 МПа и плотность 5,45-5,85 г/см3 позволяют путем осадки крепить фрикционные элементы в фрикционном диске. Осадка материала до 12% дополнительно позволяет повысить прочность материала с сохранением его структуры.
Исследование основной структуры порошкового фрикционного композиционного материала, изготовленного по предлагаемому техническому решению, проводили в соответствии с ГОСТ 8233-56 «Сталь. Эталоны микроструктуры» и ГОСТ 5639-82 «Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна» на микрошлифе, приготовленном по стандартной методике, на поверхности образца, на электронном микроскопе МЕТАМ РВ-21-2. В качестве травителя для выявлении структуры образцов применяется стандартный реактив - 4% раствор азотной кислоты в этиловом спирте. Анализ размера зерна проводится при помощи программы ImageExpert Pro 3. Нетравленная поверхность шлифа представляет собой равномерно распределенные поры, включения меди и графита, неметаллические включения. После травления поверхности шлифа (в течение 1-2 секунд) микроструктура образца представляет собой зерна размером от 10 до 180 мкм.
На фиг. 1 представлена микроструктура материала, равномерное распределение включений графита (1), меди (2), пор (3), шлиф без травления, ув. 100.
На фиг. 2 представлена микроструктура материала, включения графита (1), включения меди (2), межзеренная пора (3), включения сульфидов (4), по границам зерен (5), ув. 500.
На фиг. 3 представлена микроструктура материала, включения меди (1) по границам зерен (2), межзеренная пора (3), включения графита (4), ув. 100.
На фиг. 4 представлена микроструктура материала, зернистый перлит (5), включения пластинчатого перлита (6), допустимо до 20%, ув. 500.
На фиг. 5 представлена микроструктура материала, включения меди (1) по границам зерен (2), равномерное распределение тонких включений цементита в виде разорванной сетки (3), ув. 100.
На фиг. 6 представлена микроструктура материала, зернистый перлит (1) с включениями пластинчатого (2) до 20%, включения меди (6) по границам зерен (7), включения графита (4), межзеренная пора (5), равномерное распределение тонких включений цементита в виде разорванной сетки (3), ув. 500.
Механические испытания проводили на специальном стенде с электроприводом СП-6. Фрикционная муфта оснащалась фрикционными элементами, спеченными из порошков двух составов, один по варианту прототипа и второй по предлагаемому варианту. Максимальное усилие для перевода рабочего шибера и удержания шибера в рабочем положении при замыкании стрелочного привода кН (кгс), развиваемое электроприводом постоянного тока типа МСП-0,25 при номинальном напряжении 160 В, было не менее 6 кН (600 кгс), что соответствовало нормативной документации на стрелочный привод типа СП-6. Электродвигатель через соединительную муфту, редуктор, фрикционную муфту и зубчатое зацепление колеса и зубьев шибера передавал усилие на шибер. Шибер упирался в датчик силы. Измеряли, одновременно, силу тока при работе электродвигателя на фрикцию, при выдвинутом шибере, и усилие на датчике, которое создавал шибер в процессе фрикции. При втянутом шибере измеряли только силу тока при работе электродвигателя на фрикцию. Усилия нагружения фрикционной муфты проводили с помощью тарельчатых пружин. Тарельчатые пружины сжимали с помощь нагрузочной гайки. Нагрузку осуществляли ступенчато, после каждого испытания, увеличивая по одному шагу. По условию эксперимента один шаг нагрузочной гайки создавал усилие на шибере не более 1 кН (100 кгс). С каждым шагом общая нагрузка сжатия фрикционных дисков увеличивалась. Процесс фрикции проводили в течение 10 сек, фиксировали усилие на шибере в зависимости от шага нагружения и силы тока на двигателе. Фиксировали минимальные и максимальные значения силы тока, определяли разброс значений тока от среднего значения в процентах. Именно такая характеристика фрикционной муфты контролируется согласно техническим условиям.
На фиг. 7 представлена зависимость усилия на шибере (1) и отклонение в % (2) силы тока на двигателе стрелочного привода для материала прототипа. Усилия нагружения фрикционной муфты проводили ступенчато по одному шагу с помощью нагрузочной гайки. Один шаг нагрузочной гайки создавал усилие на шибере не более 1 кН (100 кгс)
На фиг. 8 представлена зависимость усилия на шибере (1) и отклонение в % (2) силы тока на двигателе стрелочного привода для предлагаемого материала. Усилия нагружения фрикционной муфты проводили ступенчато по одному шагу с помощью нагрузочной гайки. Один шаг нагрузочной гаки создавал усилие на шибере не более 1 кН (100 кгс).
Положительный эффект на износостойкость и стабильность коэффициента трения оказывает различная зернистость основы с размером зерна порядка 10-180 мкм. Участки цементита дополнительно упрочняют матрицу, повышая общую износостойкость материала. Медные включения в железной основе и по границам зерен повышают теплопроводность материала. Выходя на поверхность трения по мере износа материала, медь обеспечивает схватывание со сталью неподвижного диска, повышая общий коэффициент трения за счет адгезионной составляющей. Фрикционный наполнитель, оксид кремния, выходя на поверхность фрикционного материала в процессе трения, обеспечивает повышение коэффициента трения за счет деформационной составляющей. При этом, будучи достаточно мелкими (средний диаметр зерен 10-15 мкм), частицы фрикционного наполнителя упрочняют матрицу фрикционного материала, повышая износостойкость. Также в состав матрицы фрикционного материала входит свободный графит. Выходя из пор материала в процессе трения, графит создает в зоне трения защитную пленку, препятствующую чрезмерному износу контртела, кроме того, пленка вносит дополнительный вклад в стабилизацию коэффициента трения, снижает износ контртела. Материал пропитан маслом, которое препятствует проникновению влаги в поры сплава, стабилизируя работу фрикционного элемента в различных климатических условиях.
Стабильность коэффициента трения оценивали по проценту разброса значений тока при фрикции муфты. Из представленных зависимостей 1 на фиг. 7 и на фиг. 8 видно, что зависимость усилия на шибере от усилия нагружения муфты (чем больше значение шага, тем больше сжатие тарельчатых пружин и сжатие фрикционных дисков муфты) линейна и коэффициент трения постоянен. Однако зависимости 2 на фиг. 7 и на фиг. 8 показывают, что данный коэффициент трения нестабилен. Причем большую нестабильность (близкую к максимально допустимым значениям) имеет материал по варианту прототипа. Проведенные испытания на износостойкость показали, что фрикционные элементы из предлагаемого материала имеют износостойкость в два раза выше по сравнению с прототипом, что и позволило значительно сократить высоту элемента и уйти от негативных явлений вибрации.
Таким образом, заявляемая совокупность компонентов, вводимых в предлагаемый состав в предлагаемом соотношении, создает необходимую структуру, физико-механические свойства материала, тем самым обеспечивая повышение износостойкости материала и стабильность коэффициента трения.
Подготовлена опытная партия фрикционных элементов для установки в фрикционные муфты для проведения производственных испытаний на различных железных дорогах РФ.
Claims (3)
- Композиционный фрикционный спеченный материал для фрикционной муфты стрелочного электропривода, имеющий открытую пористость и пропитанный маслом, содержащий окись кремния, графит, железо и медь, отличающийся тем, что он содержит барит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
-
окись кремния 2-5,0 графит 2-5 медь 10,5-17,5 барит 2,0-5,2 железо остальное - при этом открытая пористость составляет 15-20%, твердость по Бринеллю НВ - не менее 600 МПа, плотность - 5,45-5,85 г/см3, относительная осадка - не менее 12% и масловпитываемость – 1-4%, причем железная матрица имеет крупнозернистую структуру с размером зерна 10-180 мкм, не менее 70% которых находится в пределах 25-75 мкм, состоит из зернистого перлита с включениями до 20% пластинчатого перлита и феррита, имеет межзеренную и внутризеренную пористость, а по границам зерен распределены включения графита, окиси кремния, сульфидов, меди и цементита в виде разорванной сетки, причем медь распределена по границе зерен и внутри зерен.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126795A RU2639427C1 (ru) | 2016-07-05 | 2016-07-05 | Материал фрикционный композиционный для фрикционной муфты стрелочного электропривода |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126795A RU2639427C1 (ru) | 2016-07-05 | 2016-07-05 | Материал фрикционный композиционный для фрикционной муфты стрелочного электропривода |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2639427C1 true RU2639427C1 (ru) | 2017-12-21 |
Family
ID=63857320
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016126795A RU2639427C1 (ru) | 2016-07-05 | 2016-07-05 | Материал фрикционный композиционный для фрикционной муфты стрелочного электропривода |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2639427C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU205758U1 (ru) * | 2021-01-14 | 2021-08-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Информационные технологии" (ООО "ИнфоТех") | Муфта фрикционная стрелочного привода |
RU2757880C2 (ru) * | 2019-07-02 | 2021-10-22 | Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии имени академика О.В. Романа" | Спеченный порошковый фрикционный материал для фрикционных дисков муфты редуктора стрелочного электропривода |
RU2759364C1 (ru) * | 2021-01-14 | 2021-11-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Информационные технологии" (ООО "ИнфоТех") | Материал композиционный для муфты фрикционной стрелочного электропривода |
RU2789797C1 (ru) * | 2022-11-14 | 2023-02-10 | Государственное Научное Учреждение Институт Порошковой Металлургии Имени Академика О.В. Романа | Состав для получения спеченного фрикционного материала на основе железа для муфты сцепления |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU171702A1 (ru) * | ||||
CN1130667A (zh) * | 1994-09-30 | 1996-09-11 | 中国航空工业总公司第六二一研究所 | 铁基金属陶瓷摩擦副材料 |
RU2220026C1 (ru) * | 2002-07-29 | 2003-12-27 | Закрытое акционерное общество "Дальневосточная технология" | Способ изготовления фрикционных изделий |
RU2553138C1 (ru) * | 2014-03-25 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии" | Композиционный сплав на основе железа для тормозной колодки железнодорожного вагона |
-
2016
- 2016-07-05 RU RU2016126795A patent/RU2639427C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU171702A1 (ru) * | ||||
SU263161A1 (ru) * | В. Н. Анциферов, Т. Г. Черепанова , Н. Н. Худеньких | Металлокерамический антифрикционный материал | ||
CN1130667A (zh) * | 1994-09-30 | 1996-09-11 | 中国航空工业总公司第六二一研究所 | 铁基金属陶瓷摩擦副材料 |
RU2220026C1 (ru) * | 2002-07-29 | 2003-12-27 | Закрытое акционерное общество "Дальневосточная технология" | Способ изготовления фрикционных изделий |
RU2553138C1 (ru) * | 2014-03-25 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии" | Композиционный сплав на основе железа для тормозной колодки железнодорожного вагона |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2757880C2 (ru) * | 2019-07-02 | 2021-10-22 | Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии имени академика О.В. Романа" | Спеченный порошковый фрикционный материал для фрикционных дисков муфты редуктора стрелочного электропривода |
RU205758U1 (ru) * | 2021-01-14 | 2021-08-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Информационные технологии" (ООО "ИнфоТех") | Муфта фрикционная стрелочного привода |
RU2759364C1 (ru) * | 2021-01-14 | 2021-11-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Информационные технологии" (ООО "ИнфоТех") | Материал композиционный для муфты фрикционной стрелочного электропривода |
RU2789797C1 (ru) * | 2022-11-14 | 2023-02-10 | Государственное Научное Учреждение Институт Порошковой Металлургии Имени Академика О.В. Романа | Состав для получения спеченного фрикционного материала на основе железа для муфты сцепления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mahathanabodee et al. | Dry sliding wear behavior of SS316L composites containing h-BN and MoS2 solid lubricants | |
Sharma et al. | Solid lubrication in iron based materials–a review | |
RU2639427C1 (ru) | Материал фрикционный композиционный для фрикционной муфты стрелочного электропривода | |
Dhanasekaran et al. | Abrasive wear behavior of sintered steels prepared with MoS2 addition | |
JP5378530B2 (ja) | 耐摩耗性が向上した滑り軸受け及びその製造方法 | |
RU2618976C2 (ru) | Новый металлический порошок и его использование | |
Peruzzo et al. | Reciprocating sliding wear of the sintered 316L stainless steel with boron additions | |
MXPA06015244A (es) | Polvo de acero inoxidable. | |
Zammit et al. | The effect of shot peening on the scuffing resistance of Cu-Ni austempered ductile iron | |
Furlan et al. | Thermal stability of the MoS2 phase in injection moulded 17-4 PH stainless steel | |
Grácio et al. | Mechanical behavior of Al-SiC nanocomposites produced by ball milling and spark plasma sintering | |
Murakami et al. | Damping and tribological properties of Fe–Si–C cast iron prepared using various heat treatments | |
Büyükkayacı et al. | Influence of mechanical alloying time on microstructure and wear behaviors of Fe–Cu–C alloy | |
Zhang et al. | Tribological properties and mechanism of the bilayer iron based powder metallurgy materials | |
GARDOS | Self-lubricating composites for extreme environmental conditions | |
Akshay et al. | Determination on the effect of ti addition on the microstructural, mechanical and wear behavior of Cu–6Sn alloy in as—Cast condition | |
RU176377U1 (ru) | Фрикционный элемент для фрикционной муфты стрелочного электропривода | |
Barykin et al. | Effect of the structure of babbit B83 on the intensity of wear of tribocouplings | |
Leshok et al. | Tribotechnical properties of a copper-based powder friction material with the addition of iron-chromium alloy powder | |
RU2759364C1 (ru) | Материал композиционный для муфты фрикционной стрелочного электропривода | |
Wang et al. | Fabrication and tribological properties of HSS‐based self‐lubrication composites with an interpenetrating network | |
Chandrasekaran et al. | Sintered iron–copper–tin–lead antifriction materials—effect of temperature | |
Sreejith et al. | Optimization of wear parameters of binary Al− 25Zn and Al− 3Cu alloys using design of experiments | |
Kavitha | Dry sliding wear performance of AA7075/MoS2 composite materials | |
Yan et al. | Investigation of tribological behaviors of TiAl-multilayer graphene-microsphere composites at different applied loads |