RU2665651C2 - Romanit-fuvlhch friction composite material and method of production thereof - Google Patents
Romanit-fuvlhch friction composite material and method of production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2665651C2 RU2665651C2 RU2016148267A RU2016148267A RU2665651C2 RU 2665651 C2 RU2665651 C2 RU 2665651C2 RU 2016148267 A RU2016148267 A RU 2016148267A RU 2016148267 A RU2016148267 A RU 2016148267A RU 2665651 C2 RU2665651 C2 RU 2665651C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- graphite
- powders
- granules
- mixture
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 69
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 62
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 61
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000002783 friction material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000010438 granite Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 51
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 17
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 17
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 11
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 9
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 8
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 7
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 2
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- 239000005078 molybdenum compound Substances 0.000 claims 2
- 150000002752 molybdenum compounds Chemical class 0.000 claims 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 15
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 9
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- ZIKKVZAYJJZBGE-UHFFFAOYSA-N molybdenum(4+) Chemical class [Mo+4] ZIKKVZAYJJZBGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 3
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017108 Fe—Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000003181 co-melting Methods 0.000 description 1
- 239000010883 coal ash Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/14—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by powder metallurgy, i.e. by processing mixtures of metal powder and fibres or filaments
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Lubricants (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к композиционным фрикционным материалам на железной основе, изготавливаемых методом порошковой металлургии, и может найти применение на железнодорожном транспорте во фрикционных узлах поглощающих аппаратов автосцепки железнодорожных транспортных средств, в машиностроении, сельскохозяйственном машиностроении в тормозных и передаточных узлах различных машин и механизмов.The invention relates to composite friction materials on an iron basis, manufactured by powder metallurgy, and can find application in railway transport in friction units of absorbing devices for automatic coupling of railway vehicles, in mechanical engineering, agricultural engineering in brake and transmission units of various machines and mechanisms.
Анализ научно-технической информации показал, что в настоящее время не существует порошковых экологически чистых фрикционных материалов на железной основе, позволяющих варьировать коэффициентом трения в значительных пределах, в зависимости от условий эксплуатации, и обеспечивающих необходимый ресурс работы контактирующей пары в условиях ударного трения и при высоких скоростях скольжения. Нормальная эксплуатация таких материалов в различных климатических условиях при сухом трении возможна в случае высокой их прочности, высокой фрикционной теплостойкости, высокой стойкости против истирания, высокой коррозионной стойкости и способности не коррозировать с сопряженными деталями, при отсутствии схватывания (свариваемости) как в процессе, так и после торможения.The analysis of scientific and technical information showed that at present there are no powder environmentally friendly friction materials based on iron, which allow varying the friction coefficient to a considerable extent, depending on operating conditions, and providing the necessary service life of the contacting pair under shock friction and at high sliding speeds. Normal operation of such materials in various climatic conditions with dry friction is possible in the case of their high strength, high frictional heat resistance, high abrasion resistance, high corrosion resistance and the ability to not corrode with mating parts, in the absence of setting (weldability) both in the process and after braking.
В связи с этим задача создания экологически чистых фрикционных материалов, обладающих указанными выше трибологическими характеристиками, является весьма актуальной.In this regard, the task of creating environmentally friendly friction materials with the above tribological characteristics is very relevant.
Известен фрикционный материал в виде спеченных порошков железа, графита, карбида кремния SiC, муллита Al2O3, дисульфида молибдена MoS2, свинца и олова, при следующем соотношении компонентов, мас. %:Known friction material in the form of sintered powders of iron, graphite, silicon carbide SiC, mullite Al 2 O 3 , molybdenum disulfide MoS 2 , lead and tin, in the following ratio, wt. %:
Остальное: муллит Al2O3, дисульфид молибдена MoS2, свинец и олово [см. пат. США №3341931 по классу НКИ 49-420 опубликованный в 1967 году].The rest: mullite Al 2 O 3 , molybdenum disulfide MoS 2 , lead and tin [see US Pat. US No. 3341931 for the class NKI 49-420 published in 1967].
Недостатком описанного материала низкая механическая прочность получаемого фрикционного материала, так как при введении в состав материала четырех и более мас. % графита материал крайне плохо прессуется, становится рыхлым и обладает низкими прочностными характеристиками. Кроме того, из-за низкой температуры плавления олова (232°C) и свинца (327°C), невозможно спечь порошковый материал с содержанием железа 60-70 мас. %, температура спекания которого составляет 0,7 температуры плавления железа и составляет 1075°C, а при этой температуре олово и свинец интенсивно испаряются и, в результате, получается фрикционный материал крайне низкой прочности, неспособный работать в условиях ударного трения.The disadvantage of the described material is the low mechanical strength of the resulting friction material, since when four or more wt. % of graphite material is extremely poorly pressed, becomes loose and has low strength characteristics. In addition, due to the low melting point of tin (232 ° C) and lead (327 ° C), it is impossible to sinter powder material with an iron content of 60-70 wt. %, the sintering temperature of which is 0.7, the melting point of iron and is 1075 ° C, and at this temperature tin and lead intensively evaporate and, as a result, frictional material of extremely low strength is obtained, incapable of working under shock friction conditions.
Известен также фрикционный материал в виде спеченных порошков железа, меди, графита, молибдена и олова, при следующем соотношении компонентов, мас. %:Friction material is also known in the form of sintered powders of iron, copper, graphite, molybdenum and tin, in the following ratio of components, wt. %:
возможны висмут, кадмий, свинец [см. пат. США №3021592 по классу НКИ кл. 29 опубликованный в 1962 году].bismuth, cadmium, lead are possible [see US Pat. USA No. 3021592 in the class of NCI class 29 published in 1962].
Недостатком описанной композиции является низкая механическая прочность получаемого фрикционного материала, так как при введении в состав материала четырех и более мас. % графита материал крайне плохо прессуется, становится рыхлым и обладает низкими прочностными характеристиками и не в состоянии работать в условиях ударного трения.The disadvantage of the described composition is the low mechanical strength of the resulting friction material, since when four or more wt. % of graphite, the material is extremely poorly pressed, becomes loose and has low strength characteristics and is not able to work in conditions of shock friction.
Известен порошковый фрикционный сплав на основе железа в виде спеченных порошков железа, олова, дисульфида молибдена, двуокиси кремния и графита, при следующем соотношении компонентов, мас. %:Known powder friction alloy based on iron in the form of sintered powders of iron, tin, molybdenum disulfide, silicon dioxide and graphite, in the following ratio, wt. %:
[см. пат. России №2034086 по классам С22, С33/02 опубликованный 30.04.1995 года].[cm. US Pat. Russia No. 2034086 for classes C22, C33 / 02 published on 04/30/1995].
Недостатком описанного материала низкая механическая прочность получаемого фрикционного материала, так как при введении в состав материала четырех и более мас. % графита материал крайне плохо прессуется, становится рыхлым и обладает низкими прочностными характеристиками и не в состоянии работать в условиях ударного трения. Кроме того, из-за низкой температуры плавления олова (232°C), невозможно спечь порошковый материал с содержанием железа 77 и более мас. %, температура спекания которого составляет 0,7 температуры плавления железа и составляет 1075°C, а при этой температуре олово интенсивно испаряется и в результате получается фрикционный материал крайне низкой прочности, неспособный работать в условиях ударного трения. Все это подтверждается ресурсными испытаниями аппаратов поглощающих ГТМКП-110. После введения энергии 50 МДж элементы металлокерамические из этого материала растрескиваются и рассыпаются.The disadvantage of the described material is the low mechanical strength of the resulting friction material, since when four or more wt. % of graphite, the material is extremely poorly pressed, becomes loose and has low strength characteristics and is not able to work in conditions of shock friction. In addition, due to the low melting point of tin (232 ° C), it is impossible to sinter powder material with an iron content of 77 or more wt. %, the sintering temperature of which is 0.7, the melting point of iron and is 1075 ° C, and at this temperature the tin evaporates intensively and as a result a friction material of extremely low strength is obtained, unable to work in conditions of shock friction. All this is confirmed by the resource tests of the devices absorbing GTMKP-110. After the introduction of an energy of 50 MJ, the cermet elements from this material crack and crumble.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является фрикционный материал на основе железа в виде спеченных порошков железа, меди, графита, фосфора и каменноугольной золы, при следующем содержании компонентов, мас. %:The closest in essence and the achieved effect, taken as a prototype, is a friction material based on iron in the form of sintered powders of iron, copper, graphite, phosphorus and coal ash, with the following components, wt. %:
причем 1,8-12 мас. % меди и 2,4-14 мас. % графита входят в материал в виде гранул размером 0,4-1,2 мм [см. пат. России №2049141 по классам С22, С33/02 опубликованный 27.11.1995 года].and 1.8-12 wt. % copper and 2.4-14 wt. % of graphite enter the material in the form of granules with a size of 0.4-1.2 mm [see US Pat. Russia No. 2049141 for classes C22, C33 / 02 published on November 27, 1995].
Недостатком описанного технического решения является следующее: недостаточная износостойкость, низкая прочность материала из-за содержания такого количества золы (0,3-1,5 мас. % золы соответствует 2,5-11,5 об. % золы в материале), что обуславливает низкую прочность материала и невозможность воспринимать динамические нагрузки, крайне низкая пластичность материала, в связи с чем этот материал не нашел широкого применения в технике.The disadvantage of the described technical solution is the following: insufficient wear resistance, low strength of the material due to the content of such an amount of ash (0.3-1.5 wt.% Ash corresponds to 2.5-11.5 vol.% Ash in the material), which leads to low strength of the material and the inability to absorb dynamic loads, extremely low ductility of the material, and therefore this material has not found wide application in technology.
В основу изобретения поставлена задача создать, в первую очередь, фрикционный композиционный материал, в виде спеченных порошков железа, фосфора, графита с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, в котором путем дополнительного введения меди, упрочненной хромистым чугуном, твердой смазки, упрочняюще-легирующих компонентов, волокон и нитей углеродных и гранитного концентрата и соответствующего подбора компонентов получают фрикционный композиционный материал, обладающий высокой механической прочностью, повышенной износостойкостью, высоким коэффициентом трения и обладающий способностью воспринимать большие динамические нагрузки.The basis of the invention is the task to create, first of all, a friction composite material in the form of sintered powders of iron, phosphorus, graphite with localized inclusions of granules containing copper and graphite, in which, by the addition of copper hardened by chrome cast iron, a solid lubricant reinforcing alloying components, fibers and threads of carbon and granite concentrate and the corresponding selection of components receive a friction composite material with high mechanical strength, increased nd wear resistance, high coefficient of friction and having the ability to receive large dynamic loads.
Другой задачей изобретения является создание такого способа получения фрикционного композиционного материала, в котором медный порошок, упрочненный хромистым чугуном, твердая смазка, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные и гранитный концентрат смешиваются с матричной шихтой, содержащей порошки железа, с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, при определенном соотношении компонентов образуется фрикционный композиционный материал, обладающий высокой механической прочностью, повышенной износостойкостью, высоким коэффициентом трения и обладающий способностью воспринимать большие динамические нагрузки.Another object of the invention is to provide such a method for producing a friction composite material in which copper powder hardened by chrome cast iron, solid lubricant, hardening alloying components, carbon fibers and filaments and granite concentrate are mixed with a matrix charge containing iron powders with localized inclusions of granules, containing copper and graphite, at a certain ratio of components, a friction composite material is formed with high mechanical strength, increased and nosostoykostyu, high coefficient of friction and having the ability to receive large dynamic loads.
Еще одной задачей изобретения является создание такого фрикционного металлокерамического элемента, в котором путем использования фрикционного композиционного материала, полученного путем подбора компонентов и определенного способа получения этого материала, достигается разная величина коэффициента трения при рабочем и холостом ходе металлокерамического элемента.Another objective of the invention is the creation of such a friction cermet element, in which by using a friction composite material obtained by selecting components and a specific method of producing this material, a different value of the friction coefficient is achieved during working and idling of the cermet element.
Поставленная задача решается тем, что в известном фрикционном материале в виде спеченных порошков железа, фосфора, графита с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, согласно предложению, он дополнительно содержит медь, упрочненную хромистым чугуном, твердую смазку, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные, гранитный концентрат, при следующем соотношении компонентов в материале, мас. %:The problem is solved in that in the known friction material in the form of sintered powders of iron, phosphorus, graphite with localized inclusions of granules containing copper and graphite, according to the proposal, it additionally contains copper, hardened by chrome cast iron, solid lubricant, reinforcing alloying components, fibers and carbon filaments, granite concentrate, in the following ratio of components in the material, wt. %:
при этом гранулы имеют размер 0,4-2,0 мм при следующем соотношении компонентов в теле гранул, мас. %:while the granules have a size of 0.4-2.0 mm in the following ratio of components in the body of the granules, wt. %:
при этом медь с хромистым чугуном имеет следующее соотношение компонентов в порошке:while copper with chrome cast iron has the following ratio of components in powder:
в качестве твердой смазки выбирают, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы графит, дисульфид молибдена, соединения четырехвалентного молибдена (IV), сульфиды металлов, серу,as a solid lubricant, at least one material selected from the group of graphite, molybdenum disulfide, tetravalent molybdenum (IV) compounds, metal sulfides, sulfur,
в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов выбирают, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (ферро-фосфор), ультрадисперсные алмазы (УДА).at least one material selected from the group of white phosphorus, red phosphorus, black phosphorus, metallic phosphorus (ferro-phosphorus), ultrafine diamonds (UDD) is selected as the hardening-alloying powder components.
Еще одна задача решается тем, что получение фрикционного материала, включающем получение порошка меди, упрочненного хромистым чугуном, путем совместного расплавления меди и хромистого чугуна и последующего распыления полученного расплава на установке ударного дробления УДГ и последующим смешиванием с матричной шихтой, согласно предложению, содержащей порошки железа, твердой смазки, упрочняюще-легирующих компонентов, волокна и нити углеродные и гранитный концентрат.Another problem is solved in that the production of friction material, including the production of copper powder hardened by chromium cast iron, by co-melting copper and chromium cast iron and subsequent spraying of the obtained melt in a UDG impact crushing plant and subsequent mixing with a matrix charge, according to a proposal containing iron powders , solid lubricants, hardening-alloying components, carbon fibers and threads and granite concentrate.
Еще одна задача решается тем, что в известном способе получения фрикционного материала, включающем получения гранул путем гранулирования первой смеси порошков, содержащей порошки графита и меди, смешивание гранул со второй смесью порошков, содержащей порошки железа, меди, упрочненной хромистым чугуном, твердую смазку, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные и гранитный концентрат, формование и спекание полученной шихты, согласно предложению, первую смесь порошков, содержащую, мас. %:Another problem is solved by the fact that in the known method for producing friction material, which includes producing granules by granulating a first mixture of powders containing graphite and copper powders, mixing granules with a second mixture of powders containing powders of iron, copper, hardened by chrome cast iron, solid lubricant, hardening -alloying components, fibers and threads carbon and granite concentrate, molding and sintering of the resulting mixture, according to the proposal, the first mixture of powders containing, by weight. %:
гранулируют с получением гранул размером 0,4-2,0 мм, гранулы смешивают со второй смесью порошков, которая дополнительно содержит медь, упрочненную хромистым чугуном, твердую смазку, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные, гранитный концентрат при следующем соотношении компонентов в материале, мас. %:granulate to obtain granules with a size of 0.4-2.0 mm, the granules are mixed with a second mixture of powders, which additionally contains copper, hardened by chrome cast iron, solid lubricant, hardening alloying components, carbon fibers and threads, granite concentrate in the following ratio of components in material, wt. %:
при следующем соотношении, мас.ч.:in the following ratio, parts by weight:
в качестве твердой смазки выбирают, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы графит, дисульфид молибдена, соединения четырехвалентного молибдена(IV), сульфиды металлов, сера, в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов выбирают по меньшей мере один материал, выбранный из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (феррофосфор), ультрадисперсные алмазы (УДА).at least one material selected from the group of graphite, molybdenum disulfide, tetravalent molybdenum (IV) compounds, metal sulfides, sulfur is selected as a solid lubricant; at least one material selected from the group is selected as hardening-alloying powder components white phosphorus, red phosphorus, black phosphorus, metallic phosphorus (ferrophosphorus), ultrafine diamonds (UDD).
Предпочтительно первую смесь порошков, известным способом, гранулируют путем пропускания между калиброванными валками прокатного стана.Preferably, the first powder mixture, in a known manner, is granulated by passing between calibrated rolls of a rolling mill.
Формование шихты, в соответствии с изобретением, может быть выполнено путем прокатывания дозированными порциями между валками прокатного стана.The formation of the charge, in accordance with the invention, can be performed by rolling in metered portions between the rolls of the rolling mill.
Предпочтительно шихту спекают при температуре 1000-1100°C.Preferably, the mixture is sintered at a temperature of 1000-1100 ° C.
Еще одна задача решается тем, что в известном элементе узла трения, включающем несущий элемент с напеченным слоем фрикционного материала из спеченных порошков железа, графита с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, согласно предложению, дополнительно содержит порошки меди, упрочненной хромистым чугуном, твердую смазку, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные и гранитный концентрат, при следующем соотношении компонентов в материале, мас. %:Another problem is solved by the fact that in the known element of the friction assembly, comprising a bearing element with a baked layer of friction material from sintered iron powders, graphite with localized inclusions of granules containing copper and graphite, according to the proposal, it additionally contains solid powders of copper, hardened by chrome cast iron, solid lubricant, hardening-alloying components, carbon fibers and threads and granite concentrate, in the following ratio of components in the material, wt. %:
при этом гранулы имеют размер 0,4-2,0 мм при следующем соотношении компонентов в теле гранул, мас. %:while the granules have a size of 0.4-2.0 mm in the following ratio of components in the body of the granules, wt. %:
при этом медь с хромистым чугуном имеет следующее соотношение компонентов в порошке, мас. %:while copper with chrome cast iron has the following ratio of components in powder, wt. %:
в качестве твердой смазки выбирают, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы графит, дисульфид молибдена, соединения четырехвалентного молибдена(IV), сульфиды металлов, серу,as a solid lubricant, at least one material selected from the group of graphite, molybdenum disulfide, tetravalent molybdenum (IV) compounds, metal sulfides, sulfur,
в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов выбирают, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (ферро-фосфор), ультрадисперсные алмазы (УДА).at least one material selected from the group of white phosphorus, red phosphorus, black phosphorus, metallic phosphorus (ferro-phosphorus), ultrafine diamonds (UDD) is selected as the hardening-alloying powder components.
Предпочтительно несущий элемент выполнен из низкоуглеродистой стали.Preferably, the support member is made of low carbon steel.
Толщину несущего элемента выбирают в пределах 1,0-7,0 мм, при этом толщина рабочего слоя 1,0-12,0 мм.The thickness of the supporting element is selected in the range of 1.0-7.0 mm, while the thickness of the working layer is 1.0-12.0 mm.
Введение во фрикционный материал в качестве основы меди, легированной хромистым чугуном, обусловлено тем, что, введение хромистого чугуна в медь в сотни раз упрочняет медь увеличивая ее микротвердость, искажает кристаллическую решетку меди, активизируя диффузионные процессы, протекающие при спекании меди и, как результат, значительно улучшает прочностные свойства меди и стабилизирует коэффициент трения материала в заданном диапазоне трения.The introduction into the friction material as the basis of copper alloyed with chromium cast iron is due to the fact that the introduction of chromium cast iron into copper strengthens the copper hundreds of times by increasing its microhardness, distorts the crystal lattice of copper, activating the diffusion processes that occur during sintering of copper and, as a result, significantly improves the strength properties of copper and stabilizes the coefficient of friction of the material in a given range of friction.
В ведение во фрикционный материал в качестве твердой смазки порошкообразных компонентов одного из материалов, выбранного из группы графит, дисульфид молибдена, соединения четырехвалентного молибдена(IV), сульфиды металлов, сера обусловлено тем, что эти материалы предотвращают схватывание сопрягаемых поверхностей, предотвращают появление на этих поверхностях задиров и значительно уменьшают износ этих поверхностей.The friction material is administered as a solid lubricant to the powder components of one of the materials selected from the group graphite, molybdenum disulfide, tetravalent molybdenum (IV) compounds, metal sulfides, sulfur due to the fact that these materials prevent the setting of mating surfaces and prevent the appearance of mating surfaces on these surfaces scoring and significantly reduce wear on these surfaces.
Предельные содержания в материале твердой смазки порошкообразных компонентов одного из материалов, выбранного из группы графит, дисульфид молибдена, соединения четырехвалентного молибдена(IV), сульфиды металлов, сера определены экспериментальным путем исходя из условий сохранения величины требуемого коэффициента трения.The maximum content of the powder components of one of the materials selected from the group of graphite, molybdenum disulfide, tetravalent molybdenum (IV) compounds, metal sulfides, and sulfur in the solid lubricant material is determined experimentally based on the conditions for maintaining the required friction coefficient.
В ведение во фрикционный материал в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов одного из материалов, выбранного из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (феррофосфор), ультрадисперсные алмазы (УДА) обусловлено тем, что фосфор активирует спекание материала, сильно повышает скорость диффузионных процессов, происходящих в α-фазе (примерно в 100 раз), резко снижает температуру спекания, упрочняет феррит в 290 раз, образует фосфид меди, твердость которого выше твердости меди. Фосфор взаимодействует с медью, железом и образует сложные соединения в системах Fe-Fe3P, Cu-Cu3P, что значительно увеличивает твердость и прочность материала. Влияние ультрадисперсных алмазов (УДА) на упрочнение феррита аналогично фосфору, только отличается механизмом. Введение ультрадисперсных алмазов (УДА) сильно искажает кристаллическую решетку железа, повышает его твердость и увеличивает фрикционные свойства материала.The introduction of the friction material as a hardening-alloying powdery components of one of the materials selected from the group of white phosphorus, red phosphorus, black phosphorus, metallic phosphorus (ferrophosphorus), ultrafine diamonds (UDD) due to the fact that phosphorus activates the sintering of the material, greatly increases the rate of diffusion processes occurring in the α phase (approximately 100 times) sharply reduces the sintering temperature, hardens ferrite by 290 times, forms copper phosphide, whose hardness is higher than copper hardness. Phosphorus interacts with copper, iron and forms complex compounds in the systems Fe-Fe 3 P, Cu-Cu 3 P, which significantly increases the hardness and strength of the material. The influence of ultrafine diamonds (UDD) on the hardening of ferrite is similar to phosphorus, but differs in mechanism. The introduction of ultrafine diamonds (UDD) strongly distorts the crystal lattice of iron, increases its hardness and increases the frictional properties of the material.
Введение во фрикционный материал гранитного концентрата обеспечивает заданные фрикционные свойства материала. Совместное введение в материал гранитного концентрата и упрочняюще-легирующей добавки, по меньшей мере, одного материала, выбранного из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (феррофосфор), ультрадисперсные алмазы (УДА) многократно увеличивает коэффициент трения материала.The introduction of granite concentrate into the friction material provides the specified frictional properties of the material. The joint introduction of granite concentrate and a hardening-alloying additive into the material of at least one material selected from the group of white phosphorus, red phosphorus, black phosphorus, metallic phosphorus (ferrophosphorus), ultrafine diamonds (UDD) greatly increases the coefficient of friction of the material.
Предельные содержания упрочняюще-легирующих компонентов определены экспериментальным путем, в связи с ограниченной растворимостью фосфора в железе и меди и требуемым увеличением коэффициента трения материала.The limiting contents of hardening-alloying components are determined experimentally, due to the limited solubility of phosphorus in iron and copper and the required increase in the coefficient of friction of the material.
Волокна и нити углеродные введены в материал с целью предотвращения растрескивания материала при повышении температуры при трении. При трении температуры в зоне трения достигают 900°C, что приводит к растрескиванию композиционного материала. Волокна и нити углеродные предотвращают это явление.Carbon fibers and threads are introduced into the material in order to prevent cracking of the material with increasing temperature during friction. During friction, temperatures in the friction zone reach 900 ° C, which leads to cracking of the composite material. Carbon fibers and threads prevent this phenomenon.
Предельные содержания волокон и нитей углеродных определены экспериментальным путем исходя из возможности прессования фрикционного материала при их введении.The maximum content of carbon fibers and filaments was determined experimentally based on the possibility of pressing the friction material upon their introduction.
Гранулирование, известным способом, первой смеси порошков до размера гранул 0,4-2,0 мм путем пропускания между калиброванными валками прокатного стана и смешивание далее со второй смесью порошков, содержащих дополнительно порошки меди, легированной хромистым чугуном, твердую смазку, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные, гранитный концентрат, прокатывание шихты дозированными порциями между валками прокатного стана и спекание полученной шихты при температуре 1000-1100°C в среде защитного газа позволяет получить в конечном результате фрикционный материал с заданным коэффициентом трения, обладающий высокой износостойкостью, механической прочностью и обладающего способностью восстанавливать вторичные структуры, и как результат, значительное снижение износа контактирующих пар трения и значительно превышающим по фрикционным характеристикам известные современной науке материалы.Granulation, in a known manner, of the first mixture of powders to a granule size of 0.4-2.0 mm by passing between calibrated rolls of the rolling mill and mixing further with a second mixture of powders, additionally containing powders of copper alloyed with chrome cast iron, solid lubricant, reinforcing alloying components , carbon fibers and threads, granite concentrate, rolling the mixture in metered portions between the rolls of the rolling mill and sintering the resulting mixture at a temperature of 1000-1100 ° C in a shielding gas allows ohm resulting friction material with a predetermined friction coefficient, which has high wear resistance, mechanical strength and having the ability to recover secondary structure, and as a result, a significant reduction in friction wear of the contacting vapor and considerably greater than the frictional characteristics known by modern materials science.
Материал фрикционного элемента с несущим элементом с напеченным фрикционным слоем позволяет получить при рабочем ходе заданный коэффициент трения, при возвратном ходе снижение коэффициента трения в 2-2,5 раза, что особенно важно для работы элементов металлокерамических в поглощающих аппаратах грузовых вагонов, что позволяет резко снизить износ контактирующих пар трения.The material of the friction element with the bearing element with the baked friction layer allows to obtain the specified friction coefficient during the working stroke, to reduce the friction coefficient by 2-2.5 times during the return stroke, which is especially important for the operation of metal-ceramic elements in the absorbing devices of freight cars, which can dramatically reduce wear of contacting friction pairs.
Спеченный фрикционный материал, согласно предложению, получают следующим образом:Sintered friction material, according to the proposal, is obtained as follows:
Медь и хромистый чугун, согласно предложению, расплавляют в плавильной электрической печи и затем распыляют на установке ударного дробления УУД с получением порошка следующего состава, в мас. %:Copper and chromium cast iron, according to the proposal, are melted in a melting electric furnace and then sprayed on a shock crushing unit UUD to obtain a powder of the following composition, in wt. %:
Смесь порошков меди и графита в количестве, мас. %:A mixture of powders of copper and graphite in an amount, wt. %:
известным способом, пропускают между калиброванными валками прокатного стана для получения гранул размером 0,4-2,0 мм.in a known manner, passed between calibrated rolls of a rolling mill to obtain granules with a size of 0.4-2.0 mm
Порошки меди, упрочненные хромистым чугуном, твердую смазку, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные, гранитный концентрат, порошок железа добавляют во вторую смесь порошков. Эту смесь загружают в смеситель и производят сухое смешивание. Затем, известным способом, добавляют увлажнитель и производят мокрое смешивание.Copper powders hardened by chrome cast iron, solid lubricant, hardening alloying components, carbon fibers and threads, granite concentrate, iron powder are added to the second mixture of powders. This mixture is loaded into the mixer and dry mixed. Then, in a known manner, a humidifier is added and wet mixing is carried out.
Гранулы смешивают со второй смесью порошка, содержащей мас. %:The granules are mixed with a second powder mixture containing wt. %:
При этом соотношение гранул и второй смеси порошков выбирают из известного способа 1:50-1:3.The ratio of the granules and the second mixture of powders is selected from the known method 1: 50-1: 3.
Полученную шихту сначала формуют, прокатывая дозированными порциями между валками прокатного стана, а затем спекают при температуре 1000-1100°C в проходной печи в среде защитного газа.The resulting mixture is first formed by rolling in metered portions between the rolls of the rolling mill, and then sintered at a temperature of 1000-1100 ° C in a continuous furnace in a protective gas environment.
Для получения спеченного фрикционного материала полученную шихту насыпают через дозатор на подготовленную по существующему способу поверхность стального листа из низкоуглеродистой стали нужной формы толщиной 1-7 мм, прессуют и затем спекают при температуре 1000-1100°C в проходной печи в среде защитного газа. При этом толщина рабочего слоя материала токосъемного составляет 1,0-12,0 мм.To obtain a sintered friction material, the resulting mixture is poured through a batcher onto a surface of a low-carbon steel sheet of the desired shape 1-7 mm thick prepared according to the existing method, pressed and then sintered at a temperature of 1000-1100 ° C in a continuous furnace in a protective gas environment. Moreover, the thickness of the working layer of the material of the collector is 1.0-12.0 mm
Таким образом, изобретение позволяет создать материал для фрикционных изделий, обладающий высокой механической прочностью, повышенной износостойкостью, высоким коэффициентом трения и обладающий способностью воспринимать большие динамические нагрузки с разной величиной коэффициента трения при рабочем и холостом ходе металлокерамического элемента.Thus, the invention allows to create a material for friction products with high mechanical strength, high wear resistance, high coefficient of friction and the ability to absorb large dynamic loads with different values of the coefficient of friction during working and idling of the ceramic-metal element.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148267A RU2665651C2 (en) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Romanit-fuvlhch friction composite material and method of production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148267A RU2665651C2 (en) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Romanit-fuvlhch friction composite material and method of production thereof |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016148267A RU2016148267A (en) | 2018-06-13 |
| RU2016148267A3 RU2016148267A3 (en) | 2018-06-29 |
| RU2665651C2 true RU2665651C2 (en) | 2018-09-03 |
Family
ID=62619299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016148267A RU2665651C2 (en) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Romanit-fuvlhch friction composite material and method of production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2665651C2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2714198C2 (en) * | 2018-06-26 | 2020-02-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Composite sintered iron-based powder material |
| CN115301941A (en) * | 2022-08-12 | 2022-11-08 | 大连大学 | Brake copper-iron-based composite friction material and preparation method thereof |
| CN115415515A (en) * | 2022-09-07 | 2022-12-02 | 北京浦然轨道交通科技股份有限公司 | Friction body and preparation method thereof, friction assembly and powder metallurgy brake pad |
| CN115851009A (en) * | 2022-12-28 | 2023-03-28 | 衡水市橡胶总厂有限公司 | Antifriction material for bridge support and preparation method thereof |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3021592A (en) * | 1959-10-02 | 1962-02-20 | Bendix Corp | Iron-molyboenum sintered powdered metal matrix |
| US3341931A (en) * | 1965-11-10 | 1967-09-19 | Abex Corp | Brake shoes |
| SU1424967A1 (en) * | 1986-12-16 | 1988-09-23 | Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии | Charge based on iron for producing sintered friction material |
| RU2049141C1 (en) * | 1992-05-26 | 1995-11-27 | Арендное предприятие "Кировский завод по изготовлению изделий из металлических порошков" | Composition material for friction articles |
| RU2194200C2 (en) * | 1996-09-17 | 2002-12-10 | А/С Роулунс Фабрикер | Friction material, method of manufacture of such material and friction gasket |
| JP2005015866A (en) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Mitsubishi Materials Corp | Iron based sintered alloy having high surface denseness and surface hardness and its production method |
| RU2332486C1 (en) * | 2006-12-07 | 2008-08-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Sintered friction iron-based alloy |
-
2016
- 2016-12-08 RU RU2016148267A patent/RU2665651C2/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3021592A (en) * | 1959-10-02 | 1962-02-20 | Bendix Corp | Iron-molyboenum sintered powdered metal matrix |
| US3341931A (en) * | 1965-11-10 | 1967-09-19 | Abex Corp | Brake shoes |
| SU1424967A1 (en) * | 1986-12-16 | 1988-09-23 | Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии | Charge based on iron for producing sintered friction material |
| RU2049141C1 (en) * | 1992-05-26 | 1995-11-27 | Арендное предприятие "Кировский завод по изготовлению изделий из металлических порошков" | Composition material for friction articles |
| RU2194200C2 (en) * | 1996-09-17 | 2002-12-10 | А/С Роулунс Фабрикер | Friction material, method of manufacture of such material and friction gasket |
| JP2005015866A (en) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Mitsubishi Materials Corp | Iron based sintered alloy having high surface denseness and surface hardness and its production method |
| RU2332486C1 (en) * | 2006-12-07 | 2008-08-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Sintered friction iron-based alloy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016148267A3 (en) | 2018-06-29 |
| RU2016148267A (en) | 2018-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2665651C2 (en) | Romanit-fuvlhch friction composite material and method of production thereof | |
| TWI392747B (en) | Iron powder for powder metallurgy and powder sintered body | |
| MXPA01012080A (en) | Improved method of making powder metallurgical compositions. | |
| DE10212486A1 (en) | Composite with carbon reinforcing fibers | |
| RU171785U1 (en) | MATERIAL OF SURFACE ELEMENT ROMANIT-UVLSh | |
| CN101925684A (en) | Low alloyed steel powder | |
| KR20160023848A (en) | Mixed powder for powder metallurgy, method of manufacturing same, and method of manufacturing iron-based powder sintered body | |
| SE533866C2 (en) | High-strength iron powder composition and sintered detail made therefrom | |
| US10280488B2 (en) | Iron-based powder for powder metallurgy and method for producing iron-based powder for powder metallurgy | |
| KR20150133273A (en) | Copper alloy powder, sintered copper alloy body and brake lining for use in high-speed railway | |
| KR20120042981A (en) | Unfired carbon-containing agglomerate for blast furnaces and production method therefor | |
| KR20140049517A (en) | Process for producing a lead-free sliding bearing material | |
| CN103602909A (en) | Powder metallurgy antifriction bearing and preparation method thereof | |
| CN103305829A (en) | Special nickel-based cermet alloy powder for laser cladding of surface of screw | |
| RU2657148C2 (en) | Sintered material of current collector element romanit-uvls, method of its production and current collector element | |
| CN105439588A (en) | Fiber toughened ceramic composite material | |
| RU2400550C2 (en) | Wear-resistant composite powder material on copper base for contact plates of current collectors of electric stock | |
| US20190185976A1 (en) | Steel Material That is Produced via Powder Metallurgy, Method for Producing a Component from Such a Steel Material and Component Produced from the Steel Material | |
| CA2319830A1 (en) | Iron-based powder blend for use in powder metallurgy | |
| EA005655B1 (en) | Composite material for anti-friction workpieces | |
| JP7039692B2 (en) | Iron-based mixed powder for powder metallurgy and iron-based sintered body | |
| AU2018394519A1 (en) | Spray material for hot repair | |
| Rajeshkannan et al. | Sintered Fe-0.8% C-1. 0% Si-0.4% Cu P/M steel preform behaviour during cold upsetting | |
| RU2201431C2 (en) | Antifriction material "romanit", method of preparation thereof, and friction unit member | |
| RU2336443C2 (en) | Antifriction material романит-ст, method of producing such material and component of friction unit |