RU2811315C1 - Anti-friction composite material based on iron - Google Patents
Anti-friction composite material based on iron Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811315C1 RU2811315C1 RU2023118769A RU2023118769A RU2811315C1 RU 2811315 C1 RU2811315 C1 RU 2811315C1 RU 2023118769 A RU2023118769 A RU 2023118769A RU 2023118769 A RU2023118769 A RU 2023118769A RU 2811315 C1 RU2811315 C1 RU 2811315C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iron
- matrix
- composite material
- antifriction
- porosity
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 29
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910000978 Pb alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 26
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к антифрикционным материалам, получаемым методом порошковой металлургии, в частности к композиционным материалам на основе железа. Изобретение может быть использовано для изготовления втулок подшипников скольжения и скользящих электрических контактов. The invention relates to antifriction materials produced by powder metallurgy, in particular to iron-based composite materials. The invention can be used for the manufacture of sleeves for sliding bearings and sliding electrical contacts.
Известен композиционный материал на основе железа для скользящих электрических контактов по авторскому свидетельству SU 892495 A1. Материал состоит из спеченной пористой железной основы, содержащей легирующие добавки и пропитанной сплавом на основе свинца. Недостатком является недостаточная твердость поверхности и, как следствие, недостаточная износостойкость материала.An iron-based composite material for sliding electrical contacts is known according to the author's certificate SU 892495 A1. The material consists of a sintered porous iron base containing alloying additives and impregnated with a lead-based alloy. The disadvantage is insufficient surface hardness and, as a consequence, insufficient wear resistance of the material.
Известен также антифрикционный композиционный материал на основе железа по свидетельству SU 1796499 A1, предназначенный для токосъемных элементов полозов электроподвижного состава. Материал состоит из спеченной железной основы, содержащей фосфор, серу и другие легирующие добавки, пропитанной сплавом на основе свинца. Добавки серы и фосфора способствуют улучшению антифрикционных свойств материала, но отрицательно влияют на его прочность. Вместе с невысокой твердостью поверхности это приводит к недостаточной износостойкости материала.An iron-based antifriction composite material is also known according to certificate SU 1796499 A1, intended for current-collecting elements of electric rolling stock runners. The material consists of a sintered iron base containing phosphorus, sulfur and other alloying additives, impregnated with a lead-based alloy. Additions of sulfur and phosphorus help improve the antifriction properties of the material, but negatively affect its strength. Together with low surface hardness, this leads to insufficient wear resistance of the material.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является антифрикционный композиционный материал по патенту RU 2166410 C1, предназначенный для получения контактных пластин. По второму варианту материал получают из шихты, содержащей порошки меди, никеля, серы, фосфора, углерода, хромоникелевой стали Х18Н15 и железа. Из шихты формуют пластины, спекают их, после чего прикрепляют к стальной ленте и пропитывают сплавом, содержащим свинец, олово и цинк. Спеченная матрица придает материалу необходимую прочность. Пропитка пор матрицы свинцовым сплавом обеспечивает твердую смазку, придает антифрикционные свойства. Благодаря легированию хромом и никелем материал имеет твердость около 155 HB (153 HV), повышенную по сравнению с аналогами, что придает ему более высокую износостойкость. Однако при значительных нагрузках на пару трения износостойкость материала является достаточной. The closest in technical essence and the achieved positive effect is the antifriction composite material according to patent RU 2166410 C1, intended for producing contact plates. According to the second option, the material is obtained from a charge containing powders of copper, nickel, sulfur, phosphorus, carbon, chromium-nickel steel X18N15 and iron. Plates are formed from the charge, sintered, then attached to a steel strip and impregnated with an alloy containing lead, tin and zinc. The sintered matrix gives the material the necessary strength. Impregnation of the matrix pores with a lead alloy provides solid lubrication and anti-friction properties. Thanks to alloying with chromium and nickel, the material has a hardness of about 155 HB (153 HV), increased compared to analogues, which gives it higher wear resistance. However, under significant loads on the friction pair, the wear resistance of the material is sufficient.
Задачей изобретения является повышение износостойкости материала.The objective of the invention is to increase the wear resistance of the material.
Техническим результатом является повышение твердости и износостойкости поверхностного слоя спеченной матрицы материала. The technical result is to increase the hardness and wear resistance of the surface layer of the sintered matrix of the material.
Указанный технический результат достигается тем, что композиционный антифрикционный материал на основе железа, состоящий из спеченной пористой железной матрицы, пропитанной свинцовым сплавом, дополнительно содержит на поверхности матрицы диффузионное хромовое покрытие толщиной 0,02-0,1 мм, при этом пористость железной матрицы составляет 15-35%. This technical result is achieved by the fact that the composite antifriction material based on iron, consisting of a sintered porous iron matrix impregnated with a lead alloy, additionally contains on the surface of the matrix a diffusion chromium coating with a thickness of 0.02-0.1 mm, while the porosity of the iron matrix is 15 -35%.
На фиг. 1 представлена фотография микроструктуры антифрикционного композиционного материала при увеличении 100 крат, на которой обозначены: спеченная пористая железная матрица 1; поры, пропитанные свинцовым сплавом 2; диффузионное хромовое покрытие 3, находящееся на поверхности материала.In fig. Figure 1 shows a photograph of the microstructure of an antifriction composite material at a magnification of 100 times, which shows: sintered porous iron matrix 1; pores impregnated with lead alloy 2; diffusion chromium coating 3 located on the surface of the material.
Спеченная железная матрица обеспечивает достаточную прочность и ударную вязкость композиционного материала, благодаря чему подшипник скольжения выдерживает необходимые эксплуатационные нагрузки. Твердость матрицы составляет 80-120 HV. При пористости матрицы 15-35% не менее половины пор являются открытыми, то есть сообщающимися с внешней поверхностью материала. Это позволяет пропитывать поры легкоплавким свинцовым сплавом. Увеличение пористости свыше 35 % не целесообразно, так как приводит к существенному снижению прочности материала.The sintered iron matrix provides sufficient strength and toughness to the composite material, allowing the plain bearing to withstand the required operating loads. The hardness of the matrix is 80-120 HV. With a matrix porosity of 15-35%, at least half of the pores are open, that is, communicating with the outer surface of the material. This allows the pores to be impregnated with a low-melting lead alloy. Increasing porosity above 35% is not advisable, as it leads to a significant decrease in the strength of the material.
Свинцовый сплав, находящийся в порах и в микронеровностях поверхности матрицы, придает материалу антифрикционные свойства, снижает коэффициент трения, улучшает прирабатываемость.The lead alloy, located in the pores and micro-irregularities of the surface of the matrix, gives the material anti-friction properties, reduces the coefficient of friction, and improves run-in.
Диффузионное хромовое покрытие имеет твердость 200-350 HV, более высокую, чем у материала матрицы. Концентрация хрома на поверхности покрытия составляет 35-60 мас. % и плавно убывает по мере удаления от поверхности вглубь железной матрицы. С увеличением пористости матрицы, как правило, уменьшается концентрация хрома на поверхности и увеличивается толщина покрытия, так как с увеличением пористости матрицы интенсифицируется диффузия хрома по дефектам кристаллической решетки вглубь материала. Твердое хромовое покрытие защищает поверхность железной матрицы от истирания при работе подшипника скольжения и тем самым обеспечивает повышение износостойкости материала по сравнению с прототипом.Diffusion chromium coating has a hardness of 200-350 HV, higher than that of the matrix material. The chromium concentration on the coating surface is 35-60 wt. % and gradually decreases with distance from the surface deeper into the iron matrix. With an increase in the porosity of the matrix, as a rule, the concentration of chromium on the surface decreases and the thickness of the coating increases, since with an increase in the porosity of the matrix, the diffusion of chromium along crystal lattice defects deep into the material intensifies. The hard chrome coating protects the surface of the iron matrix from abrasion during operation of the sliding bearing and thereby provides increased wear resistance of the material compared to the prototype.
Пример. Изготавливали втулки подшипников скольжения из антифрикционного композиционного материала на основе железа. Железные матрицы изделий получали из порошка ПЖВ 2.160.26 статическим прессованием в прессформе и спеканием в вакууме при 1100°С, после чего матрицы имели пористость, указанную в таблице. Полученные заготовки погружали в ванну с расплавом свинца, содержащим добавку хрома 3 мас. %, и выдерживали при 900-1100°C в течение 1-3 ч. Example. Sliding bearing bushings were made from an iron-based antifriction composite material. Iron matrices of products were obtained from PZhV 2.160.26 powder by static pressing in a mold and sintering in vacuum at 1100°C, after which the matrices had the porosity indicated in the table. The resulting workpieces were immersed in a bath of molten lead containing a chromium additive of 3 wt. %, and kept at 900-1100°C for 1-3 hours.
При изотермической выдержке происходила сквозная пропитка матриц расплавом свинца и формирование на поверхности заготовок диффузионного хромового покрытия. Варьируя температуру и продолжительность выдержки, получили диффузионное хромовое покрытие с заданной толщиной и твердостью в соответствии с таблицей. После выдержки изделия извлекали из ванны и очищали поверхность от остатков расплава.During isothermal exposure, the matrices were thoroughly impregnated with molten lead and a diffusion chromium coating was formed on the surface of the workpieces. By varying the temperature and exposure time, a diffusion chromium coating with a given thickness and hardness was obtained in accordance with the table. After exposure, the products were removed from the bath and the surface was cleaned of melt residues.
МПаThe tensile strength of the composite material,
MPa
Рабочая поверхность полученных материалов состоит из твердых и мягких участков. Твердые участки (поверхность железной матрицы с хромовым покрытием) обеспечивают износостойкость материала. Мягкие участки (устья пор и микронеровности поверхности, заполненные свинцовым сплавом) придают материалу антифрикционные свойства, улучшают прирабатываемость. С увеличением пористости матрицы возрастает доля пор на поверхности материала, что способствует улучшению антифрикционных свойств, при этом снижается прочность материала.The working surface of the resulting materials consists of hard and soft areas. Hard areas (iron matrix surface with chrome coating) provide wear resistance to the material. Soft areas (pore mouths and surface microroughnesses filled with lead alloy) give the material anti-friction properties and improve run-in properties. As the porosity of the matrix increases, the proportion of pores on the surface of the material increases, which improves the antifriction properties, while the strength of the material decreases.
В таблице можно видеть механические свойства полученных композиционных материалов. Материал, по примеру 1, обладающий наибольшей прочностью, способен воспринимать наибольшие удельные нагрузки на поверхность подшипника. Материалы, соответствующие примерам 2 и 3, уступают первому материалу по прочности, но обладают более высокими антифрикционными свойствами. Сравнительные испытания показывают, что износостойкость полученных материалов в 1,5-2 раза выше, чем у прототипа. In the table you can see the mechanical properties of the resulting composite materials. The material, according to example 1, which has the greatest strength, is capable of withstanding the highest specific loads on the bearing surface. The materials corresponding to examples 2 and 3 are inferior to the first material in strength, but have higher anti-friction properties. Comparative tests show that the wear resistance of the resulting materials is 1.5-2 times higher than that of the prototype.
Таким образом, полученные композиционные материалы обладают повышенной износостойкостью за счет сочетания пористой железной матрицы, пропитанной свинцовым сплавом, и твердого диффузионного покрытия на поверхности матрицы.Thus, the resulting composite materials have increased wear resistance due to the combination of a porous iron matrix impregnated with a lead alloy and a hard diffusion coating on the surface of the matrix.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811315C1 true RU2811315C1 (en) | 2024-01-11 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB939801A (en) * | 1959-01-19 | 1963-10-16 | Metal Diffusions Ltd | Diffusion coating of a ferrous article |
| US3495957A (en) * | 1965-03-15 | 1970-02-17 | Mitsubishi Metal Corp | Lead-impregnated,iron-base,sinteredalloy materials for current-collecting slider shoes |
| US4071643A (en) * | 1973-01-24 | 1978-01-31 | The Glacier Metal Company Limited | Method of manufacturing bearing material |
| RU2166410C1 (en) * | 1999-08-30 | 2001-05-10 | Берент Валентин Янович | Method of preparing contact plates (variants thereof) |
| RU2368971C1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-09-27 | Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Material for high-current sliding electrocontact |
| CN109983147A (en) * | 2016-11-18 | 2019-07-05 | 韩国生产技术研究院 | The coating method of ferrous alloy and the product with high rigidity and low friction characteristic prepared by this method |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB939801A (en) * | 1959-01-19 | 1963-10-16 | Metal Diffusions Ltd | Diffusion coating of a ferrous article |
| US3495957A (en) * | 1965-03-15 | 1970-02-17 | Mitsubishi Metal Corp | Lead-impregnated,iron-base,sinteredalloy materials for current-collecting slider shoes |
| US4071643A (en) * | 1973-01-24 | 1978-01-31 | The Glacier Metal Company Limited | Method of manufacturing bearing material |
| RU2166410C1 (en) * | 1999-08-30 | 2001-05-10 | Берент Валентин Янович | Method of preparing contact plates (variants thereof) |
| RU2368971C1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-09-27 | Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Material for high-current sliding electrocontact |
| CN109983147A (en) * | 2016-11-18 | 2019-07-05 | 韩国生产技术研究院 | The coating method of ferrous alloy and the product with high rigidity and low friction characteristic prepared by this method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ТУЧИНСКИЙ Я.И., Композиционные материалы, получаемые методом пропитки, М.: "Металлургия", 1986 г., с.127, 140-143. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101533458B1 (en) | Sliding bearing having improved consume resistivity and manufacturing method thereof | |
| JP5783303B2 (en) | Copper-based sintered sliding member | |
| RU2618976C2 (en) | New metal powder and its use | |
| US20130236134A1 (en) | Sliding bearing having improved lubrication characteristics | |
| US2372202A (en) | Bearing | |
| JP6636090B2 (en) | Sliding member | |
| CN101845568A (en) | Oil impregnated bearing of powder metallurgy with ultra-long service life and manufacturing method thereof | |
| JP3274261B2 (en) | Copper-based sliding material | |
| JP2009079136A (en) | Copper-based, oil-impregnated and sintered sliding member | |
| JPH05230670A (en) | Multilayer composite sliding material excellent in seizing resistance | |
| RU2811315C1 (en) | Anti-friction composite material based on iron | |
| JP6621562B1 (en) | Sliding member | |
| US3365777A (en) | Method for producing a multi-layer bearing | |
| JP6731969B2 (en) | Sliding member | |
| KR100286246B1 (en) | Side Bearing and Manufacturing Method Thereof | |
| KR101370508B1 (en) | Method for manufacturing a combined type sintered oilless bearing for a sliding bearing | |
| GB2316686A (en) | A sliding member. | |
| JP6246648B2 (en) | Sliding member and manufacturing method | |
| KR100940117B1 (en) | Fe based alloy for self-lubricating bearing, manufacturing method for the same and self-lubricating bearing manufactured therefrom | |
| KR100707691B1 (en) | Sliding bearing with solid-state sintered layer | |
| CN114262816B (en) | High-temperature wear-resistant metal-based self-lubricating bearing with lubricating layer and preparation method thereof | |
| WO2022019059A1 (en) | Sliding member | |
| SU892495A1 (en) | Iron-based sintered material for sliding electric contacts | |
| KR102528463B1 (en) | Lubrication-Free Bearings/Bushings Manufacturing Method Using PTFE-based Polymer Composite Films | |
| JP2008249129A (en) | Carbon sliding material |