МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ ФРИКЦИОННЫЙ СПЛАВ
CERAMIC-METAL FRICTIONAL ALLOY

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым фрикционным сплавам на основе железа, и может быть использовано в узлах трения фрикционных предохранительных муфт сцепления винтовых стрелочных переводов типа ВСП,  применяемых на высокоскоростных железнодорожных магистралях.
Известен металлокерамический фрикционный сплав на основе железа, содержащий мас.%: олово 9-11; графита 8,5-9,5; дисульфида молибдена 1,5-2,5; диоксида кремния 4-6; свинца 1,5-2,5; железа - остальное [1].
Недостатками описанного материала являются недостаточная износостойкость при работе в условиях теплоимпульсного трения, в частности в предохранительных муфтах сцепления стрелочных переводов, применяемых на высокоскоростных железнодорожных магистралях.
Наиболее близким к предлагаемому сплаву является порошковый фрикционный сплав на основе железа [2], содержащий масс.%:
олово
9-11;
дисульфид молибдена
1,5-2,5;
алмазный порошок
4,5-5,5
графит
8,5-9,5;
свинец
1,5-2,5;
железо
остальное
Недостатком данного фрикционного сплава является недостаточная износостойкость пар трения, а также стабильность коэффициента трения при работе в условиях теплоимпульсного трения, в частности в муфтах сцепления винтовых стрелочных переводов для высокоскоростных железнодорожных магистралей.
Изобретение направлено на решение задачи повышения долговечности, обеспечения надежной работы фрикционной предохранительной муфты винтовых стрелочных  переводов типа ВСП для высокоскоростных железнодорожных магистралей и безопасности железнодорожного движения путем повышения износостойкости фрикционного сплава и улучшения его триботехнических характеристик.
Поставленная задача достигается за счет того, что порошковый фрикционный сплав на основе железа, содержащий олово, дисульфид молибдена, алмазный порошок, графит и свинец, содержит компоненты в следующем соотношении, масс.%:
олово
9-11;
дисульфид молибдена
1,5-2,5;
алмазный порошок
1,5-2,5;
графит
8,5-9,5;
свинец
1,5-2,5;
железо
остальное
Для изготовления порошкового фрикционного сплава используются порошковые материалы. В режиме теплоимпульсного трения во фрикционных узлах муфты сцепления винтовых стрелочных переводов для высокоскоростных железнодорожных магистралей ингредиенты выполняют следующие функции.
Железо - порошок серебристого цвета с температурой плавления около 1600 К классов М, БМ, марок ПЖВ2, ПЖВ3, ПЖВ4 по ГОСТ 9849-86, просеянный через сетку 0125 (ГОСТ 6613-53). Железо является основным связующим компонентом и обеспечивает общую прочность порошкового сплава.
Олово - порошок серого цвета с температурой плавления 505 К марок П01, П02 по ГОСТ 9723-73. Олово, благодаря низкой температуре плавления, образует в процессе теплоимпульсного трения рабочий слой, обеспечивающий положительный градиент механических свойств по глубине и предохраняющий поверхности трения от интенсивного изнашивания. Содержание олова в порошковом фрикционном сплаве менее 9 мас.% приводит к снижению износостойкости при некотором увеличении коэффициента трения. Введение в состав сплава более 9 мас.% снижает величину коэффициента трения.
Дисульфид молибдена - порошок серого цвета с температурой плавления 1458 К марок ДМИ-7, ДМС-140, соответствующий ТУ 48-19-135-85. Дисульфид молибдена служит в процессе трения твердым смазочным материалом, препятствующим молекулярному схватыванию поверхностей, и способствует укреплению каркаса сплава, обеспечивая повышение общей прочности спеченного порошкового материала. Содержание в сплаве дисульфида молибдена менее 1,5 мас.% значительно уменьшает износостойкость, а при его содержании более 3 мас.% не наблюдаются существенные изменения характеристик порошкового фрикционного сплава в процессе теплоимпульсного трения.
Алмазный порошок АС4 - алмазный синтетический шлифовальный порошок ГОСТ 9206-80. Введение в состав порошкового фрикционного сплава алмазного порошка повышает износостойкость, увеличивает коэффициент трения и его стабильность, уменьшает локальный объем материала, подвергающегося схватыванию.
Графит - порошок серого цвета марки ГК-1 (графит карандашный) по ГОСТ 4404-86. Графит имеет слоистую (ламеллярную) структуру и в процессе теплоимпульсного трения служит твердым смазочным материалом, препятствуя молекулярному схватыванию трущихся поверхностей. При увеличении графита свыше 5 мас.% растет стабильность коэффициента трения и существенно уменьшается износостойкость.
Свинец - порошок темно-серого цвета с температурой плавления 600 К марок ПС1, ПС2 по ГОСТ 16138-78. Введение в состав порошкового фрикционного сплава свинца увеличивает  общую прочность сплава и повышает его износостойкость. Введение в состав сплава менее 1,7 мас.% приводит к уменьшению износостойкости и стабильности коэффициента трения, а при введении свинца более 2,5 мас.% вместе с некоторым увеличением стабильности уменьшается величина коэффициента трения покоя.
Указанные свойства ингредиентов, вводимых в предлагаемый сплав в предлагаемом соотношении, обеспечивают повышение его износостойкости и надежную работу предохранительной муфты сцепления привода винтового стрелочного перевода.
Пример. Для экспериментальной проверки свойств заявляемого металлокерамического фрикционного сплава на железной основе были подготовлены три смеси ингредиентов, одна из которых показала наилучшие результаты (см. таблицу).
Сплав готовят перемешиванием исходных порошков, прессованием в стальных пресс-формах при давлении 100…150 МПа. Полученные брикеты подвергали спеканию в атмосфере водорода при температуре 1040±10°С при давлении 1,5 МПа в течение 2,5…3 ч. Охлаждение спеченного сплава после выдержки осуществляют в водороде до температуры 100°С при давлении 1,5 МПа.
0
Исследование фрикционных характеристик проводились в условиях теплоимпульсного трения на стенде, моделирующем работу муфты сцепления быстродействующего стрелочного электропривода в условиях: номинальный момент, передаваемый муфтой сцепления, Тном=4,94 Нм; максимальный момент Tmax=12,36 Нм; коэффициент запаса сцепления β=1,5; начальная скорость на среднем диаметре при передаче момента муфтой V=1.73 м/с; внутренний радиус дисков Ri=22,5 мм; наружный диаметр Ra=33,5 мм; коэффициент ширины поверхности трения ψ=0,1786.
5
По результатам испытаний оценивались максимальный коэффициент трения (коэффициент трения покоя) и коэффициент трения скольжения, а также объемный износ, соответствующий величине 10 включений муфты сцепления.
В таблице представлены полученные результаты исследований для вариантов металлокерамического сплава с различными конкретными соотношениями ингредиентов, приведены данные по аналогу (п.4) и прототипу (п.5).
Предлагаемый порошковый фрикционный сплав по сравнению с известным сплавом (п. 5) имеет повышенную износостойкость и улучшенные триботехнические характеристики при работе в условиях теплоимпульсного трения, что обеспечивает более высокую надежность и долговечность предохранительной муфты сцепления и в целом электропривода стрелочного перевода для высокоскоростных железнодорожных магистралей.
Источники информации
1. Патент на изобретение №2299257 RU.
2. Патент на изобретение №2482207 RU.