Спеченный порошковый фрикционный материал для фрикционных дисков муфты редуктора стрелочного электропривода
SINTERED POWDER FRICTION MATERIAL FOR FRICTION DISCS OF GEARBOX COUPLING OF ELECTRIC POINT MACHINE

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к фрикционным материалам, работающим в условиях сухого трения, для фрикционных дисков муфты редуктора стрелочного электропривода.
Отличительной особенностью работы фрикционного материала в составе редуктора стрелочного электропривода, является обеспечение требуемых значений тока фрикции при заданном усилии на рабочем шибере. Требуемое значение тока фрикции при изменении усилия, вне зависимости от температуры и влажности должно составлять:
1000Н - 2,7…2,9А
2000Н - 3,8…4,0А
3000Н - 4,7…5,1А
4000Н - 5,7…6,1А
5000Н - 6,8…7,2А
6000Н - 7,6…8,1А.
Известны фрикционные материалы на основе меди (основа), легированной оловом, цинком, алюминием, титаном, твердыми смазками (графит, дисульфид молибдена, свинец) и фрикционными добавками (оксиды, карбиды, нитриды металлов) [Федорченко, И.М. Современные фрикционные материалы, [Текст] / И.М. Федорченко, В.М. Крячек, И.И. Панаиоти, / К. Наукова думка, 1975. - 209 с.].
Известен фрикционный материал содержащий (массовая доля %): медь 5,0-7,0; графит 4,0-5,0; асбест 2,0-3,0; карбид кремния 4,0-6,0; сернокислое железо 5,0-6,0; кобальт 3,0-4,0; фосфорный шлак 3,0-4,0; железо остальное. Недостатком данного материала является низкий коэффициент трения и недостаточный коэффициент стабильности момента сил трения (отношение среднего момента трения к максимальному моменту трения), наличие порошка асбеста, который признан экологически вредным, дорогостоящий порошок кобальта [Патент РФ №2360994 от 10.07.2009 г. Бюл. №19.].
В качестве прототипа выбран спеченный порошковый фрикционный материал на основе меди, имеющий следующий состав (массовая доля %): олово 5-9, титан 4-9, железо 6-8, графит 4-7, свинец 3-6, ильменит 6-10, медь остальное (основа). К недостаткам данного материала можно отнести нестабильность коэффициента трения и неравномерный износ при изменении температуры и влажности окружающей среды в процессе эксплуатации, необходимости использования дорогостоящего порошков титана и меди, повышающих стоимость фрикционного диска [Патент РФ№2599070 от 06.04.2015 г.].
Технической задачей изобретения является разработка материала имеющего высокую стабильность коэффициента трения, а так же не высокий износ при изменении температуры и влажности окружающей среды в процессе эксплуатации стрелочного электропривода.
Решение технической задачи заключается в том, что в известный спеченный порошковый фрикционный материал для фрикционных дисков муфты редуктора стрелочного электропривода на основе железа содержащий свинец, графит, железо дополнительно содержит порошки железа легированного хромом (ПХ-30) и бронзы при следующем соотношении компонентов (массовые доли %): порошок железа легированный хромом (ПХ-30) - 5-8%, порошок графита - 4-6%, порошок бронзы - 9-12%, порошок свинца - 13-17%, порошок железа - остальное (основа).
Экспериментальным путем установлено, что обеспечение стабильности коэффициента трения и снижение износа фрикционного материала при изменении климатических условий (температуры и влажности), обеспечивается при использовании железа, в качестве матрицы фрикционного материала.
Введенный порошок железа легированного хромом (ПХ-30) выполняет функцию фрикционной добавки, способствует повышению коэффициента трения, обеспечению стабильного значения момента сил трения. Увеличение содержания порошка железа легированного хромом (ПХ-30) более 7% способствует повышению износа ответной детали пары трения - диска стального (конртела).
Бронзовый порошок снижает износ фрикционного материала, активно взаимодействия с железной основой и упрочняя ее. Так же, в роли антифрикционной добавки, снижающей износ выступает свинец. Сочетание порошка бронзы и свинца позволяет снизить температуру спекания фрикционного материала. Экспериментальным путем установлено, что оптимальным соотношением порошка свинца к порошку бронзы, обеспечивающим минимальный износ, как фрикционного материала, так и диска стального (конртела) является 1,5.
Порошок графита выступает в роли противозадирной и антифрикционной добавки, превышении содержания которого приводит к разупрочнению фрикционного материала, а его снижение к повышению возможности задирообразования.
Испытания фрикционного материала осуществляются на специальных стендах с использованием фрикционных дисков. Модельные испытания осуществлялись на стенде типа ИМ-58, при следующих режимах:
- начальное давление на фрикционный диск - от 0,6 МПа;
- начальная скорость скольжения - 4,5 м/с.
Требуемые значения свойств фрикционного материала при работе в паре с диском стальным (контртелом) сталь 65Г ГОСТ14959-79 с твердостью 48…53HRC и шероховатостью рабочих поверхностей не выше Ra1,25 материала приведены ниже:
- коэффициент трения динамический - 0,3-0,35;
- коэффициент трения статический - 0,4-0,45;
- интенсивность износа - не более 40 мкм/км.
Сравнительные и ресурсные испытания фрикционных материалов осуществлялись на специальном стенде с использованием редуктора стрелочного электропривода при использовании электродвигателя постоянного тока МСП-0,25, 160В.
В таблице 1 приведены результаты испытания разработанного состава фрикционного материала на стенде типа ИМ-58.
В таблице 2 приведены данные сравнительных испытаний разработанного состава фрикционного материала на специальном стенде с использованием редуктора стрелочного электропривода при использовании электродвигателя постоянного тока МСП-0,25, 160В.
Пример конкретного выполнения подтверждающий возможность осуществления заявленного изобретения:
2
Исходные порошки (массовая доля %): порошок железа легированный хромом (ПХ-30) - 7%, порошок графита - 5%, порошок бронзы - 10%, порошок свинца - 15%, порошок железа - остальное (основа) смешивают в смесителе в течение 50-60 минут. Полученный порошковый фрикционный материал прессуется в специальной пресс-форме при давлении 4 т/см. Сформованные фрикционные накладки крепятся к стальной основе, затем укладываются в печь и спекаются при температуре 910±20°C в среде защитно-восстановительного газа при приложении давления 1,0 МПа в течение 2,5-3,0 часов.
Осуществленный технологический процесс с использованием разработанного фрикционного материал на основе железа позволил снизить себестоимость фрикционного диска до 10%.