СПЕЧЕННЫЙ ФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ МЕДИ
COPPER-BASED SINTERED FRICTION MATERIAL

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным фрикционным материалам, предназначенным для работы в узлах трения механизмов машин в условиях трения без смазки.
Большой объем фрикционных материалов для условий сухого трения занимают материалы, где в качестве связующего вещества используются синтетические смолы (фенолформальдегидные, меламиновые, фуретановые и т.д.) с различными наполнителями (металлические порошки и стружка, металлические и керамические волокна).
Материалы на основе органических смол имеют один общий недостаток: при нагреве, вызванном какими-либо причинами, происходит обугливание поверхности фрикционного изделия, вызывающее резкое падение коэффициента трения.
Поэтому данные изделия используются для легких и средних условий работы, где температура на поверхности трения не превысит температуру разложения органического связующего.
Известны также материалы на основе железа, где в качестве фрикционных добавок используются карбиды и нитриды металлов, окислы металлов и неметаллов, дисульфид молибдена, сернокислое железо и т.д. [Федорченко И.М. Современные фрикционные материалы /И.М. Федорченко. В.М. Крячек, И.И. Панаиоти/ К. Наукова думка, 1975. - 209 с.].
Недостатками фрикционных материалов на основе железа являются большие энергозатраты при производстве за счет высоких температур спекания и длительности спекания, нестабильность коэффициента трения в зависимости от нагрузки.
Известны так же материалы на основе меди, легированные оловом или алюминием с добавками фрикционных компонентов и твердых смазок.
Недостатками данных материалов является значительный износ при повышенных нагрузках.
Известен фрикционный материал на основе меди, имеющий следующий состав-прототип (вес. %): олово - 8-10; графит - 6-8; свинец - 7-9; железо - 3-5; медь - остальное. Недостатками данного материала являются повышенный износ и зависимость коэффициента трения от нагрузки.
3
Технической задачей, которую решает предлагаемое изобретение, является снижение износа и уменьшение зависимости коэффициента трения от нагрузки. Поставленная задача решается тем, что материал на основе меди, содержащий олово, графит, железо, свинец, дополнительно содержит порошок титана и ильменита (FeTiO) при следующем соотношении компонентов (масс. доли %): олово -5-9; титан - 4-8; железо - 6-8; графит - 4-7; свинец - 3-6; ильменит - 6-10; медь - остальное.
Использование порошка титана в предлагаемом материале приводит к увеличению прочности материала за счет дополнительного легирования меди титаном, а введение ильменита повышает и стабилизирует коэффициент трения, т.к. ильменит является фрикционной добавкой, прочно связанной с несущей матрицей. Прочная связь ильменита с матрицей достигается тем, что часть титана диффузирует в медь с образованием твердого раствора медь-титан, а часть титана соединяется с ильменитом, восстанавливая окись железа, и диффузирует в него, чем обеспечивается прочная связь композиции медь-титан-ильменит.
Увеличение содержания титана свыше 8% не приводит к повышению необходимых характеристик, но увеличивает стоимость изделия, поэтому введение в композицию 4-8% является оправданным.
Увеличение содержания ильменита свыше 10% приводит к разупрочнению материала и снижению износостойкости из-за плохой связи с матрицей. Уменьшение содержания ильменита ниже 7% приводит к снижению коэффициента трения, что связано с уменьшением плотности фрикционной составляющей в поверхностном слое материала, соприкасающейся с сопрягаемой поверхностью при трении.
По своим триботехническим характеристикам предлагаемый спеченный материал имеет более низкий износ по сравнению с прототипом, и коэффициент трения изменяется в гораздо меньшей степени в зависимости от прикладываемой нагрузки в процессе работы.
Пример конкретного выполнения, исходные порошки (вес %):
медь - 66,0
олово - 6,0
титан - 5,0
графит - 4,0
свинец - 3,0
ильменит - 8,0
железо - 8,0
2
2
Смешиваем в течение 1 часа в лопастном смесителе, затем образцы из полученной порошковой шихты прессовали в пресс-форме при усилии 20 кН/см и полученные прессовки припекали к стальным каркасам при температуре 810°С под нагрузкой 10 кг/см в среде защитного газа (эндогаз) в течение 2-х часов.
Спеченные образцы испытывали на инерционном стенде ИМ-58 при скорости скольжения 10 м/с и различных усилиях сжатия. Образцы из известного материала испытывали при аналогичных условиях.
Контртелом при испытаниях служили неподвижные образцы из стали 45 с твердостью 35-37 HRC.
Результаты испытаний представлены в таблице 1
Как видно из проведенных испытаний, трибологические характеристики предлагаемого материала значительно выше, чем у известного материала.
В настоящее время осуществляются поставки изделий из данного материала для редуктора стрелочного электропривода на железной дороге. Заказчик СП ОАО «ГЭТЗ» г. Гомель.