Антифрикційний матеріал

Изобретение относится к машиностроению, в частности к антифрикционным материалам, применяемым во вкладышах подшипников скольжения, особенно работающих в условиях ограниченной смазки, и может быть использовано в металлургии и других отраслях промышленности. Известен антифрикционный материал, содержащий сплав на основе меди и наполнитель в виде чугунной дроби [1]. Однако, этот антифрикционный материал обладает недостаточной износостойкостью при работе с агрессивными и абразивными средами. Известен антифрикционный материал [2], содержащий сплав на основе меди и наполнитель в виде шариков базальта и дисульфида молибдена при следующем соотношении компонентов, мас.%: Дисульфид молибдена 5-10 Шарики базальта 30-55 Сплав на основе меди остальное Применение наполнителя в виде шариков базальта, которые не смачиваются медным сплавом и находятся в нем в свободном соотношении, приводит к тому, что базальтовые шарики, находящиеся в плоскости трения, будут высыпаться из сплава и попадая в зазор между трущимися поверхностями ускорят износ подшипника и контртела. Дисульфид молибдена является дорогой антифрикционной присадкой. В основу изобретения положена задача разработать антифрикционный материал, в котором путем применения наполнителя в виде зерновых твердых сплавов, смачиваемых сплавами на основе меди и недорогой твердой смазки обеспечивается высокая износостойкость антифрикционного материала и за счет этого повышается строк службы подшипников скольжения, работающих в условиях высоких температур, отсутствия смазки и воздействия агрессивной и абразивной среды. Поставленная задача достигается тем, что антифрикционный материал, содержащий матрицу из сплава на основе меди, наполнитель и твердую смазку, согласно изобретению, содержит в качестве наполнителя сфероидальный зерновой твердый сплав, а в качестве твердой смазки - графит кристаллический при следующем соотношении компонентов, в мас.%: Графит кристаллический 1-5 Сфероидальный зерновой твердый сплав 63-76 Сплав на основе меди остальное. Общим для известного и заявляемого антифрикционного материала является содержание в нем сплава на основе меди, Отличительными существенными признаками заявляемого антифрикционного материала от прототипа являются: содержание в антифрикционном материале графита кристаллического; содержание в антифрикционном материале сфероидального зернового твердого сплава, процентное соотношение компонентов. На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что заявляемый антифрикционный материал обладает существенными отличиями, а указанная совокупность признаков позволяет повысить износостойкость при работе с агрессивными и абразивными средами в условиях высоких температур и отсутствия смазки. Состав заявляемого антифрикционного материала соответствует известному правилу Шарли, которое заключается в том, что все сплавы, применяемые в качестве антифрикционных имеют один общий характер: они состоят из твердых зерен, распределенных среди пластической массы. Такое строение вполне отвечает тем двум усло виям, которым должны удовлетворять сплавы для подшипников: давление передается на твердые зерна, дающие невысокий коэффициент трения и не имеющие способности задирать шейку вала, пластичность же связующего сплава позволяет подшипнику принять форму вала и тем самым уничтожить возможность местных избытков давления, что представляет главную причину вы хода подшипников из строя. В заявляемом антифрикционном материале веществом, выполняющим роль пластичной составляющей, кроме матрицы в виде медного сплава, является кристаллический графит, который, не имея атомной связи с матрицей и наполнителем, может рассматриваться, как поры в материале, обеспечивающие удовлетворение требований правила Шарли. Кроме того, кристаллический графит является хорошим смазочным материалом, способным работать при высоких температурах. Сфероидальный зерновой твердый сплав выполняют следующие функции: зерна твердого сплава, перемешанные с кристаллическим графитом, удерживают чешуйки графита в неподвижном состоянии при пропитке матричным сплавом; сфероидальный зерновой твердый сплав, обладая хорошей смачиваемостью, создает необходимое поверхностное натяжение, обеспечивающее пропитку матричным сплавом; сфероидальные зерна твердого сплава, обладая высокой твердостью и гладкостью, создают низкий коэффициент трения и высокую износостойкость, В качестве сфероидального зернового твердого сплава могут быть использованы карбид вольфрама, карбид хрома, гранулированные порошки быстрорежущей стали ПГ-10РВМ5, ПГ-10Р2М9, ПГ-М6Ф1 и другие. Процентное соотношение компонентов принято следующее: содержание графита в количестве 1-5% (по массе) обусловлено оптимальным сочетанием антифрикционных и прочностных свойств материала; уменьшение содержания графита менее 1 % приводит к значительному повышению коэффициента трения; увеличение содержания графита более 5% ведет к значительному снижению прочностных свойств материала. Содержание сфероидального зернового твердого сплава в количестве 63-76% является производной от содержания в материале графита. Для опытно-промышленных испытаний и определения антифрикционных и износостойких свойств заявляемого антифрикционного материала изготовили несколько материалов различных композиций, представленных в таблице. Изготовление производилось следующим образом. В стальную форму, являющуюся одновременно заготовкой вкладыша подшипника и представляющую собой плоскую тр убу, заваренную с одного торца плотным швом, засыпали смесь сфероидального зернового твердого сплава и графита кристаллического, взятых в соотношениях, приведенных в таблице. Затем трубу заварили обычным швом, выше которого в стенке трубы сверлится 2 отверстия O 2-3 мм. После этого форма / засверленной частью погружалась в ванну с расплавленной бронзой, находящуюся в нагревательной печи при 1150°С. После выдержки, необходимой для пропитки наполнителя бронзой, заготовки извлекались из ванны и охлаждались на воздухе. Заготовки подвергались гибке на требуемый радиус, креплению с помощью сварки в корпусе подшипника и расточке для удаления металла формы. Испытания образцов проводились на универсальной машине трения "УМТ-1". Испытания проводились с подачей в зону трения воды с 2 % порошка корунда фракции 53-63 мкм. Давление составило 25 нг/см 2, скорость скольжения 0,3 м/с. Результаты испытания антифрикционных материалов по заявляемому изобретению и прототипу приведены в таблице. Как видно из данных таблицы, заявляемый антифрикционный материал позволяет повысить износостойкость при работе с агрессивными и абразивными средами в условиях высоких температур и отсутствия смазки.