Антифрикційний сплав на основі заліза

Изобретение относится к области машиностроения и литейного производства по разработке антифрикционных материалов для работы при высоких скоростях и удельных нагрузках и может быть использовано в машиностроении, станкостроении, турбостроении и других отраслях промышленности. Основные требования, предъявляемые к такому материалу - высокие антифрикционные свойства в условиях трения скольжения, достаточная несущая способность. Известен антифрикционный сплав на основе железа [2], содержащий компоненты массовой долей, % Сu 31-33; AI 2-3; С 0,1; Рb 2-3; Si до 0,6; Μn до 0,6; Сr до 0,3; Νi до 0,5; Fe - остальное. Сплав разработан для замены алюминиевых и оловянистых бронз, а также латуней во втулках подшипников. Недостатком этого сплава является то, что при повышении нагрузки более 20 МПа и скорости скольжения более 1 м/с происходит интенсивная пластическая деформация поверхностного слоя контактирующих поверхностей, что приводит к повышенному износу. Этот сплав содержит 31-33% меди, никель, свинец и поэтому является не экономичным. В основу изобретения положена задача создать такой сплав, который позволил бы снизить потери на трение, увеличить несущую способность, что способствовало бы повышению антифрикционных свойств при снижении расхода меди и без содержания свинца и никеля. Поставленная задача решена тем, что в сплав, содержащий железо, медь, кремний, марганец, алюминий, углерод, дополнительно введены сера и фосфор при следующем соотношении компонентов массовой долей, Предлагаемый сплав имеет многофазную структуру с наличием фаз, выполняющих роль твердой смазки, соответственно техническим результатом является снижение потерьна трение и увеличение несущей способности. Кроме этого предлагаемый сплав является более экономичным по отношению к прототипу, так как позволяет снизить расход меди в 2,5-5 раз и не содержит остродефицитных элементов - свинца и никеля. При введении в состав сплава меди массовой долей 6-10 % в структуре сплава образуется медистая фаза, микротвердость которой в 2 раза ниже, чем микротвердость матричного раствора, и которая способствует повышению антифрикционных свойств. При содержании меди в сплаве массовой долей менее 6% таких выделений не наблюдается, вся медь находится в твердом растворе на основе железа и в других фазах. Введение в состав сплава меди массовой долей более 10% не влечет за собой повышение антифрикционных свойств. Введение в состав сплава серы массовой долей 0,5-1,0% способствует образованию в структуре сплава фосфида меди Сu2S. Этот пластичный сульфид выполняет роль твердой смазки. Наличие в составе сплава фосфора массовой долей 1,0-1,6% благоприятно сказывается на антифрикционные характеристики за счет образования в структуре сплава фосфидной эвтектики и фосфида железа Fе3Р. Введение серы и фосфора свыше указанных пределов нецелесообразно, так как приводит к снижению пластических свойств материала. Предлагаемое изобретение поясняется примерами испытания сплавов, химический состав которых приведен в табл. 1. Интенсивность изнашивания сплавов в условиях трения скольжения при граничной смазке, скорости скольжения 0,02 м/с, нагрузке 5 МПа и 10 МПа в паре с контртелом из стали 95X18, закаленной до твердости HRc=55, приведены в табл. 2. Значения коэффициентов трения исследованных сплавов в условиях, описанных ниже, приведены в табл. 3. Анализ результатов испытаний показывает, что сплавы предложенного состава имеют меньшие потери на трение по отношению к прототипу и находятся на уровне бронзы Бр.ОФЮ-1. Использование предложенного сплава позволяет в 1,4 раза повысить несущую способность, в 2-5 раз снизить расход меди.