Зносостійкий композиційний матеріал на основі міді

Реферат: Зносостійкий композиційний матеріал на основі міді містить нікель, тверду змащувальну речовину фторид кальцію. Додатково містить молібден і вольфрам. UA 122869 U (12) UA 122869 U UA 122869 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до порошкової металургії, зокрема, до композиційних антифрикційних матеріалів на основі міді, які використовуються у машинобудуванні при виготовленні підшипників, що працюють при високих навантаженнях і швидкостях на повітрі. Найбільш близьким до корисної моделі по технічній суті та сукупності суттєвих ознак є порошковий антифрикційний матеріал на основі міді (найближчий аналог) [1], наступного складу, мас. %: нікель 4,0-6,0 алюміній 7,0-10,0 кремній 0,5-0,8 фторид кальцію 5,0-8,0 мідь решта. Недоліками відомого матеріалу є незадовільний рівень антифрикційних властивостей високий коефіцієнт тертя та інтенсивність зношування при високих швидкостях обертання в умовах одночасної дії підвищених навантажень в умовах тертя на повітрі без змащування рідким мастилом. В основу корисної моделі поставлена задача зниження коефіцієнту тертя та інтенсивності зношування в умовах тертя без змащування рідким мастилом на повітрі при високих швидкостях обертання (20000-30000 об./хв.) та підвищених навантаженнях (2,0-5,0 МПа). Поставлена задача вирішується тим, що в зносостійкому композиційному матеріалі на основі міді, який містить нікель, тверду змащувальну речовину фторид кальцію, новим є те, що він додатково містить молібден і вольфрам, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: нікель 4,0-6,0 молібден 1,0-2,0 вольфрам 1,0-2,0 фторид кальцію 8,0-10,0 мідь решта. Корисна модель ілюструється на наступному прикладі. Приклад. Запропонований матеріал одержують методом порошкової металургії шляхом: 1) змішування - спочатку металевих компонентів (мідь, нікель, молібден, вольфрам) - 2 год., після цього додають порошки фториду кальцію і розчин гліцерину у спирті (для уникнення сегрегацій за густиною компонентів) - 1 год.; 2) пресування суміші (шихти); 3) спікання при температурі 830850 °C 2 год. у захисному середовищі водню. Після виготовлення матеріал піддають загартуванню з температури 900 °C у воді та старінню при 450 °C у захисному середовищі протягом 3 год. з метою виділення зміцнюючих фаз. Молібден разом з вольфрамом зміцнюють металеву основу матеріалу, утворюючи легований а-твердий розчин на основі міді, що підвищує комплекс механічних властивостей, які в умовах високих навантажень і швидкостей обертання позитивно впливають на працездатність вузла тертя. Окрім цього молібден і вольфрам у кількості 1,0-2,0 мас. % кожного елементу вводили для підвищення твердості матеріалу на основі міді та зменшення ступеню деформування, оскільки при підвищених навантаженнях на ділянках фактичного контакту тиск перевищує межу плинності, особливо при високих швидкостях обертання. Молібден і вольфрам зміцнюють металеву матрицю, утворюючи інтерметалідні фази, що не містять міді і виділяються з твердого розчину при старінні – Ni3Mo (γ), Ni4Mo (β), NiW 2 (γ), Ni4W (β). Утворені інтерметалідні фази мають високу твердість, що забезпечує збільшення зносостійкості і підвищення антифрикційних властивостей матеріалу. Наявність у складі матеріалу твердого мастила - фториду кальцію, який не реагує хімічно з компонентами матеріалу, сприяє підвищенню антифрикційних властивостей за рахунок утворення під час роботи змащувальної плівки на робочих поверхнях. Така плівка має високу адгезію до матеріалу основи, постійно відновлюється у процесі тертя, і оберігає тертьові поверхні від металевого контакту, витримуючи високі навантаження. Антифрикційні властивості визначали на повітрі на машині тертя М-22М по схемі валвкладень при швидкостях обертання 20000 об./хв. та 30000 об./хв., навантаженнях 2,0 та 5,0 МПа в парі з контртілом зі сталі 20Х (ГОСТ 5632-72) з твердістю HRC 54-55. У таблиці наведено склади запропонованого антифрикційного композиційного матеріалу (склади 2-4), склади, що виходять за межі запропонованого складу компонентів (склади 1, 5), а також антифрикційні властивості зазначених складів у порівнянні з властивостями найближчого аналогу - порошкового антифрикційного матеріалу (склад 6). 1 UA 122869 U 5 10 15 20 25 Наведені у таблиці дані свідчать, що наявність молібдену та вольфраму у складі запропонованого антифрикційного композиційного матеріалу на основі міді забезпечує надання йому більш високих антифрикційних властивостей при високих швидкостях обертання з одночасною дією високих навантажень у порівнянні з найближчим аналогом [1]. При вмісті компонентів матеріалу за межами запропонованого (склади 1, 5) антифрикційні властивості знижуються. Для матеріалу складу 1 це пояснюється недостатньою кількістю молібдену та вольфраму для забезпечення утворення зміцнюючих фаз типу Ni 3Mo (γ), Ni4Mo (β), NiW 2 (γ), Ni4W (β) в структурі матеріалу, що не забезпечує значного зміцнення композиту і, відповідно, зменшення його опору стиранню і схоплюванню. Окрім того матеріал складу 1 містить 7,0 мас. % фториду кальцію як твердого мастила, що є недостатнім для забезпечення мінімальних витрат на тертя та знос при важких умовах тертя. Така кількість твердого мастила не забезпечує безперервного утворення і намазування на робочих поверхнях захисних розділювальних плівок. Матеріал складу 5 має підвищений вміст компонентів Мо і W, які сприяють утворенню великої кількості зміцнюючих фаз - інтерметалідів, що суттєво підвищує твердість при різкому зниженні пластичності металевої матриці. При цьому високий вміст CaF 2 (11,0 мас. %), як непластичної домішки, значно знижує механічні властивості композиту у цілому. Це призводить до зниження конструкційної міцності матеріалу, його окрихчення, і, як наслідок, до зменшення його опору зношуванню. Запропонований антифрикційний композиційний матеріал може використовуватись для виготовлення самозмащувальних втулок, підшипників ковзання, вкладнів і т.п., що працюють при високих швидкостях обертання і підвищених навантаженнях, зокрема, у вузлах тертя об'єктів поліграфічної техніки, енергетики, машинобудування, у вузлах високообертового відцентрового обладнання, електродвигунів, редукторів. Джерела інформації: 1. Патент України № 40139 МПК (2009) С22С9/02, 25.03.2009 Таблиця Швидкість обертання 20000 об./хв. 30000 об./хв. Навантаження Р=2,0 МПа Р=5,0 МПа Р=2,0 МПа Р=5,0 МПа Інтенс Інтенс № з/п Фторид . . Інтенс. Інтенс. Моліб- ВольфКоеф Коеф Нікель кальці Mідь зношу зношу Коеф. зношув Коеф. зношув ден рам . . ю вання, вання, тертя ання, тертя ання, тертя тертя мкм/к мкм/к мкм/км мкм/км м м решт 1 3,0 0,5 0,5 7,0 0,18 50 0,20 37 0,25 64 0,26 74 а решт 2 4,0 1,0 1,0 8,0 0,16 43 0,19 34 0,20 52 0,21 70 а решт 3 5,0 1,5 1,5 9,0 0,14 39 0,17 30 0,18 49 0,19 69 а решт 4 6,0 2,0 2,0 10,0 0,13 42 0,21 32 0,22 55 0,23 72 а решт 5 7,0 3,0 3,0 11,0 0,17 52 0,23 36 0,26 63 0,27 76 а 6 Алюміній - 7,0Найбл. 10,0; решт 0,220,33- 128- 0,46- 564- 0,68- 9184,0-6,0 5,0-8,0 46-71 аналог кремній - 0,5а 0,28 0,36 160 0,48 620 0,71 1110 [1] 0,8 Склад, мас. % ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Зносостійкий композиційний матеріал на основі міді, що містить нікель, тверду змащувальну речовину фторид кальцію, який відрізняється тим, що додатково містить молібден і вольфрам, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: нікель 4,0-6,0 молібден 1,0-2,0 2 UA 122869 U вольфрам фторид кальцію мідь 1,0-2,0 8,0-10,0 решта. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3