Композиційний зносостійкий матеріал

Реферат: UA 122870 U UA 122870 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до порошкової металургії, зокрема, до композиційних зносостійких матеріалів на основі алюмінію, що застосовуються у машинобудуванні і приладобудуванні при виготовленні деталей тертя, які працюють за підвищених навантажень при терті у присутності рідкого мастила в атмосфері повітря при температурах до 200 °C. Найбільш близьким до корисної моделі по технічній суті та сукупності суттєвих ознак є антифрикційний матеріал на основі алюмінію (найближчий аналог) [1] наступного складу, мас. %: кремній 0,3-0,8 мідь 4,5-5,1 магній 0,03-0,05 цинк 0,06-0,1 олово 0,01-0,02 марганець 0,35-0,8 хром 0,1-0,3 нікель 0,1-0,2 натрій 0,05-0,1 залізо 0,1-0,15 титан 0,15-0,35 кадмій 0,07-0,25 цирконій 0,1-0,15 алюміній решта. Недоліками відомого [1] антифрикційного матеріалу є незадовільний рівень антифрикційних властивостей - високі інтенсивність зношування та коефіцієнт тертя при підвищених граничнодопустимих навантаженнях в умовах тертя зі змащуванням рідким мастилом на повітрі в умовах дії температур до 200 °C. В основу корисної моделі поставлена задача зниження інтенсивності зношування та коефіцієнту тертя, а також підвищення гранично-допустимих навантажень на зносостійкий матеріал в умовах тертя зі змащуванням рідким мастилом при підвищенні робочих температур до 200C на повітрі. Поставлена задача вирішується тим, що композиційний зносостійкий матеріал на основі алюмінію, який містить кремній, магній, марганець, натрій, залізо, титан та цирконій, додатково містить літій, який разом з означеними елементами міститься у відходах алюмінієвого сплаву 1420, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кремній 0,10-0,30 магній 5,00-6,00 марганець 0,15-0,30 натрій 0,002-0,005 залізо 0,15-0,30 титан 0,05-0,10 цирконій 0,09-0,15 літій 1,90-2,30 алюміній решта. Корисна модель ілюструється на наступному прикладі. Приклад. Шліфувальні відходи сплаву 1420 (ГОСТ13616-97) після висушування від вологи та електростатичного очищення від забруднень абразивними частками пресували при тисках 480530 МПа за кімнатної температури. Утворені брикети піддавали операції гарячого пресування при тисках 300-320 МПа та температурі 400-410 °C. Антифрикційні властивості матеріалу визначали на повітрі при швидкості ковзання 1 м/с, навантаженнях на пару тертя 3,0-4,0 МПа та змащуванні синтетичним мастилом ПЕФ-240 у парі з контртілом із сталі 45 (45-48 HRCе) при температурах до 200 °C. В таблиці наведено склади запропонованого композиційного зносостійкого матеріалу (склади 1-3), склади, що виходять за межі запропонованого складу компонентів (склади 4, 5), а також антифрикційні властивості зазначених складів у порівнянні з властивостями відомого антифрикційного матеріалу (склад 6, найближчий аналог). Наведені у таблиці дані показують, що присутність літію у складі запропонованого композиційного зносостійкого матеріалу на основі алюмінію забезпечує надання йому більш високих антифрикційних властивостей при одночасному підвищенні гранично-допустимих навантажень на пару тертя та робочих температур у порівнянні з матеріалом-найближчим аналогом (склад 6). 1 UA 122870 U Це відбувається внаслідок позитивної дії літію, який утворює у структурі матеріалу додаткові фази, забезпечуючи формування складної гетерофазної структури композиційного матеріалу. Літій, що присутній у алюмінієвій матриці, забезпечує утворення. Вміст компонентів, мас. % Скла д Si Сu Mg Zn Sn Мn Сr Ni Na Fe Ті Li Zr 1 0,1 5,0 0,15 - 0,002 0,15 0,05 1,9 0,09 2 0,2 5,5 0,2 - 0,003 0,12 0,08 2,1 0,12 3 0,3 6,0 0,3 - 0,005 0,3 0,10 2,3 0,15 4 0,05 4,0 0,1 - 0,001 0,1 0,03 1,5 0,05 5 0,35 7,0 0,5 - 0,007 0,5 0,15 2,5 0,2 Al реш та реш та реш та реш та реш та 6 Cd (найб 0,03 0,0 0,01 0,15 0,07 0,1- реш лижч 0,3- 4,50,35 0,1- 0,1- 0,05- 0,1- 6- ий 0,8 5,1 -0,8 0,3 0,2 0,1 0,15 - 0,15 та 0,05 0,1 0,02 0,35 анал 0,25 ог) Гранич- Коефіцієнт тертя (f) та но доінтенсивність пустиме зношування (І), наванта мкм/км, при ження температурах, °C при 170 200 200 °C, f І f І МПа 0,003 0,004 4,0 1,97 2,32 5 4 0,003 0,004 4,0 1,92 2,30 2 2 0,003 0,004 4,0 1,95 2,35 6 7 0,005 4,0 0,004 2,00 3,00 1 0,004 0,005 4,0 2,11 3,15 2 4 2,0 Гран ичнодопус тима темп ерату ра, ° C 200 200 200 200 200 0,004 2,21 0,008 8,72 18170 0,004 2,24 0,012 9,54 3 5 10 15 20 25 30 35 додаткових зміцнюючих фаз - інтерметалідів фази δ - Al3Li. В результаті зростає міцність та довговічність матеріалу, що у свою чергу, підвищує антифрикційні властивості, зокрема, зносостійкість. Поряд з δ - фазою завдяки наявності підвищеного вмісту магнію (5,0-6,0 мас. % проти 0,030,05 мас. % у найближчого аналога) утворюються також тонкі пластинчасті виділення потрійної фази S-Al2MgLi, яка додатково зміцнює матеріал, що сприяє зростанню зносостійкості. Наявність у матеріалі цирконію, що практично не розчиняється в алюмінії, утворює додаткові інтерметалідні частинки сполуки ZrAl3, котрі чинять модифікуючу дію - подрібнюють зерно, підвищують температуру рекристалізації та прискорюють розпад пересиченого твердого розчину при зміцнюючій термічній обробці матеріалу. Дрібнозернисті фази δ - Аl3Lі, S-Al2MgLi та ZrAl3 окрім підвищення зносостійкості гальмують процеси рекристалізації матеріалу і тим самим сприяють не тільки підвищенню робочих температур і навантажень на композиційний матеріал, але і дозволяють форсувати режими навантаження запропонованого матеріалу, збільшуючи гранично-допустимі навантаження і робочі температури. Наявність літію завдяки утвореним зміцнюючим фазам призводить до гальмування процесів знеміцнення матеріалу за підвищених температур і навантажень при терті, що забезпечує стабільність структури та антифрикційних властивостей композиційного матеріалу при його експлуатації. Позитивним фактором у запропонованого композиційного зносостійкого матеріалу є його 3 3 мала густина, яка завдяки присутності літію знижується до 2470 кг/м (проти 2660 кг/м у найближчого аналога [1]), що забезпечує зменшення загальної маси вузлів і конструкцій виробів приладо- і машинобудування. Гетерофазна структура запропонованого композиційного зносостійкого матеріалу на основі алюмінію, що має вигляд: α-фаза- (Аl - твердий розчин)+ δ - Al3Li+S – Al2MgLi+ZrAl3, обумовлює зниження коефіцієнту тертя та інтенсивності зношування при збільшенні допустимих навантажень та температур експлуатації. Присутня на вихідних частинках відходів сплаву 1420 оксидна плівка, що складається з Аl2О3 та комплексних оксидів MgO·LiO2, захищає зносостійкий матеріал від окислювання при робочих температурах 200 °C на повітрі, а також запобігає затягуванню пор при дії навантажень на матеріал, що сприяє утриманню мастила у порах-резервуарах при терті у присутності рідкого 2 UA 122870 U 5 10 мастила, а м'яка основа частинок відходів сплаву забезпечує швидке припрацьовування композиційного зносостійкого матеріалу при його експлуатації. При складі компонентів матеріалу за межами запропонованого вмісту компонентів (склади 4, 5) антифрикційні властивості матеріалу знижуються. Економічна ефективність, крім підвищення антифрикційних властивостей матеріалу та гранично-допустимих навантажень і робочих температур, полягає також у можливості використання шліфувальних відходів алюмінієвого сплаву 1420 для виготовлення зносостійких деталей тертя. Композиційний зносостійкий матеріал на основі алюмінію може використовуватись для оснащення вузлів тертя, що працюють при підвищених навантаженнях і температурах у присутності рідкого мастила на повітрі, насамперед, у вузлах тертя приладів, обладнанні та устаткуванні авіа-, приладо- та машинобудування. Джерела інформації: 1. Патент України № 34407 С22С21/02, 11.08.2008, Бюл. № 15. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Композиційний зносостійкий матеріал на основі алюмінію, що містить кремній, магній, марганець, натрій, залізо, титан та цирконій, додатково містить літій, який разом з означеними елементами містить у відходах алюмінієвого сплаву 1420, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кремній 0,10-0,30 магній 5,00-6,00 марганець 0,15-0,30 натрій 0,002-0,005 залізо 0,15-0,30 титан 0,05-0,10 цирконій 0,09-0,15 літій 1,90-2,30 алюміній 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