Антифрикційний матеріал романіт-увлбн на основі міді, спосіб його одержання та елемент вузла тертя з напеченим шаром цього матеріалу

1. Антифрикційний матеріал на основі міді, що включає спечені порошки ферофосфору, заліза, графіту, міді або її сплавів, з локалізованими включеннями гранул, що містять мідь і графіт, який відрізняє ться тим, що додатково містить гексагональний нітрид бору і нікель при наступному вмісті компонентів у матеріалі, мас. %: ферофосфор 0,5-5,4 залізо 10,91-26,25 графіт 0,16-5,16 гранули 2,0-24,0 гексагональний нітрид бору 0,1-5,0 нікель 0,2-10,0 мідь або її сплави решта, 2 (19) 1 3 83677 4 ферофосфор 0,65-5,52 7. Елемент вузла тертя, що включає несучий елезалізо 14,36-26,79 мент із напеченим шаром антифрикційного матеграфіт 0,21-5,26 ріалу на основі міді, що включає спечені порошки гексагональний нітрид ферофосфор у, заліза, графіту, міді або її сплавів, бору 0,1-5,0 волокон вуглецевих з локалізованими включеннянікель 0,2-10,0 ми гранул, що містять мідь і графіт, який відрізняволокна вуглецеві 0,65-15,31 ється тим, що антифрикційний матеріал додаткомідь або її сплави решта, во містить гексагональний нітрид бору і нікель при при співвідношенні компонентів одержаної шихти, наступному вмісті компонентів у матеріалі, мас. %: мас. %: ферофосфор 0,5-5,4 гранули 2,0-24,0 залізо 10,91-26,25 друга суміш порошків решта. графіт 0,16-5,16 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що пергранули 2,0-24,0 шу суміш порошків гранулюють шляхом пропугексагональний нітрид щення між каліброваними валками прокатного бору 0,1-5,0 стана. нікель 0,2-10,0 5. Спосіб за будь-яким з пп. 3, 4, який відрізняволокна вуглецеві 0,5-15,0 ється тим, що шихту формують шляхом прокатумідь або її сплави решта. вання дозованими порціями між валками прокат8. Елемент вузла тертя за п. 7, який відрізняєтьного стана на сталевий лист. ся тим, що несучий елемент має товщину 16. Спосіб за будь-яким з пп. 3-5, який відрізняєть250мм. ся тим, що одержану шихту спікають при темпера9. Елемент вузла тертя за будь-яким з пп. 7, 8, турі 830-1100°С в середовищі захисного газу. який відрізняється тим, що товщина шару антифрикційного матеріалу складає 0,7-25мм. Винахід відноситься до антифрикційного матеріалу, способу його отримання та елементу вузла тертя, виконаному з використанням антифрикційного матеріалу. Більш докладно даний винахід відноситься до антифрикційних матеріалів, що одержують методом порошкової металургії, і які застосовуються в машинобудуванні в елементах вузлів тертя різних машин, механізмів і устаткування. Аналіз науково-технічної інформації показав, що незважаючи на велику кількість антифрикційних матеріалів, відсутні порошкові матеріали для підшипників різних машин, механізмів та устаткування, що працюють у вкрай тяжких умовах, з високими навантаженнями, в умовах обмеженого змащення чи без змащення Це обумовлено недостатньою самозмащувальною здатністю цих матеріалів і їхньою недостатньою механічною міцністю. Нормальна експлуатація антифрикційних матеріалів у підшипниках, що працюють при високих навантаженнях в умовах обмеженого змащення чи без змащення, можлива у випадку їх високої самозмащувальної здатності, низького коефіцієнта тертя, високої зносостійкості поверхонь, що сполучаються, і високої механічної міцності. У [патенті Російської Федерації №2049687 опубл. 10.12.1995p.], описаний антифрикційний матеріал і спосіб одержання антифрикційного матеріалу у виді спечених порошків фосфору, заліза, графіту і міді з локалізованими включеннями гранул, що містять мідь і графіт, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Фосфор 0,48-1,2 Залізо 9,6-12,0 Цинк 2,4-16,0 Графіт 10,5-25,0 Мідь інше. При цьому 10-21мас.% графіту і 9,0-15,0мас.% міді входять у матеріал у виді гранул розміром 0,42,0мм. Недоліком описаного матеріалу і способу його одержання є низька механічна міцність отримуваного антифрикційного матеріалу, тому що цинк, який входить до складу цього матеріалу не дозволяє підняти температуру спікання вище 82O0C через інтенсивний випар цинку, а для одержання матеріалу на мідній основі з високими механічними властивостями, що містить 9,6-12,0 мас. % заліза, температура спікання не повинна бути нижче 1000°C. У [патенті України №42952 опубл. 15.12.2003p.], описаний антифрикційний матеріал елемента вузла тертя і спосіб одержання антифрикційного матеріалу у виді спечених порошків фосфор у, заліза, графіту і міді з локалізованими включеннями гранул, що містять дисульфід молібдену, мідь і графіт, при наступному вмісті компонентів у матеріалі, мас %: Фосфор 0,33-1,35 Залізо 11,08-30,30 Графіт 0,16-5,16 Гранули 2,0-24,0 Мідь інше При цьому гранули мають розмір 0,4-1,6мм і додатково містять дисульфід молібдену при наступному вмісті компонентів в тілі гранул, мас %; Дисульфід молібдену 0,01-23,0 Мідь 14,0-37,0 Графіт інше Даний спосіб включає одержання гранул шляхом гранулювання першої суміші порошків, що містить порошки графіту, дисульфіду молібдену і міді, змішування гранул із другою сумішшю порош 5 83677 6 ків, що містить порошки фосфору, заліза, графіту і У [патенті Росії №2088682, опубл. міді, формування і спікання отриманої шихти. 27.08.1997р.] у якому описаний мідно-графітовий Недоліком даного способу, одержання антикомпозиційний матеріал і спосіб його виготовлення фрикційного .матеріалу та елемента вузла тертя є у виді спечених порошків одного з карбіду металу низька механічна міцність антифрикційного матеIV-VI гр уп (титан, цирконій, гафній, ванадій, ніобій, ріалу, що, обумовлена тим, що вхідний до складу тантал, хром, молібден і вольфрам), міді або її цього матеріалу фосфор не дозволяє підняти темсплавів, піровуглеця, коротких вуглецевих волокон довжиною не більш 5мм і діаметром 8мкм, при пературу спікання вище 900°C через інтенсивне наступному вмісті компонентів у матеріалі, мас. %: утворення мідно-фосфористої евтектики при темКарбід металу IV-VI гр уп 15,0-60,0 пературі понад 707°C та утворення рідкої фази. Піровуглець 0,6-22,2 Для одержання антифрикційного матеріалу на Волокна вуглецеві 0,1-4,2 мідній основі з високими механічними властивосМідь або її сплави Інше тями, що містить 11,08-30,30мас.% заліза, темпеНедоліком описаного матеріалу є високий ратура спікання не повинна бути нижче 1000°C. процент вмісту одного з карбідів металів IV-VI Крім того, як показує досвід, уведення дисульфіду груп, що викликає підвищений знос поверхонь, що молібдену в гранули значно знижує антифрикційні сполучаються, низьку їхню стійкість і підвищені властивості матеріалу, Під час тертя температура експлуатаційні витрати. в зоні контакту досягає 800°C, а дисульфід молібНайбільш близьке рішення відоме з [декларадену, незважаючи на введення в гранули, коксуційного патенту України №61751 опубл. ється вже при температурі понад 400°C, що різко 17.11.2003р.], у якому описаний антифрикційний погіршує антифрикційні властивості матеріалу чематеріал і спосіб його виготовлення у виді спечерез погіршення процесу утворення розділової пліних порошків ферофосфору заліза, графіту, міді вки на поверхні, що сполучається. або її сплавів і вуглецевих волокон чи вуглецевих У [патенті України №47235 опубл. ниток з локалізованими включеннями гранул, що 17.05.2003p.], описаний антифрикційний матеріал містять мідь і графіт, при наступному співвідновузла тертя і спосіб одержання антифрикційного шенні компонентів, мас, %: матеріалу у виді спечених порошків ферофосфоФерофосфор 0,50-5,40 ру, заліза, графіту і міді з локалізованими вклюВолокна вуглецеві 0,50-15,00 ченнями гранул, що містять мідь і графіт, при наЗалізо 10,91-26,25 ступному вмісті компонентів у матеріалі, мас. %: Графіт 0,16-5,16 Ферофосфор 0,5-5,4 Гранули 2,00-24,00 Залізо 10,91-26,25 Мідь або її сплави Інше Графіт 0,16-5,16 При цьому гранули мають розмір 0,4-2,0мм Гранули 2,0-24,0 при наступному співвідношенні компонентів у тілі Мідь інше гранул, мас. %: При цьому гранули мають розмір 0,4-1,6мм Мідь 37,0-60,0 при наступному співвідношенні компонентів у тілі Графіт інше гранул, мас %; Недоліком даного матеріалу та способу є те, Мідь 37,0-60,0 що при введенні графіту кількості більше ніж Графіт інше 5,16мас.% виникає різке зниження механічних Недоліком описаного матеріалу, способу його властивостей матеріалу в результаті того, що одержання та елемента вузла тертя, отриманого з графіт робить матрицю менш міцною. використанням цього матеріалу, є підвищений В основу винаходу поставлена задача створизнос підшипників рідинного тертя за рахунок недоти антифрикційний матеріал у виді спечених постатнього вмісту вільного графіту, з одного боку, і рошків ферофосфору Fе3Р, заліза, графіту, міді і в той же час падіння механічних властивостей при гексагонального нітриду бора і нікелю з локалізойого максимальному вмісті. ваними включеннями гранул, які містять мідь і У [патенті Росії №1559815 опубл. 20.07.2000p.] графіт, шля хом підбора, співвідношення перераописаний антифрикційний матеріал у виді двошахованих ви ще компонентів, що дозволяє одержати рової синтетичної тканини, робочий шар якої склаантифрикційний матеріал, який володіє високою дається з політетрафторетиленових ниток, а несамозмащувальною здатністю, механічною міцнісробочий - з вуглецевих, скляних, металевих чи тю, зносостійкістю, низьким коефіцієнтом тертя і теплостійких полімерних ниток і сполучного сплазабезпечує утворення на поверхні матеріалу товсву, зміцненого частками металів, температура тих розділових плівок, що запобігають зносу конплавлення яких вище температури плавлення тактуючої пари. сполучного сплаву, при наступному вмісті компоЩе однією задачею винаходу є створення аннентів у матеріалі, мас. %: тифрикційного матеріалу у виді спечених порошків Тверде змащення 3,0-7,0 ферофосфор у Fе3Р, заліза, графіту, міді, волокон Армуюча металева сітка 54,4-68,0 вуглецевих і гексагонального нітриду бора і нікелю Сполучний сплав Інше з локалізованими включеннями гранул, які містять Недоліком описаного матеріалу є високий комідь і графіт, шляхом підбора, співвідношення ефіцієнт тертя політетрафторетиленових ниток, перерахованих вище компонентів, що дозволяє що утворять робочий шар антифрикційного матеодержати антифрикційний матеріал, який володіє ріалу, більш 0,7, що викликає підвищений знос високою самозмащувальною здатністю, підвищесполучуваних поверхонь, низьку їхню стійкість і ною механічною міцністю, завдяки наявності в підвищені експлуатаційні витрати. 7 83677 8 ньому армуючої складової у вигляді волокон вуглецевих волокон або вуглецевих ниток, формулецевих, зносостійкістю, низьким коефіцієнтом вання шляхом пропуску між валками прокатного тертя і забезпечує утворення на поверхні матеріастану, спікання отриманої шихти на сталевий лист. лу товсти х розділових плівок, що запобігають зноПершу суміш порошків при наступному співвідносу контактуючої пари. шенні компонентів, мас. %: Волокна вуглецеві можуть являти собою як Порошок міді 37,0-60,0 окремі вуглецеві нитки так і волокна, що складаПорошок графіту інше ються з них. гранулюють, наприклад, шляхом пропущення Іншою задачею винаходу є створення способу між каліброваними валками прокатного стану, з одержання антифрикційного матеріалу з перераодержанням гранул розміром 0,4-2,0мм. Гранули хованими вище характеристиками. змішують із другою сумішшю порошків, що додатЩе однією задачею винаходу є створення ково містить гексагональний нітрид бора і нікель, елемента вузла тертя, що включає несучий елепри наступному співвідношенні компонентів, мас. мент із напеченим шаром антифрикційного мате%: ріалу, що володіє високою самозмащувальною Ферофосфор 0,65-5,52 здатністю, механічною міцністю, зносостійкістю, Залізо 14,36-26.79 низьким коефіцієнтом тертя і забезпечує утворенГрафіт 0,21-5,26 ня на поверхні матеріалу розділових плівок, що Гексагональний нітрид бора 0,13-6,5 запобігають зносу контактуючої пари. Нікель 0,26-13,0 Поставлена задача вирішується тим, що в анВолокна вуглецеві 0,65-15,31 тифрикційний матеріал на основі міді, що включає Мідь або її сплави інше спечені порошки ферофосфору, заліза, графіту і при співвідношенні компонентів, мас. %: міді або її сплавів, з локалізованими включеннями Гранули 2,0-24,0 гранул, що містять мідь і графіт, додатково вклюДруга суміш порошків інше чений гексагональний нітрид бора і нікель, при Отриману шихту формують, наприклад, шлянаступному вмісті компонентів у матеріалі, мас. %: хом прокатки дозованими порціями між валками Ферофосфор 0,5-5,4 прокатного стану на сталевий лист і запікають. Залізо 10,91-26,25 Друга суміш порошків додатково містить гексаГрафіт 0,16-5,16 гональний нітрид бора та нікель. Компоненти друГранули 2,0-24,0 гої суміші і гексагональний нітрид бора та нікель Гексагональний нітрид бора 0.1-5,0 завантажуються в змішувач і виконується сухе Нікель 0,2-10,0 змішування. Потім у змішувач додається зволожуМідь або її сплави інше вач та виконується мокре змішування. При цьому гранули, мають розмір 0,4-2,0мм Ще одна задача вирішується тим, що елемент при наступному співвідношенні компонентів у тілі вузла тертя, який включає несучий елемент із награнул, мас. %: печеним шаром антифрикційного матеріалу зі спеМідь 37,0-60,0 чених порошків ферофосфору, заліза, графіту міді Графіт інше або її сплавів і волокон вуглецевих, з локалізоваЩе одна задача вирішується тим, що в антиними включеннями гранул, що містять мідь і графрикційний матеріал на основі міді, що включає фіт, додатково містить гексагональний нітрид бора спечені порошки ферофосфору, заліза, графіту і і нікель, при наступному вмісті компонентів у маміді або її сплавів і волокон вуглецеви х або вуглетеріалі, мас. %: цевих ниток, з локалізованими включеннями граФерофосфор 0,5-5,4 нул, що містять мідь і графіт, додатково включеЗалізо 10,91-26,25 ний гексагональний нітрид бора і нікель, при Графіт 0,16-5,16 наступному вмісті компонентів у матеріалі, мас. %: Гранули 2,0-24,0 Ферофосфор 0,5-5,4 Гексагональний нітрид бора 0,1-5,0 Залізо 10,91-26,25 Нікель 0,2-10,0 Графіт 0,16-5,16 Волокна вуглецеві 0,5-15,0 Гранули 2,0-24,0 Мідь або її сплави інше Гексагональний нітрид бора 0,1-5,0 При цьому гранули мають розмір 0,4-2,0мм Волокна вуглецеві 0,5-15,0 при наступному вмісті компонентів у тілі гранул, Нікель 0,2-10,0 мас. %: Мідь або її сплави інше Мідь 37,0-60,0 При цьому гранули, мають розмір 0,4-2,0мм Графіт інше при наступному співвідношенні компонентів у тілі Переважно несучий елемент виконаний, з низгранул, мас. %; ковуглецевої сталі, і має товщину 1Мідь 37,0-60,0 250мм.Найбільш переважна товщина шаруючи Графіт інше антифрикційного матеріалу складає 0,7Інша задача вирішується тим, що у відомому, 25мм.Введення в антифрикційний матеріал гексаспособі одержання антифрикційного матеріалу, на гонального нітриду бора обумовлено тим, що ексоснові міді, що включає одержання гранул шляхом периментально встановлено - матеріали, що місгранулювання першої суміші порошків, що містить тять більш 5,5мас. % графіту у вільному стани, порошки графіту і міді, змішування в змішувачі володіють високими змащувальними властивосгранул із другою сумішшю порошків, що містить тями. При збільшенні вмісту в матеріалі більш порошки ферофосфору, заліза, графіту, міді і вуг5,5мас. % графіту у вільному стані, товщина роз 9 83677 10 ділової плівки на поверхнях тертя збільшується в введенні в антифрикційний матеріал гексагональкілька разів. Однак кількість графіту у вільному ного нітриду бора в чистому виді викликає підвистані більш 5,5мас. % викликає різке зниження щений знос контактуючої поверхні, пари тертя. механічних властивостей матеріалу в результаті Тому гексагональний нітрид бора вводиться тільки того, що гра фіт робить матрицю менш міцною. У разом з нікелем. При спільному введенні, з гексатой же час, створення матеріалів зі вмістом графігональним нітридом бора, нікелю вводиться трохи ту у вільному стані більш 5,5% сприяє утворенню більше.Крім того нікель впливає на металевий на поверхнях тертя розділових плівок, що запобікаркас антифрикційного матеріалу. Нікель має гають знобу контактуючої пари. Тому передбачакубічну гранецентровану кристалічну решітку, і він ється тверде змащення (вуглець) вводити в пороутворює із залізом безперервний ряд твердих розшкову матрицю антифрикційного матеріалу в чинів заміщення. Уведення нікелю в антифрикційобсязі не більш 5,5мас. %, а збільшення обсягу ний матеріал підвищує на діаграмі стану Fe-Ni твердого змащення зробити введенням у матеріал крапку А4 і знижує крапку A3, тим самим, розшигексагонального нітриду бора. Гексагональний рюючи Х-область і значно зміцнює сталевий карнітрид бора має таку ж кристалічну решітку, як і кас і збільшує механічну міцність матеріаграфіт і має такі ж змащувальні властивості, але лу.Процентний вміст гексагонального нітриду бора на відміну від графіту не робить матеріал менш і нікелю визначено експериментально.Винахід доміцним. Експериментально встановлено, що доцізволяє створити антифрикційний матеріал, спосіб льне введення гексагонального нітриду бора в його одержання та елемент вузла тертя з напечеобсязі до 5мас. %. Це дозволить збільшити здатним шаром антифрикційного матеріалу, що волоність антифрикційного матеріалу, що самозмащудіє підвищеною механічною міцністю, підвищеною вання, у 2 рази. Експериментально встановлено, зносостійкістю, низьким коефіцієнтом тертя, підщо введення в антифрикційний матеріал гексаговищеною здатністю утворювати на поверхнях пар нального нітриду бора економічно доцільно до тертя товсту розділову плівку, що запобігає зносу 5мас. %. Експериментально встановлено, що при контактуючих поверхонь. Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601