Антифрикційний матеріал романіт-увлц 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 сульфіди цинку ZnS чи ZnS2, 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 сульфіди цинку ZnS або ZnS2 0,2-15,0 мідь або її сплави решта, при цьому гранули мають розмір 0,4-2,0мм при наступному співвідношенні компонентів у тілі гранул, мас. %: мідь 37,0-60,0 графіт решта. 2 (19) 1 3 83678 4 при співвідношенні компонентів в спеченому антифрикційному матеріалі, мас. %: гранули 2,0-24,0 друга суміш порошків решта. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що першу суміш порошків гранулюють шляхом пропущення між каліброваними валками прокатного стана. 5. Спосіб за будь-яким із пп. 3, 4, який відрізняється тим, що шихту формують шляхом прокатування дозованими порціями між валками прокатного стана на сталевий лист. 6. Спосіб за будь-яким із пп. 3-5, який відрізняється тим, що шихту спікають при температурі 830-1100°С в середовищі захисного газу. 7. Елемент вузла тертя, що включає несучий елемент із напеченим шаром антифрикційного матеріалу зі спечених порошків ферофосфору, заліза, графіту, міді або її сплавів, волокон вуглецеви х з локалізованими включеннями гранул, які містять мідь і графіт, який відрізняється тим, що анти фрикційний матеріал додатково містить сульфіди цинку ZnS чи ZnS2, при наступному вмісті компонентів у матеріалі, мас. %: ферофосфор 0,5-5,4 волокна вуглецеві 0,5-15,0 залізо 10,91-26,25 графіт 0,16-5,16 гранули 2,0-24,0 сульфіди цинку 0,2-15,0 мідь або її сплави решта, при цьому гранули мають розмір 0,4-2,0мм при наступному співвідношенні компонентів у тілі гранул, мас. %: мідь 37,0-60,0 графіт решта. 8. Елемент вузла тертя за п. 7, який відрізняється тим, що несучий елемент має товщину 1250мм. 9. Елемент вузла тертя за будь-яким із пп. 7, 8, 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. 10.12.1995р., 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 температур у спікання вище 820°С через інтенсивний випар цинку, а для одержання матеріалу на мідній основі з високими механічними властивостями, що містить 9,6-12,0мас.% заліза, температура спікання не повинна бути нижче 1000°С. У [патенті України №42952 опубл. 15.12.2003р.], 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 порошків, що містить порошки фосфору, заліза, графіту і міді, формування і спікання отриманої шихти. 5 83678 Недоліком даного способу, одержання антифрикційного матеріалу та елемента вузла тертя є низька механічна міцність антифрикційного матеріалу, що, обумовлена тим, що вхідний до складу цього матеріалу фосфор не дозволяє підняти температуру спікання вище 900°С через інтенсивне утворення мідно-фосфористої евтектики при температурі понад 707°С та утворення рідкої фази. Для одержання антифрикційного матеріалу на мідній основі з високими механічними властивостями, що містить 11,08-30,30мас,% заліза, температура спікання не повинна бути нижче 1000°С. Крім того, як показує досвід, уведення дисульфіду молібдену в гранули значно знижує антифрикційні властивості матеріалу, Під час тертя температура в зоні контакту досягає 800°С, а дисульфід молібдену, незважаючи на введення в гранули, коксується вже при температурі понад 400°С, що різко погіршує антифрикційні властивості матеріалу через погіршення процесу утворення розділової плівки на поверхні, що сполучається. У [патенті України №47235 опубл. 17.05.2003р.], описаний антифрикційний матеріал вузла тертя і спосіб одержання антифрикційного матеріалу у виді спечених порошків ферофосфору, заліза, графіту і міді з локалізованими включеннями гранул, що містять мідь і графіт, 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 Мідь інше При цьому гранули мають розмір 0,4-1,6мм при наступному співвідношенні компонентів у тілі гранул, мас.%; Мідь 37,0-60,0 Графіт інше Недоліком описаного матеріалу, способу його одержання та елемента вузла тертя, отриманого з використанням цього матеріалу, є підвищений знос підшипників рідинного тертя за рахунок недостатнього вмісту вільного графіту, з одного боку, і в той же час падіння механічних властивостей при його максимальному вмісті. У [патенті Росії №1559815 опубл. 20.07.2000р.] описаний антифрикційний матеріал у виді двошарової синтетичної тканини, робочий шар якої складається з політетрафторетиленових ниток, а неробочий - з вуглецевих, скляних, металевих чи теплостійких полімерних ниток і сполучного сплаву, зміцненого частками металів, температура плавлення яких вище температури плавлення сполучного сплаву, при наступному вмісті компонентів у матеріалі, мас.%: Тверде змащення 3,0-7,0 Армуюча металева сітка 54,4-68,0 Сполучний сплав Інше Недоліком описаного матеріалу є високий коефіцієнт тертя політетрафторетиленових ниток, що утворять робочий шар антифрикційного матеріалу, більш 0,7, що викликає підвищений знос сполучуваних поверхонь, низьку їхню стійкість і підвищені експлуатаційні витрати. 6 У [патенті Росії №2088682, опубл. 27.08.1997р.] у якому описаний мідно-графітовий композиційний матеріал і спосіб його виготовлення у виді спечених порошків одного з карбіду металу ІV-VІ гр уп (титан, цирконій, гафній, ванадій, ніобій, тантал, хром, молібден і вольфрам), міді або її сплавів, піровуглеця, коротких вуглецевих волокон довжиною не більш 5мм і діаметром 8мкм, при наступному вмісті компонентів у матеріалі, мас.%: Карбід металу ІV-VІ гр уп 15,0-60,0 Піровуглець 0,6-22,2 Волокна вуглецеві 0,1-4,2 Мідь або її сплави Інше Недоліком описаного матеріалу є високий процент вмісту одного з карбідів металів ІV-VІ груп, що викликає підвищений знос поверхонь, що сполучаються, низьку їхню стійкість і підвищені експлуатаційні витрати. Найбільш близьке рішення відоме з [Деклараційного патенту України №61751 опубл. 17.11.2003р.], у якому описаний антифрикційний матеріал і спосіб його виготовлення у виді спечених порошків ферофосфору заліза, графіту, міді або її сплавів і вуглецевих волокон чи вуглецевих ниток з локалізованими включеннями гранул, що містять мідь і графіт, при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: Ферофосфор 0,50-5,40 Волокна вуглецеві 0,50-15,00 Залізо 10,91-26,25 Графіт 0,16-5,16 Гранули 2,00-24,00 Мідь або її сплави Інше При цьому гранули мають розмір 0,4-2,0мм при наступному співвідношенні компонентів у тілі гранул, мас.%: Мідь 37,0-60,0 Графіт інше Недоліком даного матеріалу та способу є те, що при введенні графіту кількості більше ніж 5,16мас,% виникає різке зниження механічних властивостей матеріалу в результаті того, що графіт робить матрицю менш міцною. В основу винаходу поставлена задача, створити антифрикційний матеріал у виді спечених порошків ферофосфору Fе3Р. заліза, графіту, міді, і сульфідів цинку ZnS чи ZnS 2 з локалізованими включеннями гранул, які містять мідь і графіт, шляхом підбора співвідношення перерахованих вище компонентів, що дозволяє одержати антифрикційний матеріал, який володіє високою самозмащувальною здатністю, механічною міцністю, зносостійкістю, низьким коефіцієнтом тертя і забезпечує утворення на поверхні матеріалу товстих розділових плівок, що запобігають зносу контактуючої пари. Ще однією задачею винаходу є створення антифрикційного матеріала у виді спечених порошків ферофосфор у FезР. заліза, графіту, міді, вуглецевих волокон і сульфідів цинку ZnS чи ZnS2 з локалізованими включеннями гранул, які містять мідь і графіт, шля хом підбора співвідношення перерахованих ви ще компонентів, що дозволяє одержати антифрикційний матеріал, який володіє високою самозмащувальною здатністю, підвищеною меха 7 83678 нічною міцністю завдяки вмісту армуючого волокна вуглецевого, зносостійкістю, низьким коефіцієнтом тертя і забезпечує утворення на поверхні матеріалу товсти х розділових плівок, що запобігають зносу контактуючої пари. Іншою задачею винаходу є створення способу одержання антифрикційного вуглеволокнистого матеріалу з перерахованими вище характеристиками. Ще однією задачею винаходу є створення елемента вузла тертя, що включає несучий елемент із напеченим шаром антифрикційного матеріалу, який володіє високою самозмащувальною здатністю, механічною міцністю, зносостійкістю, низьким коефіцієнтом тертя і забезпечує утворення на поверхні матеріалу розділових плівок, що запобігають зносу контактуючої пари. Поставлена задача вирішується тим, що в антифрикційний матеріал у виді спечених порошків ферофосфор у, заліза, графіту, міді або її з локалізованими включеннями гранул, що містять мідь і графіт, додатково включені сульфіди цинку ZnS чи ZnS2, 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 Сульфіди цинку 0,1-15,0 Мідь або її сплави інше При цьому гранули мають розмір 0,4-2,0мм при наступному співвідношенні компонентів у тілі гранул, мас.%: Мідь 37,0-60,0 Графіт інше Ще одна задача вирішується тим, що в антифрикційний матеріал у виді спечених порошків ферофосфор у, заліза, графіту, міді або її сплавів і волокон вуглецевих з локалізованими включеннями гранул, що містять мідь і графіт, додатково включені сульфіди цинку ZnS чи ZnS2, 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 Сульфіди цинку 0,1-15,0 Волокна вуглецеві 0,5 - 15,0 Мідь або її сплави інше При цьому гранули мають розмір 0,4-2,0мм при наступному співвідношенні компонентів у тілі гранул, мас.%: Мідь 37,0-60,0 Графіт інше Інша задача вирішується тим, що у відомому способі одержання антифрикційного матеріалу, що включає одержання гранул шляхом гранулювання першої суміші порошків, яка містить порошки графіту і міді, змішування в змішувачі гранул із другою сумішшю порошків, яка містить порошки ферофосфору, заліза, графіту, міді і волокон вуглецевих, формування на сталевий лист шляхом пропуску між валками прокатного стану, спікання отриманого біметалу, першу суміш порошків 8 при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: Порошок міді 37,0-60,0 Порошок графіту інше гранулюють, наприклад, шляхом пропущення між каліброваними валками прокатного стану, з одержанням гранул розміром 0,4-2,0мм, гранули змішують із другою сумішшю порошків, яка додатково містить сульфіди цинку ZnS чи ZnS2 при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: Ферофосфор 0,65-5,52 Залізо 14,36-26,79 Графіт 0,21- 5,26 Сульфіди цинку 0,13-19,5 Волокна вуглецеві 0,65-15,31 Мідь або її сплави інше при співвідношенні компонентів, мас.%: Гранули 2,0-24,0 Друга суміш порошків інше і отриману шихту формують, наприклад, шляхом прокатування дозованими порціями між валками прокатного стану на сталевий лист і спікають. Друга суміш порошків додатково містить сульфіди цинку ZnS чи ZnS2. Компоненти другої суміші, і сульфіди цинку ZnS чи ZnS2 завантажуються в змішувач і здійснюється сухе змішування. Потім у змішувач додається зволожувач і здійснюється мокре змішування. Ще одна задача вирішується тим, що елемент вузла тертя, що включає несучий елемент із напеченим шаром антифрикційного матеріалу зі спечених порошків ферофосфору, заліза, графіту міді або її сплавів, волокон вуглецеви х, причому волокна можуть бути виконані як у вигляді окремих ниток, так і у вигляді волокон з локалізованими включеннями гранул, що містять мідь і графіт, додатково містить сульфіди цинку ZnS чи ZnS2, 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 Сульфіди цинку 0,2-15,0 Волокна вуглецеві 0,5-5,0 Мідь або її сплави інше, при цьому гранули мають розмір 0,4-2,0мм при наступному вмісті компонентів у тілі гранул, мас.%: Мідь 37,0-60,0 Графіт інше Переважно несучий елемент виконаний, з низковуглеродистої стали, і має товщину 1-250мм. Найбільш переважна товщина шару антифрикційного матеріалу складає 0,7-25мм. Введення в антифрикційний матеріал сульфідів цинку ZnS чи ZnS2 обумовлено наступним: По-перше введенні до складу матеріалу чистого цинку, вже при температурі 800°С відбувається його випар. По-друге при введенні до складу матеріалу сульфідів цинку ZnS чи ZnS2 спікання цих матеріалів супроводжується повним або частковим розкладанням сульфідів цинку і як наслідок, взаємодією сірки і металевої матриці основи. Цинк, що вивільнився, розчиняється в міді та зміцнює її. 9 83678 Цим пояснюється той факт, що легування міді цинком підвищує зносостійкість сплавів. При температурі спікання утворюються сполуки CuFe2, феросульфат і сульфіди міді Cu2S і заліза Fе, які являються твердим змащенням через слоїсту будівлю їхньої структури. Утворення при спіканні сполуки Fe2O3 - Cu2S обмежує введення сульфідів цинку 15мас.%. Це можна пояснити різким зниженням зносостійкості в результаті високої рухливості вторинних структур, що утворюються, які представляють собою тверді розчини кисню в Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 10 металі, при введенні в матеріал сульфідів цинку більш 15мас.%. Винахід дозволяє створити антифрикційний матеріал, спосіб його одержання та елемент вузла тертя з напеченим шаром антифрикційного матеріалу, що володіє підвищеною механічною міцністю, підвищеною зносостійкістю, низьким коефіцієнтом тертя, підвищеною здатністю утворювати на поверхнях пар тертя товсту розділову плівку, що запобігає знос контактуючих поверхонь. 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