Патент на изобретение №2392509

(54) АНТИФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

(57) Реферат:

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления износостойких устройств и элементов машиностроительного назначения, в частности подшипников скольжения, работающих в условиях граничного и сухого трения. Антифрикционный материал выполнен на основе железа, графита, фтористого кальция, фосфора, сернистого марганца, цинка и меди при следующем соотношении компонентов, мас.%: графит 0,5-3, фтористый кальций 0,1-1, фосфор 0,05-1, сернистый марганец 0,1-1, цинк 0,05-1, медь 10-30, железо – остальное. Технический результат направлен на получение высокотемпературных дисперсно-уплотненных порошковых материалов на основе железа с повышенной твердостью и коррозийной стойкостью.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления износостойких устройств и элементов машиностроительного назначения, в частности подшипников скольжения, работающих в условиях граничного и сухого трения.

Известен порошковый антифрикционный материал, состоящий из следующих компонентов, мас.%: медь – 80, графит – 15 и железо – 5 (Патент ФРГ 2027902, 1972). Материал обладает хорошими антифрикционными свойствами в присутствии жидкой смазки между деталью, изготовленной из вышеуказанного материала и сопрягаемой деталью, изготовляемой обычно из стали.

Преобладающее содержание меди определяет высокую стоимость материала. Кроме того, данный материал содержит 15% графита, что уменьшает его механические свойства и поэтому область его применения ограничена.

Известны материалы антифрикционные на основе железа (ГОСТ 26802-86). Материалы обладают хорошими антифрикционными свойствами в условиях обильной смазки. В условиях самосмазывания ресурс снижается на треть, материалы подвержены в значительной степени коррозии.

Известен антифрикционный материал, состоящий из следующих компонентов, мас.%: железо 30-60, олово 2-5, графит 0-2, медь – остальное.

Материал имеет хорошие антифрикционные свойства в условиях подпитки узла трения смазкой. В условиях самосмазывания ресурс подшипникового узла снижается на 30-40% (патент РФ 2163270).

Наиболее близким по достигаемому техническому результату является антифрикционный материал по патенту РФ 2040574.

Упомянутый спеченный антифрикционный материал на основе железа содержит при следующем соотношении компонентов, мас.%: графит 0,1-0,2; латунь 4-5; фтористый кальций 0,5-0,8; фосфор 0,2-0,6; хром 0,1-0,4 и остальное – железо. Изделия из данного материала показали хорошие эксплуатационные свойства, однако недостаточно износостойкие.

Решаемая техническая задача заключается в создании антифрикционного материала на основе железа, применение которого для изготовления деталей машин обеспечит им повышенный срок эксплуатации.

Техническим результатом при использовании изобретения является получение высокотемпературных дисперсно-уплотненных порошковых материалов на основе железа с повышенной твердостью и коррозийной стойкостью.

Указанный технический результат достигается тем, что антифрикционный материал на основе железа, содержащий графит, фтористый кальций, фосфор, дополнительно содержит сернистый марганец, цинк и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Необходимо отметить, что пределы компонентов заявляемого материала были выбраны экспериментально и являются оптимальными.

Что касается физико-химических свойств используемых компонентов, то использование железа в качестве основы порошкового материала обусловлено относительно высокой температурой плавления, прочностью, твердостью и пластичностью, необходимых для получения требуемых свойств материала, использование меди в качестве составляющей материала определяется высокой теплопроводностью, обеспечивающей высокий отвод тепла из зоны трения, использование графита в указанных пределах способствует стабилизации коэффициента трения за счет разделительной пленки, образующейся на поверхности контактирующей пары.

Использование сернистого марганца направлено на обеспечение повышенной твердости спеченного материала. Введение фтористого кальция в композицию приводит к образованию тонкой кальций-фторидной пленки, которая активизирует процесс консолидации порошков, особенно при высоких температурах, что повышает антифрикционные, противозадирочные свойства.

Фосфор и цинк занимают третье место по удерживающей способности синтетических и органических смазок после таких дорогостоящих металлов, как олово и никель. Пропитанный смазкой антифрикционный материал, содержащий фосфор и цинк, обладает повышенной способностью удерживать смазку, поэтому ресурс работы изделия, изготовленного из такого материала в режиме самосмазывания повышается в 2-3 раза при одинаковых условиях работы. Кроме того, фосфат цинковая пленка менее активно взаимодействует с кислородом, чем железо, поэтому она защищает основу подшипника от воздействия окружающей среды, повышая тем самым коррозийную стойкость материала на 30-40%. Теплопроводность фосфат цинка в 1,3 раза выше, чем у железа, поэтому вторичный слой, содержащий фосфат цинка, обладает повышенной теплопроводностью и обеспечивает отвод тепла от изделия, изготовленного из предлагаемого материала, на 30% эффективнее при тяжелых условиях работы.

Вместе со смазкой, поступающей из пор материала, в зону трения попадают атомы аморфного цинка и фосфора, образуя антифрикционную пленку вторичного слоя, надежно удерживающую смазку в зоне трения. Фосфор и цинк в состав материала вводят известными путями.

Возможность осуществления изобретения может быть показана на примере получения материала ПА-ЖГр3Д3ОКфМсФЦ с конкретным содержанием компонентов в заявленных пределах и изготовления из него элемента машиностроительного назначения, например подшипника скольжения.

Антифрикционный материал, состоящий из следующих компонентов, мас.%:

изготавливают следующим образом: исходные компоненты смешивают, полученную шихту прессуют в металлической пресс-форме с плотностью 5,8-6,1 г/см³ и пористостью около 20%.

Затем спекают в защитной атмосфере при температуре 980-1030°С в течение 30 мин, калибруют в металлической пресс-форме при давлении 300-400 МПа, затем пропитывают смазкой и применяют по назначению.

Проведены испытания подшипников скольжения цилиндрической формы, изготовленных из серийного материала ПА-ЖГрД5, изготовленных из предложенного материала и серийного бронзового дорогостоящего подшипника ПА-БрОГр4. Испытания проводились в режиме самосмазывания, контртело-вал из закаленной стали с отполированной поверхностью, давление 2 МПа, скорость скольжения 3 м/с.

Расход смазки проверялся взвешиванием. Износ определяли изменением размера внутреннего отверстия методом предустановленных баз, когда на испытываемую поверхность предварительно вдавливали трапецеидальные углубления, у которых измеряли катет до испытания и после. Испытания проводили до превышения силы тока в электроприводе, допустимой испытаниями величины. Наработку определяли в часах. Результаты приведены в таблице.

Из таблицы видно, что у изделия из предложенного материала расход смазки и износ меньше, а ресурс наработки больше, чем у изделия из серийного материала. Кроме того, показатели изделия из предложенного антифрикционного материала превышают показатели изделия из серийного бронзового материала, что дает основание использовать его в режиме самосмазывания вместо дорогостоящего изделия из бронзового материала.

Формула изобретения

Антифрикционный материал на основе железа, содержащий графит, фтористый кальций, фосфор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сернистый марганец, цинк и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: графит 0,5-3; фтористый кальций 0,1-1; фосфор 0,05-1; сернистый марганец 0,1-1; цинк 0,05-1; медь 10-30; железо – остальное.