Антифрикционный сплав на основе алюминия

 

Изобретение предназначено для изготовления деталей узлов, работающих в условиях трения скольжения. Сплав содержит, мас.%: олово 15,0-30,0; медь 6,0-16,0; магний 0,1-2,0; марганец 0,1-1,5; алюминий - остальное. Свойства сплава следующие: твердость по бринеллю 95,5-114 кгс/мм² ; предел прочности 209-216 МПа; предел текучести 115-127 МПа; относительное удлинение 4,0-4,5%; интенсивность изнашивания за 1000 м пути трения (0,90-1.04)·10^-4 мм³/см² ; коэффициент трения при 0,52 м/с со смазкой 0,011-0,012. 3 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии литейных сплавов на основе алюминия, используемых для изготовления деталей узлов, работающих в условиях трения скольжения.

Известен сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%: медь 5-10; олово - 3-6; кремний 3-8; магний 0,2-0,5; алюминий - остальное. Данный сплав характеризуется следующими физико-механическими свойствами: предел прочности 24,0 кг/мм²; относительное удлинение 1,0; твердость НВ 90-110 кгс/мм²; коэффициент теплового расширения в интервале температур 20-200^оС 22,67 ^.10^-6; коэффициент трения при удельной нагрузке 129 кгс/см² в условиях скольжения со смазкой 0,0126. Низкая пластичность сплава не позволяет применять его для тонкостенных втулок тяжелонагруженных узлов. Кроме того, по причине низкой стойкости к схватыванию и задирам данный сплав не может работать даже при кратковременном прекращении подачи смазки.

Наиболее близким к предложенному сплаву по технической сущности и достигаемому результату является известный антифрикционный сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%: медь 19-22; олово 17-19; алюминий - остальное.

Однако известный сплав обладает низкой стойкостью к схватыванию и задирам при трении скольжения без подачи и обновления смазки в зоне трения.

Целью изобретения является повышение задиростойкости, т.е. предельной нагрузки, при которой сплав может работать без схватывания и задиров в условиях трения скольжения без подачи и обновления смазки в зоне трения.

Для достижения поставленной цели предложенный антифрикционный сплав на основе алюминия содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: олово - 15,0-30,0; медь 6,0-16,0; магний 0,1-2,0; марганец 0,1-1,5; алюминий - остальное.

Добавка олова в сплавы на основе алюминия увеличивает стойкость к задирам в условиях трения скольжения. Увеличение содержания олова выше 30% нецелесообразно, так как это не приводит к приросту задиростойкости. Уменьшение содержания олова менее 15% снижает противозадирный эффект легкоплавкой фазы на основе олова.

Добавка меди 6,0-16,0 мас.% в предлагаемом составе необходима для обеспечения благоприятной с точки зрения задиростойкости морфологии легкоплавких фаз на основе олова, выделяющихся при кристаллизации сплава, а также упрочнения сплава и поэтому повышения его несущей способности.

При содержании меди менее 6,0 мас.% количество интерметаллидной фазы Θ(CuAl₂), образующейся по границам зерен твердого раствора на основе алюминия, невелико и поэтому при кристаллизации обогащенных оловом фаз последние приобретают вид вытянутых вдоль границ зерен низкопрочных включений. Такая морфология легкоплавкой фазы на основе олова не обеспечивает высокой задиростойкости сплава. Введение в сплав более 16,0 мас.% меди нецелесообразно из-за снижения износостойкости и противозадирных свойств.

Введение до 2 мас.% магния в алюминиевый сплав, содержащий медь, обеспечивает выделение в твердом растворе на основе алюминия дисперсных фаз S(Al₂CuMg) наряду с фазой Θ (CuAl₂). Это повышает прочность и задиростойкость сплава без заметного снижения пластичности. Введение менее 0,1 мас.% магния нецелесообразно из-за снижения эффекта модифицирования.

Введение марганца в сплав обеспечивает повышение задиростойкости за счет упрочнения твердого раствора и связывания неизбежных примесей железа и кремния, ухудшающих свойства сплава. В алюминиевых сплавах марганец участвует в образовании соединения Al₆Mn, которое растворяет в себе значительное количество железа. В присутствии кремния образуется твердый раствор на основе соединения Al₁₀Mn₂Si, а при одновременном наличии железа и кремния - фаза α(Al-Mn-Si-Fe). При легировании алюминиевого сплава менее, чем 0,1 мас. % марганца последнего может быть недостаточно для связывания неизбежных примесей. При малом содержании примесей железа и кремния большая часть марганца находится в виде дисперсных частиц фазы Т (Al₁₂Mn₂Cu). Это обеспечивает дополнительное упрочнение сплава и повышение задиростойкости. Введение в алюминиевый сплав марганца в количестве более 1,5 мас.% нецелесообразно, так как образующиеся при кристаллизации крупные пластинчатые кристаллы интерметаллидов будут ухудшать литейные, механические и триботехнические свойства сплава.

Для опробования предложенного сплава были приготовлены предлагаемые и известная композиции, химический состав которых приведен в табл.1.

Испытания композиций известного и предложенного сплавов были проведены на отлитых в металлический кокиль механически обработанных образцах. Механические и триботехнические свойства предложенного сплава в сопоставлении с известным приведены в табл. 2 и 3. Механические свойства (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение) определяли на стандартной машине 2167Р-50 (ГОСТ 7855-84) в соответствии с ГОСТ 1497-84. Триботехнические испытания проводили на машине трения 2070 СМТ-1 на образцах "диск-колодка" (диск из стали 45, закалка и низкий отпуск). Приработка пар образцов перед испытаниями проводилась в условиях картерной смазки до полной притирки поверхности колодки. Интенсивность изнашивания определяли при скорости скольжения 3,65 м/с, нагрузке 1000 Н, в условиях ограниченной (фитильной) смазки на базе 100 ч непрерывной работы. Испытания на задиростойкость проводили при скорости скольжения 0,1 м/с после однократного смазывания консистентной смазкой. В процессе испытания ступенчато повышалась нагрузка на пару трения и выдержка под нагрузкой осуществлялась до стабилизации коэффициента трения.

Из результатов испытаний, приведенных в табл. 2 и 3 видно, что предлагаемый сплав по сравнению с известным при близких механических свойствах обладает существенно лучшими задиростойкостью и другими триботехническими показателями. Интенсивность изнашивания предлагаемого сплава ниже в 1,5 раза, а предельная нагрузка, при которой сплав работает без задиров и схватывания в отсутствие смазки на 600...1100 Н, т.е. в 1,9...2,6 раза больше, чем у известного состава.

Формула изобретения

АНТИФРИКЦИОННЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, содержащий медь и олово, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магний и марганец при следующем соотношении компонентов, мас.%: Олово - 15,0 - 30,0 Медь - 6,0 - 16,0 Магний - 0,1 - 2,0 Марганец - 0,1 - 1,5 Алюминий - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2