Металлокерамический фрикционный сплав

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым фрикционным сплавам на основе железа. Может использоваться в узлах трения фрикционных муфт сцепления стрелочных переводов железных дорог. Порошковый фрикционный сплав на основе железа содержит, мас.%: олово 9-11; дисульфид молибдена 1,5-2,5; диоксид кремния 4-6; графит 8,5-9,5; свинец 1,5-2,5; железо - остальное. Техническим результатом является повышение износостойкости и улучшение трибологических характеристик в условиях теплоимпульсного трения. 1 табл.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым фрикционным сплавам на основе железа, и может быть использовано в узлах трения фрикционных муфт сцепления стрелочных переводов железных дорог.

Известен металлокерамический фрикционный сплав на основе железа, содержащий, мас.%: олово 4-6; графита 8-9; дисульфида молибдена 1,5-3; диоксида кремния 2-4; железо - остальное [1].

Недостатками описанного материала являются низкая износостойкость и малое отношение коэффициента трения покоя к коэффициенту трения скольжения.

Наиболее близким к предлагаемому сплаву является порошковый фрикционный сплав на основе железа [2], содержащий, мас.%:

олово	4-6;
дисульфид молибдена	1,5-3;
диоксид кремния	2-4;
графит	3,5-4,5;
свинец	1,7-2,5;
железо	остальное.

Недостатком данного фрикционного сплава является недостаточная износостойкость при работе в условиях теплоимпульсного трения, в частности в муфтах сцепления.

Изобретение направлено на решение задачи повышения долговечности, обеспечения надежной работы фрикционной муфты сцепления и безопасности железнодорожного движения путем увеличения износостойкости фрикционного сплава и улучшения его трибологических характеристик.

Поставленная задача достигается за счет того, что порошковый фрикционный сплав на основе железа, содержащий олово, дисульфид молибдена, диоксид кремния, графит и свинец, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

олово	9-11;
дисульфид молибдена	1,5-2,5;
диоксид кремния	4-6;
графит	8,5-9,5;
свинец	1,5-2,5;
железо	остальное.

Для изготовления порошкового фрикционного сплава используются порошковые материалы. В режиме теплоимпульсного трения во фрикционных узлах муфты сцепления ингредиенты выполняют следующие функции.

Железо - порошок серебристого цвета с температурой плавления около 1600 К классов М, БМ, марок ПЖВ2, ПЖВ3, ПЖВ4 по ГОСТ 9849-86, просеянный через сетку 0125 (ГОСТ 6613-53). Железо является основным связующим компонентом и обеспечивает общую прочность порошкового сплава.

Олово - порошок серого цвета с температурой плавления 505 К марок ПО1, ПО2 по ГОСТ 9723-73. Олово, благодаря низкой температуре плавления, образует в процессе теплоимпульсного трения рабочий слой, обеспечивающий положительный градиент механических свойств по глубине и предохраняющий поверхности трения от интенсивного изнашивания. Содержание олова в порошковом фрикционном сплаве менее 9 мас.% приводит к снижению износостойкости при некотором увеличении коэффициента трения. Введение в состав сплава более 9 мас.% снижает величину коэффициента трения.

Дисульфид молибдена - порошок серого цвета с температурой плавления 1458 К марок ДМИ-7, ДМС-140, соответствующих ТУ 48-19-135-85. Дисульфид молибдена служит в процессе трения твердым смазочным материалом, препятствующим молекулярному схватыванию поверхностей, и способствует укреплению каркаса сплава, обеспечивая повышение общей прочности спеченного порошкового материала. Содержание в сплаве дисульфида молибдена менее 1,5 мас.% значительно уменьшает износостойкость, а при его содержании более 3 мас.% не наблюдаются существенные изменения характеристик порошкового фрикционного сплава в процессе теплоимпульсного трения.

Диоксид кремния используется в виде песка формовочного кварцевого марок 1К, 2К, 3К с содержанием кремнезема не менее 97% по ГОСТ 2138-91 с температурой плавления около 1980 К, прошедшего сетку 016 и оставшегося на сетке 0063. Диоксид кремния, являясь абразивным материалом, увеличивает коэффициент трения и уменьшает локальный объем материала, подвергшийся схватыванию.

Графит - порошок серого цвета марки ГК-1 (графит карандашный) по ГОСТ 4404-86. Графит имеет слоистую (ламеллярную) структуру, и в процессе теплоимпульсного трения служит твердым смазочным материалом, препятствуя молекулярному схватыванию трущихся поверхностей. При увеличении графита свыше 5 мас.% растет стабильность коэффициента трения и существенно уменьшается износостойкость.

Свинец - порошок темно-серого цвета с температурой плавления 600 К марок ПС1, ПС2 по ГОСТ 16138-78. Введение в состав порошкового фрикционного сплава свинца увеличивается общая прочность сплава и повышается его износостойкость. Введение в состав сплава менее 1,7 мас.% приводит к уменьшению износостойкости и стабильности коэффициента трения, а при введении свинца более 2,5 мас.% вместе с некоторым увеличением стабильности уменьшается величина коэффициента трения покоя.

Указанные свойства ингредиентов, вводимых в предлагаемый сплав в предлагаемом соотношении, обеспечивают повышение его износостойкости и надежную работу муфты сцепления привода стрелочного перевода.

Пример. Для экспериментальной проверки свойств заявляемого металлокерамического фрикционного сплава на железной основе были подготовлены девять смесей ингредиентов, три из которых показали наилучшие результаты (см. таблицу).

Сплав готовят перемешиванием исходных порошков, прессованием в стальных пресс-формах при давлении 100...150 МПа. Полученные брикеты подвергали спеканию в атмосфере водорода при температуре 1040±10°С при давлении 1,5 МПа в течение 2,5...3 ч. Охлаждение спеченного сплава после выдержки осуществляют в водороде до температуры 100°С при давлении 1,5 МПа.

Исследование фрикционных характеристик проводилось в условиях теплоимпульсного трения на стенде, моделирующем работу муфты сцепления стрелочного перевода в условиях: номинальный момент, передаваемый муфтой сцепления, Тном=4,94 Нм; максимальный момент Tmax=12,36 Нм; коэффициент запаса сцепления β=1,5, начальная скорость на среднем диаметре при передаче момента муфтой V₀=1.73 м/с; внутренний радиус дисков Ri=22,5 мм; наружный диаметр Ra=33,5 мм; коэффициент ширины поверхности трения ψ=0,1786.

По результатам испытаний оценивались максимальный коэффициент трения (коэффициент трения покоя) и коэффициент трения скольжения, а также объемный износ, соответствующий величине 10⁵ включений муфты сцепления.

Исследования показали, что небольшие изменения в химическом составе сплава существенно влияют на износостойкость, что подтверждают данные по коэффициентам трения и объемному износу, приведенные в таблице.

В таблице представлены полученные результаты исследований для вариантов металлокерамического сплава с различными конкретными соотношениями ингредиентов в количествах, выходящих за пределы, указанные в заявляемом сплаве (п.1-3, п.5, 6, п.8), данные по аналогу (п.9) и прототипу (п.4).

Предлагаемый порошковый фрикционный сплав по сравнению с известным (п.4) имеет повышенную износостойкость и улучшенные триботехнические характеристики при работе в условиях теплоимпульсного трения, что обеспечивает более высокую надежность и долговечность муфты сцепления и в целом привода стрелочного перевода.

Табл.
№, № пп	Химический состав, мас.%	Коэффициент трения покоя fпок	Коэффициент трения скольжения fск	Износ объемный (за 105 включений) ΔV, мм3
Pb	Графит	SiO2	MoS2	Sn	Fe
1	2	4	5	-	5	Ост.	0,45	0,35	101,8
2	2	2	5	2	5	Ост.	0,44	0,30	7,8
3	5	4	5	2	-	Ост.	0,37	0,27	109,0
4	2	4	3	2	5	Ост.	0,33	0,30	94,0
5	-	4	4	2	7	Ост.	0,48	0,39	31,3
6	2	4	5	2	5	Ост.	0,39	0,29	7,8
7	2	9	5	2	10	Ост.	0,37	0,25	4,7
8	-	9	2	2	10	Ост.	0,39	0,28	8,6
9	-	9	3	2	5	Ост.	0,38	0,30	12,0

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №398674, Кл. С22С 33/02, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР №1749287, Кл. С22С 33/02, 38/60, 1974.

Порошковый фрикционный сплав на основе железа, содержащий олово, дисульфид молибдена, диоксид кремния, графит и свинец, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Олово	9-11
Дисульфид молибдена	1,5-2,5
Диоксид кремния	4-6
Графит	8,5-9,5
Свинец	1,5-2,5
Железо	Остальное