RU2665651C2 - Фрикционный композиционный материал романит-фувлхч и способ его получения - Google Patents
Фрикционный композиционный материал романит-фувлхч и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2665651C2 RU2665651C2 RU2016148267A RU2016148267A RU2665651C2 RU 2665651 C2 RU2665651 C2 RU 2665651C2 RU 2016148267 A RU2016148267 A RU 2016148267A RU 2016148267 A RU2016148267 A RU 2016148267A RU 2665651 C2 RU2665651 C2 RU 2665651C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- graphite
- powders
- granules
- mixture
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 69
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 62
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 61
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000002783 friction material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000010438 granite Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 51
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 17
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 17
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 11
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 9
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 8
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 7
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 2
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- 239000005078 molybdenum compound Substances 0.000 claims 2
- 150000002752 molybdenum compounds Chemical class 0.000 claims 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 15
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 9
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- ZIKKVZAYJJZBGE-UHFFFAOYSA-N molybdenum(4+) Chemical class [Mo+4] ZIKKVZAYJJZBGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 3
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017108 Fe—Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000003181 co-melting Methods 0.000 description 1
- 239000010883 coal ash Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/14—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by powder metallurgy, i.e. by processing mixtures of metal powder and fibres or filaments
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Lubricants (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к получению спеченного фрикционного материала. Предложен способ, включающий гранулирование порошков графита и меди с получением гранул размером 0,4-2,0 мм, содержащих медь и графит, смешивание гранул со второй смесью порошков с получением шихты, формование и спекание полученной шихты. Вторую смесь порошков готовят из порошков железа, меди, упрочненной хромистым чугуном, твердой смазки, упрочняюще-легирующих элементов, волокон и нитей углеродных и порошка гранитного концентрата. Смешивание гранул со второй смесью порошков ведут при соотношении гранул и второй смеси порошков, равном 1:50-1:3. Предложен также фрикционный элемент, выполненный в виде несущего элемента с рабочим слоем из спеченного фрикционного материала. Обеспечивается повышение механической прочности, износостойкости и повышение коэффициента трения. 3 н. и 5 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к композиционным фрикционным материалам на железной основе, изготавливаемых методом порошковой металлургии, и может найти применение на железнодорожном транспорте во фрикционных узлах поглощающих аппаратов автосцепки железнодорожных транспортных средств, в машиностроении, сельскохозяйственном машиностроении в тормозных и передаточных узлах различных машин и механизмов.
Анализ научно-технической информации показал, что в настоящее время не существует порошковых экологически чистых фрикционных материалов на железной основе, позволяющих варьировать коэффициентом трения в значительных пределах, в зависимости от условий эксплуатации, и обеспечивающих необходимый ресурс работы контактирующей пары в условиях ударного трения и при высоких скоростях скольжения. Нормальная эксплуатация таких материалов в различных климатических условиях при сухом трении возможна в случае высокой их прочности, высокой фрикционной теплостойкости, высокой стойкости против истирания, высокой коррозионной стойкости и способности не коррозировать с сопряженными деталями, при отсутствии схватывания (свариваемости) как в процессе, так и после торможения.
В связи с этим задача создания экологически чистых фрикционных материалов, обладающих указанными выше трибологическими характеристиками, является весьма актуальной.
Известен фрикционный материал в виде спеченных порошков железа, графита, карбида кремния SiC, муллита Al2O3, дисульфида молибдена MoS2, свинца и олова, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Железо | 60-70 |
| Графит | 10-25 |
| Карбида кремния SiC | до 20 |
Остальное: муллит Al2O3, дисульфид молибдена MoS2, свинец и олово [см. пат. США №3341931 по классу НКИ 49-420 опубликованный в 1967 году].
Недостатком описанного материала низкая механическая прочность получаемого фрикционного материала, так как при введении в состав материала четырех и более мас. % графита материал крайне плохо прессуется, становится рыхлым и обладает низкими прочностными характеристиками. Кроме того, из-за низкой температуры плавления олова (232°C) и свинца (327°C), невозможно спечь порошковый материал с содержанием железа 60-70 мас. %, температура спекания которого составляет 0,7 температуры плавления железа и составляет 1075°C, а при этой температуре олово и свинец интенсивно испаряются и, в результате, получается фрикционный материал крайне низкой прочности, неспособный работать в условиях ударного трения.
Известен также фрикционный материал в виде спеченных порошков железа, меди, графита, молибдена и олова, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Железо | 31,25 |
| Медь | 31,25 |
| Графит | 10 |
| Молибден | 5 |
| Свинец | 2,5 |
| Окалина | 20 |
возможны висмут, кадмий, свинец [см. пат. США №3021592 по классу НКИ кл. 29 опубликованный в 1962 году].
Недостатком описанной композиции является низкая механическая прочность получаемого фрикционного материала, так как при введении в состав материала четырех и более мас. % графита материал крайне плохо прессуется, становится рыхлым и обладает низкими прочностными характеристиками и не в состоянии работать в условиях ударного трения.
Известен порошковый фрикционный сплав на основе железа в виде спеченных порошков железа, олова, дисульфида молибдена, двуокиси кремния и графита, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Олово | 9-11 |
| Дисульфид молибдена | 1,5-3 |
| Двуокись кремния | 2-4 |
| Графит | 4-5 |
| Железо | остальное |
[см. пат. России №2034086 по классам С22, С33/02 опубликованный 30.04.1995 года].
Недостатком описанного материала низкая механическая прочность получаемого фрикционного материала, так как при введении в состав материала четырех и более мас. % графита материал крайне плохо прессуется, становится рыхлым и обладает низкими прочностными характеристиками и не в состоянии работать в условиях ударного трения. Кроме того, из-за низкой температуры плавления олова (232°C), невозможно спечь порошковый материал с содержанием железа 77 и более мас. %, температура спекания которого составляет 0,7 температуры плавления железа и составляет 1075°C, а при этой температуре олово интенсивно испаряется и в результате получается фрикционный материал крайне низкой прочности, неспособный работать в условиях ударного трения. Все это подтверждается ресурсными испытаниями аппаратов поглощающих ГТМКП-110. После введения энергии 50 МДж элементы металлокерамические из этого материала растрескиваются и рассыпаются.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является фрикционный материал на основе железа в виде спеченных порошков железа, меди, графита, фосфора и каменноугольной золы, при следующем содержании компонентов, мас. %:
| Медь | 6,8-22 |
| Графит | 5,4-19 |
| Фосфор | 0,1-0,4 |
| Зола | 0,3-1,5 |
| Железо | остальное |
причем 1,8-12 мас. % меди и 2,4-14 мас. % графита входят в материал в виде гранул размером 0,4-1,2 мм [см. пат. России №2049141 по классам С22, С33/02 опубликованный 27.11.1995 года].
Недостатком описанного технического решения является следующее: недостаточная износостойкость, низкая прочность материала из-за содержания такого количества золы (0,3-1,5 мас. % золы соответствует 2,5-11,5 об. % золы в материале), что обуславливает низкую прочность материала и невозможность воспринимать динамические нагрузки, крайне низкая пластичность материала, в связи с чем этот материал не нашел широкого применения в технике.
В основу изобретения поставлена задача создать, в первую очередь, фрикционный композиционный материал, в виде спеченных порошков железа, фосфора, графита с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, в котором путем дополнительного введения меди, упрочненной хромистым чугуном, твердой смазки, упрочняюще-легирующих компонентов, волокон и нитей углеродных и гранитного концентрата и соответствующего подбора компонентов получают фрикционный композиционный материал, обладающий высокой механической прочностью, повышенной износостойкостью, высоким коэффициентом трения и обладающий способностью воспринимать большие динамические нагрузки.
Другой задачей изобретения является создание такого способа получения фрикционного композиционного материала, в котором медный порошок, упрочненный хромистым чугуном, твердая смазка, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные и гранитный концентрат смешиваются с матричной шихтой, содержащей порошки железа, с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, при определенном соотношении компонентов образуется фрикционный композиционный материал, обладающий высокой механической прочностью, повышенной износостойкостью, высоким коэффициентом трения и обладающий способностью воспринимать большие динамические нагрузки.
Еще одной задачей изобретения является создание такого фрикционного металлокерамического элемента, в котором путем использования фрикционного композиционного материала, полученного путем подбора компонентов и определенного способа получения этого материала, достигается разная величина коэффициента трения при рабочем и холостом ходе металлокерамического элемента.
Поставленная задача решается тем, что в известном фрикционном материале в виде спеченных порошков железа, фосфора, графита с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, согласно предложению, он дополнительно содержит медь, упрочненную хромистым чугуном, твердую смазку, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные, гранитный концентрат, при следующем соотношении компонентов в материале, мас. %:
| Медь с хромистым чугуном | 0,50-30,00 |
| Твердая смазка | 0,16-3,50 |
| Упрочняюще-легирующие компоненты | 0,50-5,40 |
| Волокна и нити углеродные | 0,50-15,00 |
| Гранитный концентрат | 1,00-15,00 |
| Гранулы | 2,00-24,00 |
| Железо | остальное, |
при этом гранулы имеют размер 0,4-2,0 мм при следующем соотношении компонентов в теле гранул, мас. %:
| Медь | 37,0-60,0 |
| Графит | остальное, |
при этом медь с хромистым чугуном имеет следующее соотношение компонентов в порошке:
| Хромистый чугун | 5,0-17,0 |
| Медь | остальное, |
в качестве твердой смазки выбирают, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы графит, дисульфид молибдена, соединения четырехвалентного молибдена (IV), сульфиды металлов, серу,
в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов выбирают, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (ферро-фосфор), ультрадисперсные алмазы (УДА).
Еще одна задача решается тем, что получение фрикционного материала, включающем получение порошка меди, упрочненного хромистым чугуном, путем совместного расплавления меди и хромистого чугуна и последующего распыления полученного расплава на установке ударного дробления УДГ и последующим смешиванием с матричной шихтой, согласно предложению, содержащей порошки железа, твердой смазки, упрочняюще-легирующих компонентов, волокна и нити углеродные и гранитный концентрат.
Еще одна задача решается тем, что в известном способе получения фрикционного материала, включающем получения гранул путем гранулирования первой смеси порошков, содержащей порошки графита и меди, смешивание гранул со второй смесью порошков, содержащей порошки железа, меди, упрочненной хромистым чугуном, твердую смазку, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные и гранитный концентрат, формование и спекание полученной шихты, согласно предложению, первую смесь порошков, содержащую, мас. %:
| Порошок меди | 37,0-60,0 |
| Порошок графита | остальное |
гранулируют с получением гранул размером 0,4-2,0 мм, гранулы смешивают со второй смесью порошков, которая дополнительно содержит медь, упрочненную хромистым чугуном, твердую смазку, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные, гранитный концентрат при следующем соотношении компонентов в материале, мас. %:
| Медь с хромистым чугуном | 0,50-30,00 |
| Твердая смазка | 0,16-3,50 |
| Упрочняюще-легирующие компоненты | 0,50-5,40 |
| Волокна и нити углеродные | 0,50-15,00 |
| Гранитный концентрат | 1,00-15,00 |
| Гранулы | 2,00-24,00 |
| Железо | остальное |
при следующем соотношении, мас.ч.:
| Гранулы: вторая смесь порошка | 1:50 - 1:3, |
в качестве твердой смазки выбирают, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы графит, дисульфид молибдена, соединения четырехвалентного молибдена(IV), сульфиды металлов, сера, в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов выбирают по меньшей мере один материал, выбранный из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (феррофосфор), ультрадисперсные алмазы (УДА).
Предпочтительно первую смесь порошков, известным способом, гранулируют путем пропускания между калиброванными валками прокатного стана.
Формование шихты, в соответствии с изобретением, может быть выполнено путем прокатывания дозированными порциями между валками прокатного стана.
Предпочтительно шихту спекают при температуре 1000-1100°C.
Еще одна задача решается тем, что в известном элементе узла трения, включающем несущий элемент с напеченным слоем фрикционного материала из спеченных порошков железа, графита с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит, согласно предложению, дополнительно содержит порошки меди, упрочненной хромистым чугуном, твердую смазку, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные и гранитный концентрат, при следующем соотношении компонентов в материале, мас. %:
| Медь с хромистым чугуном | 0,50-30,00 |
| Твердая смазка | 0,16-3,50 |
| Упрочняюще-легирующие компоненты | 0,50-5,40 |
| Волокна и нити углеродные | 0,50-15,00 |
| Гранитный концентрат | 1,00-15,00 |
| Гранулы | 2,00-24,00 |
| Железо | остальное, |
при этом гранулы имеют размер 0,4-2,0 мм при следующем соотношении компонентов в теле гранул, мас. %:
| Медь | 37,0-60,0 |
| Графит | остальное, |
при этом медь с хромистым чугуном имеет следующее соотношение компонентов в порошке, мас. %:
| Хромистый чугун | 5,0-17,0 |
| Медь | остальное, |
в качестве твердой смазки выбирают, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы графит, дисульфид молибдена, соединения четырехвалентного молибдена(IV), сульфиды металлов, серу,
в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов выбирают, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (ферро-фосфор), ультрадисперсные алмазы (УДА).
Предпочтительно несущий элемент выполнен из низкоуглеродистой стали.
Толщину несущего элемента выбирают в пределах 1,0-7,0 мм, при этом толщина рабочего слоя 1,0-12,0 мм.
Введение во фрикционный материал в качестве основы меди, легированной хромистым чугуном, обусловлено тем, что, введение хромистого чугуна в медь в сотни раз упрочняет медь увеличивая ее микротвердость, искажает кристаллическую решетку меди, активизируя диффузионные процессы, протекающие при спекании меди и, как результат, значительно улучшает прочностные свойства меди и стабилизирует коэффициент трения материала в заданном диапазоне трения.
В ведение во фрикционный материал в качестве твердой смазки порошкообразных компонентов одного из материалов, выбранного из группы графит, дисульфид молибдена, соединения четырехвалентного молибдена(IV), сульфиды металлов, сера обусловлено тем, что эти материалы предотвращают схватывание сопрягаемых поверхностей, предотвращают появление на этих поверхностях задиров и значительно уменьшают износ этих поверхностей.
Предельные содержания в материале твердой смазки порошкообразных компонентов одного из материалов, выбранного из группы графит, дисульфид молибдена, соединения четырехвалентного молибдена(IV), сульфиды металлов, сера определены экспериментальным путем исходя из условий сохранения величины требуемого коэффициента трения.
В ведение во фрикционный материал в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов одного из материалов, выбранного из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (феррофосфор), ультрадисперсные алмазы (УДА) обусловлено тем, что фосфор активирует спекание материала, сильно повышает скорость диффузионных процессов, происходящих в α-фазе (примерно в 100 раз), резко снижает температуру спекания, упрочняет феррит в 290 раз, образует фосфид меди, твердость которого выше твердости меди. Фосфор взаимодействует с медью, железом и образует сложные соединения в системах Fe-Fe3P, Cu-Cu3P, что значительно увеличивает твердость и прочность материала. Влияние ультрадисперсных алмазов (УДА) на упрочнение феррита аналогично фосфору, только отличается механизмом. Введение ультрадисперсных алмазов (УДА) сильно искажает кристаллическую решетку железа, повышает его твердость и увеличивает фрикционные свойства материала.
Введение во фрикционный материал гранитного концентрата обеспечивает заданные фрикционные свойства материала. Совместное введение в материал гранитного концентрата и упрочняюще-легирующей добавки, по меньшей мере, одного материала, выбранного из группы белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, металлический фосфор (феррофосфор), ультрадисперсные алмазы (УДА) многократно увеличивает коэффициент трения материала.
Предельные содержания упрочняюще-легирующих компонентов определены экспериментальным путем, в связи с ограниченной растворимостью фосфора в железе и меди и требуемым увеличением коэффициента трения материала.
Волокна и нити углеродные введены в материал с целью предотвращения растрескивания материала при повышении температуры при трении. При трении температуры в зоне трения достигают 900°C, что приводит к растрескиванию композиционного материала. Волокна и нити углеродные предотвращают это явление.
Предельные содержания волокон и нитей углеродных определены экспериментальным путем исходя из возможности прессования фрикционного материала при их введении.
Гранулирование, известным способом, первой смеси порошков до размера гранул 0,4-2,0 мм путем пропускания между калиброванными валками прокатного стана и смешивание далее со второй смесью порошков, содержащих дополнительно порошки меди, легированной хромистым чугуном, твердую смазку, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные, гранитный концентрат, прокатывание шихты дозированными порциями между валками прокатного стана и спекание полученной шихты при температуре 1000-1100°C в среде защитного газа позволяет получить в конечном результате фрикционный материал с заданным коэффициентом трения, обладающий высокой износостойкостью, механической прочностью и обладающего способностью восстанавливать вторичные структуры, и как результат, значительное снижение износа контактирующих пар трения и значительно превышающим по фрикционным характеристикам известные современной науке материалы.
Материал фрикционного элемента с несущим элементом с напеченным фрикционным слоем позволяет получить при рабочем ходе заданный коэффициент трения, при возвратном ходе снижение коэффициента трения в 2-2,5 раза, что особенно важно для работы элементов металлокерамических в поглощающих аппаратах грузовых вагонов, что позволяет резко снизить износ контактирующих пар трения.
Спеченный фрикционный материал, согласно предложению, получают следующим образом:
Медь и хромистый чугун, согласно предложению, расплавляют в плавильной электрической печи и затем распыляют на установке ударного дробления УУД с получением порошка следующего состава, в мас. %:
| Хромистый чугун | 5,0-17,0 |
| Медь | остальное |
Смесь порошков меди и графита в количестве, мас. %:
| Медь | 37,0-60,0 |
| Графит | остальное |
известным способом, пропускают между калиброванными валками прокатного стана для получения гранул размером 0,4-2,0 мм.
Порошки меди, упрочненные хромистым чугуном, твердую смазку, упрочняюще-легирующие компоненты, волокна и нити углеродные, гранитный концентрат, порошок железа добавляют во вторую смесь порошков. Эту смесь загружают в смеситель и производят сухое смешивание. Затем, известным способом, добавляют увлажнитель и производят мокрое смешивание.
Гранулы смешивают со второй смесью порошка, содержащей мас. %:
| Медь с хромистым чугуном | 0,50-30,00 |
| Твердая смазка | 0,16-3,50 |
| Упрочняюще-легирующие компоненты | 0,50-5,40 |
| Волокна и нити углеродные | 0,50-15,00 |
| Гранитный концентрат | 1,00-15,00 |
| Гранулы | 2,00-24,00 |
| Железо | остальное |
При этом соотношение гранул и второй смеси порошков выбирают из известного способа 1:50-1:3.
Полученную шихту сначала формуют, прокатывая дозированными порциями между валками прокатного стана, а затем спекают при температуре 1000-1100°C в проходной печи в среде защитного газа.
Для получения спеченного фрикционного материала полученную шихту насыпают через дозатор на подготовленную по существующему способу поверхность стального листа из низкоуглеродистой стали нужной формы толщиной 1-7 мм, прессуют и затем спекают при температуре 1000-1100°C в проходной печи в среде защитного газа. При этом толщина рабочего слоя материала токосъемного составляет 1,0-12,0 мм.
Таким образом, изобретение позволяет создать материал для фрикционных изделий, обладающий высокой механической прочностью, повышенной износостойкостью, высоким коэффициентом трения и обладающий способностью воспринимать большие динамические нагрузки с разной величиной коэффициента трения при рабочем и холостом ходе металлокерамического элемента.
Claims (18)
1. Способ получения спеченного фрикционного материала, включающий гранулирование порошков графита и меди с получением гранул, содержащих медь и графит, смешивание гранул со второй смесью порошков с получением шихты, формование и спекание полученной шихты, отличающийся тем, что гранулирование порошков графита и меди ведут с получением гранул размером 0,4-2,0 мм при следующем соотношении порошков в теле гранул, мас.%:
при этом вторую смесь порошков готовят из порошков железа, меди, упрочненной хромистым чугуном, твердой смазки в виде по меньшей мере одного материала, выбранного из группы, включающей графит, дисульфид молибдена, соединения четырехвалентного молибдена, сульфиды металлов и серу, упрочняюще-легирующих элементов в виде по меньшей мере одного материала, выбранного из группы, включающей белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, феррофосфор и ультрадисперсные алмазы (УДА), волокон и нитей углеродных и порошка гранитного концентрата, причем смешивание гранул со второй смесью порошков ведут при соотношении гранул и второй смеси порошков, равном 1:50-1:3, при следующем соотношении компонентов в материале, мас.%:
при этом медь, упрочненную хромистым чугуном, используют при следующем соотношении компонентов в порошке, мас.%:
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование шихты ведут путем прокатывания ее дозированными порциями между валками прокатного стана.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спекание осуществляют при температуре 1000-1100°C в среде эндогаза.
4. Спеченный фрикционный материал, содержащий порошки железа и графита с локализованными включениями гранул, которые содержат медь и графит, отличающийся тем, что он содержит порошок меди, упрочненной хромистым чугуном, порошок твердой смазки в виде по меньшей мере одного материала, выбранного из группы, включающей графит, дисульфид молибдена, соединения четырехвалентного молибдена, сульфиды металлов и серу, порошок упрочняюще-легирующих компонентов в виде по меньшей мере одного материала, выбранного из группы, включающей белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор, феррофосфор и ультрадисперсные алмазы (УДА), волокна и нити углеродные и порошок гранитного концентрата при следующем соотношении компонентов в материале, мас. %:
при этом гранулы, содержащие медь и графит, имеют размер 0,4 - 2,0 мм при следующем соотношении порошков в теле гранул, мас. %:
причем медь, упрочненная хромистым чугуном, имеет следующее соотношение компонентов в порошке, мас. %:
5. Фрикционный элемент, выполненный в виде несущего элемента с рабочим слоем, отличающийся тем, что он содержит рабочий слой, выполненный из спеченного фрикционного материала по п. 4.
6. Фрикционный элемент по п. 5, отличающийся тем, что несущий элемент выполнен из низкоуглеродистой стали.
7. Фрикционный элемент по п. 5, отличающийся тем, что несущий элемент выполнен толщиной 1-7 мм.
8. Фрикционный элемент по п. 5, отличающийся тем, что рабочий слой выполнен толщиной 1-12 мм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148267A RU2665651C2 (ru) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Фрикционный композиционный материал романит-фувлхч и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148267A RU2665651C2 (ru) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Фрикционный композиционный материал романит-фувлхч и способ его получения |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016148267A RU2016148267A (ru) | 2018-06-13 |
| RU2016148267A3 RU2016148267A3 (ru) | 2018-06-29 |
| RU2665651C2 true RU2665651C2 (ru) | 2018-09-03 |
Family
ID=62619299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016148267A RU2665651C2 (ru) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Фрикционный композиционный материал романит-фувлхч и способ его получения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2665651C2 (ru) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2714198C2 (ru) * | 2018-06-26 | 2020-02-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Композиционный спеченный порошковый материал на основе железа |
| CN115301941B (zh) * | 2022-08-12 | 2024-07-12 | 大连大学 | 一种制动铜铁基复合摩擦材料及其制备方法 |
| CN115415515A (zh) * | 2022-09-07 | 2022-12-02 | 北京浦然轨道交通科技股份有限公司 | 一种摩擦体及其制备方法、摩擦组件及粉末冶金闸片 |
| CN115851009A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-03-28 | 衡水市橡胶总厂有限公司 | 用于桥梁支座的减摩材料及其制备方法 |
| CN118895421B (zh) * | 2024-10-09 | 2024-12-10 | 云南科什达新材料有限公司 | 一种再生利用工业废弃物生产磷铁粉及其制备工艺 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3021592A (en) * | 1959-10-02 | 1962-02-20 | Bendix Corp | Iron-molyboenum sintered powdered metal matrix |
| US3341931A (en) * | 1965-11-10 | 1967-09-19 | Abex Corp | Brake shoes |
| SU1424967A1 (ru) * | 1986-12-16 | 1988-09-23 | Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии | Шихта на основе железа дл получени спеченного фрикционного материала |
| RU2049141C1 (ru) * | 1992-05-26 | 1995-11-27 | Арендное предприятие "Кировский завод по изготовлению изделий из металлических порошков" | Композиционный материал для фрикционных изделий |
| RU2194200C2 (ru) * | 1996-09-17 | 2002-12-10 | А/С Роулунс Фабрикер | Фрикционный материал, способ его получения и фрикционная прокладка |
| JP2005015866A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Mitsubishi Materials Corp | 表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金およびその製造方法 |
| RU2332486C1 (ru) * | 2006-12-07 | 2008-08-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Спеченный фрикционный сплав на основе железа |
-
2016
- 2016-12-08 RU RU2016148267A patent/RU2665651C2/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3021592A (en) * | 1959-10-02 | 1962-02-20 | Bendix Corp | Iron-molyboenum sintered powdered metal matrix |
| US3341931A (en) * | 1965-11-10 | 1967-09-19 | Abex Corp | Brake shoes |
| SU1424967A1 (ru) * | 1986-12-16 | 1988-09-23 | Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии | Шихта на основе железа дл получени спеченного фрикционного материала |
| RU2049141C1 (ru) * | 1992-05-26 | 1995-11-27 | Арендное предприятие "Кировский завод по изготовлению изделий из металлических порошков" | Композиционный материал для фрикционных изделий |
| RU2194200C2 (ru) * | 1996-09-17 | 2002-12-10 | А/С Роулунс Фабрикер | Фрикционный материал, способ его получения и фрикционная прокладка |
| JP2005015866A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Mitsubishi Materials Corp | 表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金およびその製造方法 |
| RU2332486C1 (ru) * | 2006-12-07 | 2008-08-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Спеченный фрикционный сплав на основе железа |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016148267A3 (ru) | 2018-06-29 |
| RU2016148267A (ru) | 2018-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2665651C2 (ru) | Фрикционный композиционный материал романит-фувлхч и способ его получения | |
| TWI392747B (zh) | Iron powder for powder metallurgy and powder sintered body | |
| KR101776670B1 (ko) | 분말 야금용 혼합분 및 그의 제조 방법 그리고 철기 분말제 소결체의 제조 방법 | |
| MXPA01012080A (es) | Metodo mejorado para elaborar composiciones metalurgicas en polvo. | |
| DE10212486A1 (de) | Verbundwerkstoff mit Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff | |
| CN108349214A (zh) | 渗透的分离的铁类材料 | |
| CN101925684A (zh) | 低合金钢粉 | |
| SE533866C2 (sv) | Höghållfast järnpulversammansättning samt sintrad detalj tillverkad därav | |
| CN103331441B (zh) | 专用于冲压模具激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末 | |
| KR20150133273A (ko) | 구리 합금 분말, 구리 합금 소결체 및 고속 철도용 브레이크 라이닝 | |
| US10280488B2 (en) | Iron-based powder for powder metallurgy and method for producing iron-based powder for powder metallurgy | |
| CN107299300A (zh) | 一种重负荷低磨损铜基摩擦材料及其制备方法 | |
| KR20140049517A (ko) | 무연 슬라이딩 베어링 소재의 제조방법 | |
| CN103602909A (zh) | 一种粉末冶金滚动轴承及其制备方法 | |
| CN103305829A (zh) | 专用于丝杠表面激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末 | |
| US20190185976A1 (en) | Steel Material That is Produced via Powder Metallurgy, Method for Producing a Component from Such a Steel Material and Component Produced from the Steel Material | |
| RU2657148C2 (ru) | Спеченный материал токосъемного элемента РОМАНИТ-УВЛШ, способ его получения и токосъемный элемент | |
| RU2400550C2 (ru) | Износостойкий композиционный порошковый материал на медной основе для контактных пластин токоприемников электроподвижного состава | |
| Apasi et al. | Design and production of a brake pad using coconut shell as base material | |
| JP7039692B2 (ja) | 粉末冶金用鉄基混合粉末および鉄基焼結体 | |
| JP2001032001A (ja) | 自己潤滑性金属およびその製造方法 | |
| Chen et al. | Influence of chromium on microstructure and sintering properties of FeNiMoCu system prealloyed powders | |
| EP3733631B1 (en) | Spraying material for hot repair | |
| Rajeshkannan et al. | Sintered Fe-0.8% C-1. 0% Si-0.4% Cu P/M steel preform behaviour during cold upsetting | |
| RU2201431C2 (ru) | Антифрикционный материал романит, способ его получения и элемент узла трения |