Порошковый износостойкий материал для узлов трения

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ПОРОШКОВЫЙ ИЗНОСОСТОЙКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ(71) Заявители Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси,Открытое акционерное общество Гомельобои(73) Патентообладатели Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, Открытое акционерное общество Гомельобои(57) Порошковый износостойкий материал для узлов трения, содержащий медный порошок крупностью 100160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.и гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас. , отличающийся тем, что он дополнительно содержит гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас. .(56)2320 1, 1998. Федорченко И.М., Пучина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. - Киев Наук. Думка, 1980. - С. 237. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным материалам, и может быть использовано в качестве износостойких антифрикционных материалов в металлоперерабатывающей, бумагоперерабатывающей промышленности и других отраслях машиностроения. Известны композиционные меднографитовые материалы, содержащие порошок меди и графита в количествах от нескольких до 751. Недостатками таких материалов являются низкий срок службы и невысокая износостойкость. Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому результату является порошковый антифрикционный материал для узлов трения, включающий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 100-160 мкм в количестве 16-17 мас.при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.и гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.2. Недостатками известного материала являются низкие износостойкость и твердость порошковой матрицы, а также невысокий срок службы. Задача изобретения состоит в повышении износостойкости материала и твердости порошковой матрицы, а также увеличении срока службы материала в узлах трения. Поставленная задача решается тем, что порошковый износостойкий материал, содержащий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.и гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.при содержании меди в гранулах омедненного полимера 5060 мас. , дополнительно содержит гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас. . 3816 1 Сущность изобретения состоит в следующем. Медь и никель имеют низкие энергетические пороги взаимной диффузии и образуют между собой неограниченные твердые растворы. Использование гранул омедненного никеля 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.позволяет увеличить число межчастичных контактов между наполнителем и медной матрицей, а также вносит достаточно большой вклад в процесс повышения прочности композиции за счет образования медно-никелевой матрицы. При этом уменьшается количество вынесенных из зоны трения частиц за счет упрочнения и пластифицирования матрицы. Это обеспечивает снижение внутренних термических напряжений и уменьшение растрескивания порошковой матрицы при нестационарных температурных режимах, а вследствие этого стабилизацию характеристик изнашивания материала в режиме самосмазывания при высоких температурах и давлениях. Если размер гранул омедненного никеля менее 100 мкм, а их содержание составляет менее 3 мас. ,медная матрица не позволяет никелю реализовать свои свойства по упрочнению и повышению трещиностойкости композита. При этом снижается процент образования неограниченных растворов и скорость взаимной диффузии, увеличивается количество металлических контактов медь-медь, снижается твердость композита, повышаются внутренние термические напряжения и наступает интенсивный износ материала. При использовании гранул омедненного никеля крупностью более 200 мкм при содержании более 5 мас.наблюдается ухудшение эксплуатационных характеристик материала за счет роста размера пор, которые являются концентраторами напряжений, а также неравномерного распределения гранул в объеме композиционной матрицы. В результате снижается прочность и твердость композиционной матрицы, повышается износ и уменьшается срок службы материала. В результате анализа научно-технической литературы и патентных источников информации установлено,что заявляемое техническое решение в современной технике отсутствует. Эффект от использования заявляемой совокупности отличительных признаков не является известным следствием уже известных свойств объекта изобретения и установлен авторами. В соответствии с изложенным заявляемое решение отвечает критерию Изобретательский уровень. Для иллюстрации изобретения в табл. 1 приведены составы порошковых износостойких материалов, а в табл. 2 - их сравнительные свойства. Составляющими компонентами материалов явились медный порошок марки ПМС-В ГОСТ 4960-75, гранулы графита марки ГМП, гранулы политетрафторэтилена ГОСТ 1007-72, гранулы порошка никеля ГОСТ 9722-79, омедненные химическим способом. Материалы получали методом электроконтактного спекания порошковых износостойких композиций в специальной пресс-форме на установке для электроконтактного спекания при следующих показателях технологического процесса усилие прижатия электродов, Н 9500 ток, кА 17-19. Испытания проводили в ИММС им. В.А. Белого НАНБ на машине СМЦ-2 трением скольжения по схеме вал-частичный вкладыш при нагрузке 100 кПа и скорости 1 м/с. Материалом контртела служила сталь 45 твердостью 44 , шероховатость поверхности 0,63 мкм. Микротвердость порошковой матрицы определяли на приборе ПМТ-3 по ГОСТ 9450-76. Как следует из приведенных данных, заявляемый порошковый износостойкий материал, по сравнению с известным характеризуется повышенной твердостью и износостойкостью, а также увеличенным сроком службы. Из заявляемого порошкового износостойкого материала были изготовлены подшипники для узлов трения технологического оборудования ОАО Гомельобои. Натурные испытания подтвердили высокую эффективность заявляемого материала. Срок службы и время межремонтного обслуживания узлов трения увеличились в 1,25-1,3 раза. Составы порошковых износостойких материалов Компоненты порошковых износостойких материалов и их характеристики по протозапредельные заявляемые запредельные контрольные типу Крупность частиц медного порошка,мкм 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 Содержание медного порошка в материале, мас.75,5 74,5 71,5 73,5 71,5 72,5 71,5 70,5 71,5 69,5 68,5 96 Крупность гранул омедненного графита, мкм 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 Содержание гранул омедненного графита в материале, мас.16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 Содержание меди в гранулах омедненного графита, мас.73 73 73 73 73 73 73 73 73 73 73 Крупность гранул омедненного полимера, мкм 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 Содержание гранул омедненного полимера в материале, мас.8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 Содержание меди в гранулах омедненного полимера, мас.55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 Крупность гранул омедненного никеля, мкм 1-50 1-50 50-100 50-100 100-160 160-200 160-200 200-250 160-200 200-250 160-200 160-200 Содержание гранул омедненного никеля в материале, мас.1 4 2 4 3 4 5 4 6 7 4 100 Содержание меди в гранулах омедненного никеля, мас.15 30 30 20 25 30 35 30 30 40 30 30 3816 1 Таблица 2 Номера составов износостойких материалов По прототипу 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Примечание Характеристики порошковых износостойких материалов срок службы в узлах трения микротвердость порошковой интенсивность изнашиоборудования, ч матрицы, МПа вания, мг/ч 243 660 0,63 280 740 0,6 292 745 0,59 298 745 0,58 305 750 0,58 313 755 0,53 316 760 0,52 314 760 0,53 303 750 0,57 291 745 0,59 278 740 0,61 255 695 0,87 72 665 6,5 Для определения характеристик были испытаны по 5 образцов покрытий из каждого порошкового износостойкого материала и проведена статистическая обработка результатов испытаний. Источники информации 1. Федорченко И.М., Пучина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. - Киев Наук. Думка, 1980. - С. 237. 2. Патент РБ 2320, МПК С 22 С 9/00, 1998 (прототип). Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.