Порошковый материал на основе железа

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Дмитрович Александр Анатольевич Ермоленко Валентина Иосифовна Артюхов Александр Николаевич Моисеенко Игорь Леонидович Жарин Анатолий Лаврентьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Порошковый материал на основе железа, содержащий медь и графит, отличающийся тем, что он дополнительно содержит олово, цинк, свинец, марганец, кремний и хром при следующем соотношении компонентов, мас.медь 6,8-10,2 графит 16-24 олово 0,4-0,6 цинк 0,4-0,6 свинец 0,4-0,6 марганец 0,1-0,3 кремний 0,1-0,3 хром 0,8-1,2 железо остальное.(56)2126457 1, 1999.2044790 1, 1995.95122519 , 1997.2085336 1, 1997.2033463 1, 1995.0665300 1, 1995.95/32827 1. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к порошковым материалам на основе железа, и может быть использовано для изготовления контактных вставок токосъемников троллейбусов. Известны порошковые материалы на основе железа, применяемые для изготовления контактных вставок токосъемников троллейбусов, содержащие (мас. ) графита - 14 ,меди - 4 , свинца, олова или серебра 0,5-10(вводятся методом пропитки) 1 графита 1-1,5, меди 2,5-10, серы 0,3-1,0, вольфрама 0,5-10, свинца 0,5-5, олова 0,5-5 2. 6085 1 Однако наличие в составе материалов дефицитных и дорогих (вольфрама, серебра и олова) приводит к значительному удорожанию электроконтактной вставки. Известен также порошковый материал на основе железа для электроконтактных вставок троллейбусов, выбранный в качестве прототипа, содержащий (мас. ) графита - 8-18,меди - 8-20 3. Данный материал на основе железа обладает удовлетворительными для скользящих контактов антифрикционными свойствами и способностью мало изнашивать контактный провод. Однако материал недостаточно износостоек и его производство в условиях Беларуси довольно дорого из-за отсутствия собственной сырьевой базы (железный порошок закупается за пределами Беларуси). Задачей изобретения является создание недорогого порошкового материала для электроконтактных вставок, способного стабильно работать в любых погодных условиях, что позволит увеличить срок службы порошковых вставок токосъемников. Технический результат изобретения - повышение износостойкости материала. Поставленная задача решается тем, что порошковый материал на основе железа, содержащий графит и медь, дополнительно содержит олово, цинк, свинец, марганец, кремний и хром при следующем соотношении компонентов (вес. ) медь 6,8-10,2 графит 16-24 олово 0,4-0,6 цинк 0,4-0,6 свинец 0,4-0,6 марганец 0,1-0,3 кремний 0,1-0,3 хром 0,8-1,2 железо остальное. Олово, цинк, свинец и медь вводятся в материал в виде бронзы БрОЦС. Марганец, кремний и хром вводятся с железом в виде порошка низколегированной стали ШХ-15, получаемого переработкой обкатного шлама подшипниковой промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что заявляемый порошковый материал на основе железа благодаря высокому содержанию в нем графита и наличию бронзы обладает необходимыми для скользящих контактов антифрикционными свойствами, а также способностью мало изнашивать дорогостоящий медный токопроводящий провод. Очень важно, что заявляемый материал является недорогим благодаря использованию отходов шарикоподшипниковой стали. Стоимость порошка, получаемого переработкой шламовых отходов подшипниковой стали, в 2-2,5 раза ниже стоимости железного порошка. В качестве основы материала взят порошок низколегированной стали ШХ-15. Применение мелкодисперсного стального порошка (частицы менее 50 мкм составляют 60-70 ),обладающего низкой насыпной плотностью (1,0-1,3 г/см 3), позволяет получать порошковые композиции с повышенным содержанием графита, играющего роль твердой смазки в процессе скольжения вставки токосъемника по медному проводу и предотвращающего развитие процессов поверхностного разрушения пары трения. Наличие в составе порошка стали ШХ-15 марганца, кремния и хрома приводит к легированию порошкового материала на основе железа, что уменьшает схватывание трущихся поверхностей и, как следствие,увеличивает износостойкость материала. Графит ГЛ-1 в составе материала оказывает основное влияние на износостойкость материала. Графит обеспечивает стабильность работы без дополнительного подвода смазки,улучшает прирабатываемость материала и снижает износ контактного провода. Содержание графита в материале составляет 16-24 по весу. С увеличением содержания графита происходит уменьшение величины износа материала, однако введение графита более 24 мас.приводит к разупрочнению материала. Введение повышенного количества графита (20-24 2 6085 1 мас. ) возможно благодаря низкому насыпному весу мелкодисперсного порошка ШХ-15 в шихте. Уменьшение количества вводимого в шихту графита (менее 16 мас. ) снижает антифрикционные свойства и износостойкость материала. Бронза БрОЦС значительно увеличивает механическую прочность материала на основе железа за счет протекания процесса спекания в присутствии жидкой фазы, легирования основы материала и образования сложных эвтектик. Материал имеет более высокие физико-механические и электрические свойства по сравнению с железографитом. Содержание бронзы в предлагаемом материале составляет 8-12 по весу. Уменьшение количества бронзы (менее 8 мас. ) снижает прочностные свойства материала и отрицательно влияет на его электрические свойства. Увеличение количества бронзы (свыше 12 мас. ), существенно не сказываясь на прочностных и электрических характеристиках, приводит к значительному удорожанию вставки токосъемника. Таким образом, повышение механической прочности и износостойкости, теплопроводности и электропроводности, антифрикционных свойств, способности стабильно работать в любых погодных условиях троллейбусных вставок токосъемников достигается путем применения материала, получаемого методом порошковой металлургии и содержащего, мас.медь 6,8-10,2 графит 16-24 олово 0,4-0,6 цинк 0,4-0,6 свинец 0,4-0,6 марганец 0,1-0,3 кремний 0,1-0,3 хром 0,8-1,2 железо остальное. Сущность изобретения иллюстрируется примером. Пример. Подготовлены и испытаны смеси трех составов, мас.графит марки ГЛ-1, порошок бронзы БрОЦС-5-5-5, порошок стали ШХ-15, полученный переработкой обкатного шлама(таблица). Исходные порошки просеивали и смешивали в необходимых расчетных количествах в течение 1 ч в смешивающем устройстве (шаровая мельница, конусный смеситель) до получения однородной гомогенной смеси. Затем прессовали порошковые композиции при давлении 3 т/см 2 и спекали при температуре 980-1000 С (состав прототипа - при Т 1050 С) в среде эндогаза в течение 2 ч. Готовые изделия подвергались испытанию на износостойкость на испытательной установке МТ-2. медь графит олово цинк свинец марганец кремний хром железо Приведенный износ, мкм/км 6085 1 Образцы, изготовленные из композиций всех трех составов, показали хорошие результаты при испытаниях (таблица). По сравнению с испытанными на данной установке образами, изготовленными по прототипу, износостойкость образцов из заявляемого материала в 1,5 раза выше. Повреждения поверхности медного контртела и переноса меди на поверхность испытанных образцов из заявляемого материала не наблюдалось. Источники информации 1. Патент 87231, МПК 7 605/08, 1958. 2. 434036, 1, МПК 7 605/08, 1973. 3. Патент 2126457, МПК 7 В 605/08, 1999 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4