Антифрикционный материал РОМАНИТ-С, способ его получения и элемент узла трения

АНТИФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ РОМАНИТ-С, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ЭЛЕМЕНТ УЗЛА ТРЕНИЯ(71) Заявители Романов Сергей Михайлович Романов Дмитрий Сергеевич(72) Авторы Романов Сергей Михайлович Романов Дмитрий Сергеевич(73) Патентообладатели Романов Сергей Михайлович Романов Дмитрий Сергеевич(57) 1. Антифрикционный материал в виде спеченных порошков феррофосфора, железа,графита и меди с локализованными включениями гранул размером 0,4-2,0 мм, содержащих медь и графит, отличающийся тем, что он дополнительно содержит серу при следующем соотношении компонентов, мас.феррофосфор 0,50-10,00 железо 10,91-26,25 графит 0,16-5,16 сера 0,50-12,00 гранулы 2,00-24,00 медь остальное,при этом гранулы содержат компоненты в следующем соотношении, мас.медь 37,0-60,0 графит остальное. 2. Способ получения антифрикционного материала, включающий получение гранул размером 0,4-2,0 мм путем гранулирования первой смеси порошков, содержащей порошки меди и графита, смешивание гранул со второй смесью порошков, содержащей феррофосфор, железо, графит и медь, формование и спекание полученной шихты, отличающийся тем, что гранулируют первую смесь порошков, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас.порошок меди 37,0-60,0 порошок графита остальное,смешивают гранулы со второй смесью порошков, дополнительно содержащей порошок серы при следующем соотношении компонентов, мас.феррофосфор 0,65-10,23 железо 14,36-26,79 графит 0,21-5,26 сера 0,65-12,27 медь остальное,7850 1 2006.02.28 при соотношении компонентов, мас.гранулы 2,0-24,0 вторая смесь порошков остальное. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что первую смесь порошков гранулируют путем пропускания между калибровочными валками прокатного стана. 4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что шихту формуют путем прокатывания дозированными порциями между валками прокатного стана. 5. Способ по любому из пп. 2-4, отличающийся тем, что шихту спекают при температуре 900-1010 С в среде защитного газа. 6. Элемент узла трения, включающий несущий элемент с напеченным слоем антифрикционного материала из спеченных порошков железа, феррофосфора, графита и меди с локализованными включениями гранул размером 0,4-2,0 мм, содержащих медь и графит,отличающийся тем, что антифрикционный материал дополнительно включает серу при следующем соотношении компонентов в материале, мас.железо 10,91-26,25 графит 0,16-5,16 феррофосфор 0,50-10,00 сера 0,50-12,00 гранулы 2,00-24,00 медь остальное,при этом гранулы содержат компоненты в следующем соотношении, мас.медь 37,0-60,0 графит остальное. 7. Элемент узла трения по п. 6, отличающийся тем, что несущий элемент выполнен из низкоуглеродистой стали. 8. Элемент узла трения по п. 7, отличающийся тем, что несущий элемент имеет толщину 1-250 мм. 9. Элемент узла трения по любому из пп. 6-8, отличающийся тем, что толщина слоя антифрикционного материала составляет 0,7-15,0 мм. Изобретение относится к антифрикционному материалу, способу его получения и элементу узла трения, выполненному с использованием антифрикционного материала. Более подробно, изобретение относится к антифрикционным материалам, которые получаются методом порошковой металлургии, которые применяются в машиностроении в элементах узлов трения различных машин, механизмов и оборудования, а также в токосъемных элементах. В патенте Российской Федерации 2049687 описан антифрикционный материал и способ получения антифрикционного материала в виде спеченных порошков фосфора, железа, графита и меди с локализованными включениями гранул, которые содержат медь и графит, при следующем соотношении компонентов, мас.фосфор 0,48-1,20 железо 9,6-12,00 цинк 2,4-16,00 графит 10,5-25,00 медь остальное. При этом 10-21 мас.графита и 9,0-15,0 мас.меди входят в материал в виде гранул размером 0,4-2,0 мм. Недостатком описанного материала и способа его получения является низкая механическая прочность антифрикционного материала, которая получается, поскольку цинк, который входит в состав этого материала, не позволяет поднять температуру спекания выше 2 7850 1 2006.02.28 820 С из-за интенсивного испарения цинка, а для получения материала на медной основе с высокими механическими свойствами, содержащего 9,6-12,0 мас.железа, температура спекания не должна быть ниже 1000 С. В декларационном патенте Украины 42952, 2000 описан антифрикционный материал,элемент узла трения и способ получения антифрикционного материала в виде спеченных порошков фосфора, железа, графита и меди с локализованными включениями гранул, которые содержат дисульфид молибдена, медь и графит, при следующем соотношении компонентов в материале, мас.фосфор 0,33-1,35 железо 11,08-30,30 графит 0,16-5,16 гранулы 2,0-24,0 медь остальное,при этом гранулы имеют размер 0,4-1,6 мм и дополнительно содержат дисульфид молибдена при следующем соотношении компонентов в теле гранул, мас.дисульфид молибдена 0,01-23,0 медь 14,0-37,0 графит остальное. Данный способ включает получение гранул путем гранулирования первой смеси порошков, которая содержит порошки графита, дисульфида молибдена и меди, смешивания гранул со второй смесью порошков, которая содержит порошки фосфора, железа, графита и меди, формование и спекание полученной шихты. Недостатком описанного материала, способа его получения и элемента узла трения,выполненного с использованием этого материала, является низкая механическая прочность антифрикционного материала, которая обусловлена тем, что фосфор, который входит в состав этого материала, не позволяет поднять температуру спекания выше 900 С через интенсивное образование медно-фосфористой эвтектики при температуре более 707 С и образование жидкой фазы. При увеличении температуры испечения выше 900 С скорость образования жидкой фазы будет в несколько раз превышать скорость образования твердого раствора фосфора в -железе и скорость растворения фосфора в меди по механизму растворения. То есть происходит образование большого количества участков, которые содержат жидкую фазу, что в свою очередь приводит к вздутию, образованию пузырей, которые разрывают антифрикционный материал, нарушают целостность структуры антифрикционного материала, и вконечном счете приводят к разрушению антифрикционного материала. Для получения антифрикционного материала на медной основе с высокими механическими свойствами, содержащего 11,08-30,30 мас.железа, температура спекания не должна быть ниже 1000 С. Кроме того, как показывает опыт, введение дисульфида молибдена в гранулы значительно снижает антифрикционные свойства материала. Во время трения температура в зоне контакта достигает 800 С, а дисульфид молибдена, невзирая на введение в гранулы, коксуется уже при температуре более 400 С, которая резко ухудшает антифрикционные свойства материала из-за ухудшения процесса образования разделительной пленки на соединительной поверхности. Наиболее близкое решение известно из заявки на выдачу патента Украины 2001096395,2001, где описан антифрикционный материал, элемент узла трения и способ получения антифрикционного материала в виде спеченных порошков феррофосфора, железа, графита и меди с локализованными включениями гранул, которые содержат медь и графит, при следующем соотношении компонентов в материале, мас.феррофосфор 0,5-5,4 железо 10,91-26,25 3 7850 1 2006.02.28 графит 0,16-5,16 гранулы 2,0-24,0 медь остальное. Недостатком описанного материала, способа его получения и элемента узла трения,выполненного с использованием этого материала, является невозможность работы при отсутствии смазки. Разделительная пленка, которая появляется на поверхности контактирующей пары, не имеет достаточной прочности для предотвращения износа контактирующей пары в отсутствии смазки. В основу изобретения поставлена задача создать антифрикционный материал в виде спеченных порошков феррофосфора 3, серы, железа, графита и меди с локализованными включениями гранул, которые содержат медь и графит, путем подбора соотношения вышеперечисленных компонентов, что позволяет получить антифрикционный материал,который обладает высокой механической прочностью, износостойкостью, низким коэффициентом трения и обеспечивает образование на поверхности материала разделительных пленок, которые предотвращают износ контактирующей пары в отсутствии смазки. Другой задачей изобретения является создание способа получения антифрикционного материала с вышеупомянутыми характеристиками. Еще одной задачей изобретения является создание элемента узла трения, который включает несущий элемент с напеченным слоем антифрикционного материала, который обладает высокой механической прочностью, износостойкостью, низким коэффициентом трения и обеспечивает образование на поверхности материала крепких разделительных пленок, которые предотвращают износ контактирующей пары в отсутствии смазки. Поставленная задача решается тем, что в антифрикционный материал в виде спеченных порошков феррофосфора, железа, графита и меди с локализованными включениями гранул размером 0,4-2,0 мм, которые содержат медь и графит, дополнительно включена сера при следующем соотношении компонентов в материале, мас.феррофосфор 0,50-10,00 железо 10,91-26,25 графит 0,16-5,16 сера 0,50-12,00 гранулы 2,00-24,00 медь остальное. При этом гранулы содержат компоненты в следующем соотношении, мас.медь 37,0-60,0 графит остальное. Другая задача решается тем, что в известном способе получения антифрикционного материала, который включает получение гранул размером 0,4-2,0 мм путем гранулирования первой смеси порошков, которая содержит порошки графита и меди, смешивание гранул со второй смесью порошков, которая содержит порошки феррофосфора, железа, графита и меди, формование и спекание полученной шихты, первую смесь порошков при следующем соотношении компонентов, мас.порошок меди 37,0-60,0 порошок графита остальное. гранулируют, например, путем пропускания между калибровочными валками прокатного состояния, гранулы смешивают со второй смесью порошков, которая дополнительно содержит порошки серы при следующем соотношении компонентов, мас.феррофосфор 0,65-10,23 железо 14,36-26,79 графит 0,21-5,26 сера 0,65-12,27 медь остальное,4 7850 1 2006.02.28 при соотношении компонентов, мас.гранулы 2,0-24,0 вторая смесь порошков остальное,и полученную шихту формуют, например, путем прокатывания дозированными порциями между валками прокатного стана вместе со стальным листом и спекают. Еще одна задача решается тем, что элемент узла трения, включающий несущий элемент с напеченным слоем антифрикционного материала из спеченных порошков феррофосфора, железа, графита и меди с локализованными включениями гранул размером 0,42,0 мм, которые содержат медь и графит, дополнительно включает серу при следующем соотношении компонентов в материале, мас.железо 10,91-26,25 графит 0,16-5,16 феррофосфор 0,50-10,00 сера 0,50-12,00 гранулы 2,00-24,00 медь остальное. При этом гранулы содержат компоненты в следующем соотношении, мас.медь 37,0-60,0 графит остальное. Преимущественно несущий элемент выполнен из низкоуглеродистой стали и имеет толщину 1-250 мм. Наиболее преимущественно толщина слоя антифрикционного материала составляет 0,7-15,0 мм. Применение меди как основы антифрикционного материала обусловлено ее высокой теплопроводностью, хорошими антифрикционными свойствами и высокой коррозийной стойкостью. Содержание железа в материале в пределах 10,91-26,25 мас.обеспечивает получение прочного стального каркаса. Графит выполняет роль твердой смазки. Использование гранул в материал позволяет увеличить количество графита в материале без существенного уменьшения прочности антифрикционного материала. Выбор феррофосфора как компонента антифрикционного материала и его соотношения обусловлен тем, что он разлагается на составные части (на железо и жидкий фосфор) при температуре 1020 С (Хансен Г., Андерко К. Структура двойных сплавов. - Г. Металлургиздат - 1967. - Ч. . - С.607). Следовательно, введение феррофосфора позволяет поднять температуру спекания антифрикционного материала с 900 С до 1020 С, что в свою очередь позволяет получить антифрикционный материал с высокими механическими свойствами, высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения, способностью образовывать на поверхности материала разделительные пленки, которые предотвращают износ контактирующей пары. Феррофосфор содействует повышению несущей способности меди, стабилизирует усадку, увеличивает плотность материала, укрепляет стальной каркас. Выбор серы как компонента антифрикционного материала и ее соотношения обусловлен тем, что она содействует при температуре спекания созданию перлитно-ферритных структур стального каркаса с преобладанием мелкодисперсного перлита (Федорченко И.М.,Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. - К. Научное мнение, 1980. - С. 404). Сера, которая взаимодействует с медью и железом, создает сульфиды меди 2 и сульфиды железа , которые выполняют роль твердой смазки. В результате создания сульфидов меди и сульфидов железа увеличивается содержание твердой смазки в антифрикционном материале в 2-3 раза без уменьшения прочности материала,что в свою очередь позволяет получить антифрикционный материал с высокими механиче 5 7850 1 2006.02.28 скими свойствами, высокой износостойкостью, очень низким коэффициентом трения, способностью образовывать на поверхности материала разделительные пленки, которые предотвращают износ контактирующей пары при работе без смазки. Процентное содержимое серы выбрали исходя из того, что сера создает с медью и железом сульфиды меди и сульфиды железа, что содействует повышению несущей способности меди. Причем с 0,5 мас.серы образуется 2 сульфидов меди и 0,2 сульфидов железа, а с 12 мас.серы образуется до 40 сульфидов меди и 4 сульфидов железа. Антифрикционный материал согласно изобретению получают следующим образом. Смесь порошков графита и меди в количестве, мас.порошок меди 37,0-60,0 порошок графита остальное,пропускают между калиброванными валками прокатного стана для получения гранул размером 0,4-2,0 мм. Гранулы смешивают со второй смесью порошков, содержащей, мас.феррофосфор 0,65-10,23 сера 0,65-12,27 железо 14,36-26,79 графит 0,21-5,26 медь остальное,полученную шихту спекают при температуре 900-1070 С в проходной печи в среде защитного газа. Для получения элемента узла трения полученную шихту насыпают через дозатор на подготовленную по специальной технологии поверхность стального листа из низкоуглеродистой стали нужной формы, прессуют и затем спекают при температуре 900-1070 С в проходной печи в среде защитного газа. Изобретение позволяет создать антифрикционный материал, способ его получения и элемент узла трения с напеченным слоем антифрикционного материала, который обладает высокой механической прочностью, износостойкостью, очень низким коэффициентом трения, способностью образовывать на поверхности материала разделительные пленки,которые предотвращают износ контактирующей пары при работе без смазки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6