The use of term «sintered powder frictional material»

Full Text

Введение Обязательный элемент конструкции фрикционных сцеплений и тормозов тракторов, автомобилей и сельхозмашин - фрикционные накладки или диски с поверхностным слоем фрикционного материала. Выбор фрикционного материала для узла трения зависит от его конструкции и назначения, условий эксплуатации, требований надежности, а также от экономических показателей производства. Лучшим сочетанием физико-механических и триботехнических свойств обладают, как правило, гетерогенные материалы [1]. Технология порошковой металлургии позволяет наиболее полно реализовать основные условия создания материалов с требуемым комплексом триботехнических и эксплуатационных параметров. Это возможно благодаря сочетанию как металлических, так и неметаллических материалов, варьированию химического и фазового состава. Кроме того, технология порошковой металлургии обеспечивает экономию металлов за счет уменьшения или полного исключения механической обработки. История создания порошковых спеченных фрикционных материалов начинается с 1940-х гг. Этот период отмечается также началом формирования отечественной школы специалистов порошковой металлургии, занимающейся изучением и разработкой порошковых спеченных фрикционных материалов. Начинаются исследования влияния различных добавок (асбест, диоксид кремния и молибдена, карбид кремния и др.) на триботехнические свойства материала. Разрабатывается технологический процесс изготовления фрикционных дисков для работы без смазки и со смазкой в фрикционных узлах приборов, а также трансмиссиях тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных и других машин. 1960-е гг. характеризуются началом изучения и создания порошковых спеченных фрикционных материалов на основе железа, содержащего медь, графит, барий, диоксид кремния и асбест. Научно-технический потенциал 1950-1960-х гг. послужил основой быстрого развития исследований с целью создания новых порошковых спеченных фрикционных материалов, технологий изготовления фрикционных дисков, изучения их свойств в различных условиях эксплуатации. Последующий период характеризуется качественно новым подходом к решению задачи по созданию новых материалов и их использованию в машиностроении. Интенсивно развиваются исследования взаимосвязи структуры и свойств материалов, процессов, протекающих при трении в приповерхностных и поверхностных слоях материала, их влияния на триботехнические характеристики фрикционных пар, влияния тепловых полей и нагрузочных параметров на характер физико-химико-механических процессов, протекающих на поверхностях трения, воздействия технологических факторов на эксплуатационные свойства порошковых материалов. Работы по созданию материалов ведутся с использованием достижений фундаментальных наук: теории трения и изнашивания, тепловой динамики трения, законов физики твердого тела и физикохимии процессов [2, 3]. В этот период вся группа материалов фрикционного назначения, полученная методом порошковой металлургии, приобретает обобщенное название «металлокерамические фрикционные материалы». Существует следующее определение металлокерамики: искусственный материал, представляющий собой гетерогенную композицию металлов и сплавов с неметаллами. Данная группа материалов характеризуется высокой износостойкостью и теплостойкостью, механической прочностью, теплопроводностью. Проявлению хороших эксплуатационных свойств спеченных порошковых фрикционных материалов в тяжелых условиях работы способствуют входящие в их состав компоненты: одни обеспечивают высокие износостойкость, теплопроводность и коэффициент трения, другие - стабильность фрикционных свойств и отсутствие схватывания. Для узлов трения со смазкой, как правило, применяются материалы на основе меди, а для условий трения без смазки - материалы на основе меди или железа. Если рассмотреть известные составы фрикционных материалов, полученных методом порошковой металлургии, то можно отметить, что они содержат графит и другие неметаллические составляющие, для определенных условий эксплуатации имеющие определенные значения концентрации (см. таблицу). При этом их влияние непостоянно и определяется нагрузочными характеристиками [2]. Химический состав фрикционных материалов на медной основе, % Материал Медь Олово Свинец Железо Кристаллический графит Прочее М-106 72 9 7 5 4 Асбест хризолитовый - 3 М-140 73 9 8 4 4 Муллит - 1,5 МК-5 72 9 8 4 7 - ФМ-1 71 9 5 4 4 Ситалл - 3; концентрат молибдена - 4 ФМ-2 79 - 6 4 4 Нитрид бора - 4 ФМ-4 71 9 8 4 7 Никель сернокислый - 1 ФМ-5 67 9 8 - 7 Белый чугун - 9 В технической литературе, где рассматриваются узлы трения, довольно часто можно встретить определения «металлокерамический фрикционный материал» [4-6], «порошковый фрикционный материал» [7], «спеченный фрикционный материал» [8]. Многолетний опыт разработки и использования фрикционных материалов указывает на то, что перечисленные термины не совсем точны. Цель исследования Цель данной работы - уточнение терминологии, связанной с порошковыми фрикционными материалами, применяемыми в узлах трения тракторов, автомобилей и сельхозмашин. Материалы и результаты С 1940-х гг. в иностранных патентах появилось определение sintered powder frictional material, которое переводится как «спеченный порошковый фрикционный материал». Это определение более корректно. Оно охватывает технологический фактор, указывая на способ получения (спекание порошкового материала), и назначение. Следует отметить, что спеканием формируется основа фрикционного материала, а входящие компоненты (антифрикционного и фрикционного назначения) могут с ней не взаимодействовать. В современных спеченных порошковых фрикционных материалах от 10 до 30% объема могут составлять неметаллические компоненты: графит, оксиды, нитриды, сульфиды и прочие. Так, в объеме наиболее распространенного состава спеченного порошкового фрикционного материала МК-5 на основе меди содержится 23% графита, который не взаимодействует с бронзовой основой. При этом если руководствоваться ранее сформулированным определением «металлокерамический фрикционный материал», графит следует относить к керамике. Как правило, в материалах на основе меди металлическая матрица (оловянистая бронза) составляет 60-70% объема, а количество фрикционных добавок может составлять до 10% объема. Приведенная на рисунке микроструктура спеченного порошкового фрикционного материала МК-5 на основе меди, наиболее распространенного в машиностроении, может служить эталоном для оценки наличия и распределения компонентов. Здесь графит равномерно распределен по полю шлифа. Микрорентгеноспектральный анализ показывает, что графит не взаимодействует с компонентами фрикционного материала и представлен в виде обособленных частиц. Следовательно, данный материал некорректно называть металлокерамикой. Исследования спеченных порошковых фрикционных материалов мировых производителей (Hoerbiger, Miba, Wellman) показывают, что существуют составы материалов, полученные спеканием легированных порошков бронзы с волокнами антифрикционного назначения (до 3-5% объема). Эти материалы также некорректно называть металлокерамикой. Следует отметить, что определение «спеченные порошковые фрикционные материалы» корректно и для фрикционных материалов на железной основе, полученных спеканием железного порошка с различного рода наполнителями, концентрация которых не превышает 40% объема. Вывод Для порошковых фрикционных материалов, используемых в фрикционных сцеплениях и тормозах тракторов, автомобилей и сельхозмашин, более правильно определение «спеченные порошковые фрикционные материалы», которое учитывает как назначение материала, так и технологию его производства. Данное определение можно относить к материалам как на основе меди, так и на основе железа.

About the authors

A. F Il'yushchenko

Powder Metallurgy Institute

Email: sdilav@tut.by
DSc in Engineering, Corresponding member of the National Academy of Sciences of Belarus Minsk, Republic of Belarus

A. V Leshok

Powder Metallurgy Institute

Email: sdilav@tut.by
PhD in Engineering Minsk, Republic of Belarus

A. N Rogovoy

Powder Metallurgy Institute

Email: sdilav@tut.by
Engineer Minsk, Republic of Belarus

V. M Sharipov

University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: trak@mami.ru
DSc in Engineering Moscow, Russia

References

Supplementary files