Влияние добавки железа на структуру и свойства фрикционного порошкового материала на основе меди, работающего в условиях трения со смазкой

Машины и механизмы содержат отвечающие за их движение и остановку узлы, использующие фрикционные материалы. К таким узлам относятся маслоохлаждаемые тормоза, гидромеханические коробки передач, муфты. В них применяются преимущественно фрикционные материалы на основе меди, обеспечивающие высокие значения коэффициента трения и износостойкости. Таким материалам присущ эффективный теплоотвод, так как в указанных зонах за незначительный промежуток времени выделяется большое количество тепла. В работе представлены результаты исследований влияния введения железа во фрикционный порошковый материал на основе бронзы БрО6 и БрО12 на его структуру, механические и триботехнические свойства. Показано, что введение железа способствует повышению коэффициента трения фрикционного материала на основе БрО6 с 0,034 до 0,055, а на основе БрО12 – с 0,042 до 0,073. Определено, что предел прочности при сжатии фрикционного материала на основе БрО12 без добавки железа составляет 340 МПа, при введении 10 об.% Fe – 310 МПа, а при 50 об.% Fe – 180 МПа. Это объясняется тем, что при содержании железа более 30 об.% структура материала из каркасной переходит в матричную, температура спекания которой выше температуры, применяемой в работе для спекания фрикционного материала. Установлено, что для фрикционного материала на основе БрО6 в медной фазе имеются как округлые, так и вытянутые включения размером до 2,5 мкм с содержанием в них железа 30–50 %. В материале на основе БрО12 наблюдается большее количество включений железа в медной фазе – их размер более значителен, длина достигает 20 мкм, а содержание железа в них составляет 49–73 %.

1. Шарипов В.М. Проектирование механических, гидромеханических и гидрообъемных передач тракторов. М.: МГТУ МАМИ, 2002. Sharipov V.M. Design of mechanical, hydromechanical and hydrostatic tractors’ transmissions. Moscow: MGTU MAMI, 2002 (In Russ.).

2. Шарипов В.М. Конструирование и расчет тракторов. М.: Машиностроение, 2004. Sharipov V.M. Design and calculation of tractors. Moscow: Mashinostroenie, 2004 (In Russ.).

3. Jen T.-C., Nemecek D.J. Thermal analysis of a wet-disk clutch subjected to a constant energy engagement. Int. J. Heat Mass Transfer. 2008. Vol. 51. P. 1757—1769.

4. Ost W., Baets P. De, Degrieck J. The tribological behaviour of paper friction plates for wet clutch application investigated on SAE and pin-on-disk test rigs. Wear. 2001. Vol. 249. P. 361—371.

5. Ma W.L., Lu J.J. Effect of sliding speed on surface modification and tribological behavior of copper— graphite composite. Tribol. Lett. 2011. Vol. 41. P. 363—370.

6. Kato H., Takama M., Iwai Y., Washida K., Sasaki Y. Wear and mechanical properties of sintered copper—tin composites containing graphite or molybdenum disulfide. Wear. 2003. Vol. 255. P. 573—578.

7. Ghorbani M., Mazaheri M., Afshar A. Wear and friction characteristics of electrodeposited graphite—bronze composite coatings. Surf. Coat. Technol. 2005. Vol. 190. P. 32—38.

8. Kestursatya M., Kim J.K., Rohatgi P.K. Wear performance of copper—graphite composite and a leaded copper alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2003. Vol. 339. P. 150—158.

9. Katsuyoshi K. Wet sintered friction material, manufacture therefor, and wet friction engagement plate: Pat. JPH0861406A (JP). 1996.

10. Wet copper-sintered friction material, its production, and friction plate using the same: Pat. JP2000096037A (JP). 2000.

11. Katsuyoshi K., Yoshie K. Sintered friction material, composite copper alloy powder used therefor and their production: Pat. JPH08253826A (JP). 1996.

12. Fumio I., Tadashi K., Asabe K., Osamu K. Sintered friction material for high-speed rail: Pat. WO2012133513A1 (JP). 2012.

13. Si Lina, Liu Cheng, Hongjuan Yan, Yanjie Wang, Ye Yang, Shuting Zhang, Yuyan Zhang. The influences of high temperature on tribological properties of Cu-based friction materials with a friction phase of SiO2/SiC/Al2O3. AIP Advances. 2021. Vol. 11. Iss. 2. Paper 025335. P. 1—9. https://doi.org/10.1063/5.0040220.

14. Haohao Z., Xu R., Weiwei Z., Yong W., Siqi Z., Zhikang H. Tribological behavior of copper—graphite composites reinforced with cu-coated or uncoated SiO2 particles. Materials. 2018. Vol. 11. P. 2—12. DOI: 10.3390/ma11122414.

15. Лешок А.В., Ильющенко А.Ф., Дьячкова Л.Н., Пинчук Т.И. Триботехнические свойства порошкового фрикционного материала на основе меди с добавкой порошка железо-хромистого сплава. Трение и износ. 2021. Т. 42. No. 1. С. 5—12. Liashok A.V., Ilyushchanka A.Ph., Dyachkova L.N., Pinchuk T.I. Tribotechnical properties of powder friction material based on copper with the addition of ironchromium alloy powder. Trenie i iznos. 2021. Vol. 42. No. 1. P. 5—12 (In Russ.).

16. Лешок А.В., Ильющенко А.Ф., Дьячкова Л.Н., Пинчук Т.И. Триботехнические свойства порошкового фрикционного материала на основе меди с добавкой порошка титана. Трение и износ. 2021. Т. 42. No. 2. С. 128—135. Liashok A.V., Ilyushchanka A.Ph., Dyachkova L.N., Pinchuk T.I. Tribotechnical properties of powder friction material based on copper with the addition of titanium powder. Trenie i iznos. 2021. Vol. 42. No. 2. P. 128—135 (In Russ.).

17. Федорченко И.М. Современные фрикционные материалы. Киев: Наук. думка, 1975. Fedorchenko I.M. Modern friction materials. Kiev: Naukova Dumka, 1975 (In Russ.).

18. Материалы антифрикционные порошковые на основе меди. Марки. ГОСТ 26719-85. М.: Госстандарт СССР, 1985. Antifriction powder materials based on copper. Marks. GOST 26719-85. Moscow: Gosstandart SSSR, 1985 (In Russ.).

19. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. Киев: Наук. думка, 1980. Fedorchenko I.M., Pugina L.I. Sintered composite antifriction materials. Kiev: Naukova Dumka, 1980 (In Russ.).

20. Дьячкова Л.Н. Получение антифрикционных композиционных порошковых инфильтрованных материалов на основе железа для тяжело нагруженных узлов трения: Автореф. дис. … докт. техн. наук. Минск: НПО порошковой металлургии, 2013. Dyachkova L.N. Production antifriction composite powder infiltrated materials based on iron for heavily loaded friction units: Abstract of a thesis of the dissertation of Dr. Sci. (Eng.). Minsk: Sci. Ind. Association of Powder Metallurgy, 2013 (In Russ.).

21. Ильющенко А.Ф., Лешок А.В., Дьячкова Л.Н., Алексеенко Н.А. Особенности изнашивания порошкового фрикционного материала на основе меди в условиях граничного трения. Трение и износ. 2019. No. 6. С. 654—660. Ilyushchanka A.Ph., Liashok A.V., Dyachkova L.N., Alekseenko N.A. Features of powder friction material wear based on copper under conditions of boundary friction. Trenie i iznos. 2019. No. 6. P. 654—660 (In Russ.).

22. Ильющенко А.Ф., Дмитрович А.А., Лешок А.В. Исследование микропрофиля поверхности диска стального, работающего в различных узлах трения в паре с металлокерамическим фрикционным материалом МК-5. Материалы, технологии, инструменты. 2014. Т. 19. No. 1. С. 26—31. Ilyushchanka A.Ph., Dmitrovich A.A., Liashok A.V. Research of the microprofile of the surface of a steel disk operating in various friction units paired with a cermet friction material MK-5. Materialy, tekhnologii, instrumenty. 2014. Vol. 19. No. 1. P. 26—31 (In Russ.).

23. Дьячкова Л.Н., Фельдштейн Е.Э., Витязь П.А. Влияние содержания железа на трибологические характеристики спеченных оловянисто-железистых бронз. Трение и износ. 2018. No. 3. С. 173—178. Dyachkova L.N., Feldshtein E.E., Vityaz P.A. On the effect the iron content on the tribological properties of sintered tin-irin bronze. Trenie i iznos. 2018. No. 3. P. 173—178 (In Russ).