PL161507B1 - Kompozyt o właściwościach przeclwzatarclowych - Google Patents

Abstract

Kompozyt o właściwościach przeclwzatarclowych

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozyt o właściwościach przeciwzatarciowych.

Znane dotychczas i stosowane kompozyty, zawierają jako osnowę następujące metale i ich stopy: tytan, miedź, aluminium, magnez, ołów orazsuperstopy i tworzywa sztuczne, natomiast fazę zbrojącą, powodującą utworzenie kompozytu, stanowią metale, włókna szklane, węglowe i grafitowe, whiskersy metali, włókna tlenków, czy węglików, wysokowytrzymałe tworzywa sztuczne i ceramiczne. W zależności od fazy zbrojącej, występującej w postaci włókna lub cząstek, rozróżnia się kompozyty włókniste oraz dyspersyjne czyli suspencyjne.

Znany jest kompozyt zawierający jako osnowę stopy miedzi, aluminium, magnezu i ołowiu, zaś jako materiał zbrojący węgiel i grafit w postaci włókna oraz węgiel, grafit i ołów w postaci cząstek. Kompozyt ten jest stosowany do wytwarzania części satelitów, rakiet, helikopterów, samolotów, pojazdów kosmicznych, płyt akumulatorowych, styków elektrycznych, łożysk, elementów maszyn odpornych na zużycie adhezyjne o wymaganym małym współczynniku tarcia.

Znany jest także kompozyt zawierający jako osnowę stopy miedzi, aluminium, magnezu i ołowiu, zaś jako materiał zbrojący tlenek aluminium w postaci cząstek. Kompozyt ten jest stosowany do wytarzania elementów maszyn i urządzeń o wymaganym dużym współczynniku tarcia i dużej odporności na zużycie cierne, części do reaktorów jądrowych, płyt akumulatorowych oraz wysokowytrzymałych elementów helikopterów.

Znany jest również kompozyt, w którym osnowę stanowią stopy tytanu, miedzi i aluminium, natomiast materiał zbrojący - węglik krzemu w postaci włókien oraz w postaci cząstek. Kompozyt ten charakteryzuje się wytrzymałością na wysokie i podwyższone temperatury oraz wysoką odpornością na zużycie cierne.

Znany kompozyt zawierający jako osnowę stopy tytanu i aluminium, a jako materiał zbrojący bor w postaci włókien, jest stosowany na łopatki turbin i trubosprężarek.

Znany także kompozyt zawierający jako osnowę superstopy, a jako materiał zbrojący molibden i wolfram w postaci włókien, jest stosowany do produkcji maszyn pracujących w podwyższonych i wysokich tempertaurach.

Wyżej podane kompozyty są opisane w zbiorczym zestawieniu w czasopiśmie „Giesserei, 1988, t. 15, nr l,s. 4-12.

Z przedstawionych znanych kompozytów wynika, że obecnie do otrzymywania kompozytów włóknistych i dyspersyjnych, o małym współczynniku tarcia, odpornych na zużycie adhezyjne, stosuje się węgiel, grafit oraz ołów. Pierwiastki te zmniejszają współczynnik tarcia ale nie zabezpieczają przed zatarciem współpracujących elementów.

Kompozyt o właściwościach przeciwzatarciowych według wynalazku, na osnowie miedzi, aluminium lub ich stopów, charakteryzuje się tym, że zawiera 0,01-15,00% wagowych siarczku zelaza o ziarnistości 0,01 -5000μπι oraz 0,00-10,00% wagowych pirytu o ziarnistości 0,01 -5000 μηι, 0,00-15,00% wagowych grafitu o ziarnistości 0,01-5000μπι.

W kompozycie według wynalazku siarczek żelaza, piryt, grafit lub ich mieszaniny wprowadza się do ciekłego metalu przed odlaniem do formy, w związku z tym kompozyt może być poddany obróbce plastycznej lub obróbce cieplnej albo może pozostać w stanie lanym.

161 507

Kompozyt według wynalazku posiada wszystkie zalety znanych kompozytów, a dzięki zawartości siarczku żelaza, pirytu oraz grafitu, posiada najwyższe właściwości przeciwzatarciowe i najniższy współczynnik tarcia z dotychczas znanych kompozytów. Nadto posiada bardzo wysoką odporność na zużycie adhezyjne oraz w niektórych przypadkach na zużycie cierne.

Kompozyt według wynalazku znajduje szerokie zastosowanie do wytwarzania wszystkich części maszyn, urządzeń, pojazdów, od których wymaga się bardzo dużej odporności na zacieranie i zużycie przy dopuszczalnych dla osnowy metalowej, miedzi, aluminium lub ich stopów właściwościach mechanicznych, jak łożyska ślizgowe, bębny prowadzące przędzę, tuleje cylindrowe silników i sprężarek czy krzywki różnych mechanizmów.

Kompozyt według wynalazku ilustrują bliżej poniższe przykłady nie ograniczając jego zakresu.

Przykład I. Stop AK20 roztopiono i przegrzano do tempertury 1123 K, po czym poddano go rafinacji azotem w czasie 5 minut, a następnie modyfikacji w temperaturze 1053 K, wprowadzając do stopu 0,2% wagowych fosforu w stosunku do ciekłego metalu w tyglu pieca. Po zakończeniu modyfikacji, dodano do ciekłego stopu 3% wagowych siarczku.żelaza o ziarnistości 18^^26^//m, poddając jednocześnie kąpiel silnemu mieszaniu w czasie 3 minut. Tak przygotowanym stopem odlewano w kokili pręty o średnicy 30 mm, z których wykonano próbki do badań na zużycie i zatarcie na maszynie Amslera, przy czym przeciwpróbką była stal 55 zahartowana do twardości 62 HRC. W celach porównawczych poddano takim samym badaniom próbki wykonane z samego stopu AK20. Prędkość obrotowa próbek wynosiła 500obr/min, a nacisk na próbki 25MPa. Badania prowadzono przy tarciu na sucho. Próbka z kompozytu według wynalazku pracowła 30 minut do zatarcia, a jej współczynnik kinematyczny tarcia suchego wynosił 0,08. Natomiast próbka ze stopu AK20 zatarła się już po 30 s, a współczynnik tarcia suchego wyniósł 0,88.

Następnie próbki z kompozytu poddano przesyceniu w temperaturze 803 K w czasie 14 h oraz starzeniu w tempraturze 453 K i w czsie 16 h i ponownie poddano badaniom. Próbka pracowała do zatarcia 40 minut a współczynnik kinematyczny tarcia wyniósł 0,065.

Przykład II. Stop AK20 poddano modyfikacji jak w przykładzie I, po czym dodano do niego 3% wagowych siarczku żelaza o ziarnistości 180-260/rm oraz 1,5% wagowych grafitu o ziarnistości 40-70//m. Dalej postępując analogicznie jak w przykładzie I poddano otrzymane próbki badaniom na zużycie i tarcie bez obróbki cieplnej. Próbka z otrzymanego kompozytu pracowała 50 minut do zatarcia, a jej współczynnik kinematyczny tarcia suchego wynosił 0,05.

Przykład III. Brąz BA 1032 roztopiono i przegrzano do temperatury 1473K, a następnie poddano go rafinacji azotem w czasie 2 minut, po czym obniżono temperturę do 1423 K i wprowadzono 5% wagowych siarczku żelaza o ziarnistości 220-320μνη, intensywnie mieszając kąpiel. Po 2 minutach odlewano w kokili pręty o średnicy 30 mm, z których wykonano próbki do badań na tarcie i zużycie na maszynie Amslera, przy czym przeciwpróbką była stal NC10 zahartowana do twardości 66 HRC. Prędkość obrotowa próbki wynosiła 500 obr/min, a nacisk na próbkę wyniósł 40 MPa. Badania prowadzono przy tarciu na sucho. Próbka z tak otrzymanego kompozytu pracowała 230 minut, a współczynnik tarcia wynosił 0,035. Przebadana w analogicznch warunkach próbka z samego brązu BA 1032 prcowała 35 minut do zatarcia, a współczynnik tarcia suchego wynosił 0,28.

Przykład IV. Do kompozytu otrzymanego jak w przykładzie III, dodano 2,5% wagowych grafitu o ziarnistości 70-160μηι, po czym analogicznie jak w przykładzie III, wykonano próbki oraz poddano je badaniu. Próbka z kompozytu pracowała 310 minut do zatarcia, a współczynnik kinematyczny tarcia suchego wynosił 0,021.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Kompozyt o właściwościach przeciwzatarciowych, na osnowie miedzi, aluminium lub na osnowie stopów tych metali, znamienny tym, że zawiera w procentach wagowych: 0,01-15,00% siarczku żelaza o ziarnistości 0,01-5000μνη oraz 0,00-10,00% pirytu o ziarnistości 0,01-5000//m i 0,00-15,00% grafitu o ziarnistości 0,01-5000μ.