WO1994000609A1 - Material de friccion destinado a ser utilizado en un sistema tribologico lubricado - Google Patents

Abstract

Material para ser utilizado principalmente en elementos de fricción de sincronizadores, consistentes en una matriz metálica con inclusiones en forma de partículas de dureza preferentemente superior a 600 HVO.1, de tamaño comprendido entre 5 y 300 micrómetros y que constituyen entre el 5 % y el 40 % del peso total. Cuando el lubricante contiene por lo menos un aditivo de extrema presión, el material de las partículas puede ser escogido entre los carburos de Cr, Mo, W o V, los nitruros de Al y Mo, los óxidos de Cr, Ni, Zr o Ti, así como las aleaciones ricas en estos elementos.

Description

MATERIAL DE FRICCION DESTINADO A SER UTILIZADO EN UN SISTEMA TRIBOLOGICO LUBRICADO

Esta invención concierne a materiales de fricción para sistemas tribológicos lubricados y en particular, pero no exclusivamente, para la fabricación de anillos sincronizadores utilizados en cajas de cambio manuales.

La concepción de materiales para cajas de cambio está sujeta a varios requerimientos, algunos de ellos contradictorios entre si. Por una parte, se requiere una lubricación efectiva en los engranajes, es decir, un coeficiente de fricción lo más bajo posible entre las superficies de contacto. Por otra parte, en los sincronizadores se requiere un coeficiente de fricción lo más elevado posible y constante, independiente en particular de la temperatura, de la velocidad de deslizamiento y de la presión de contacto.

En los sincronizadores se persigue preferentemente el evitar las películas de aceite o romperlas mediante la creación de irregularidades geométricas por ranuras mecanizadas, o mediante finas irregularidades por el uso de un material no homogéneo. Sin embargo, estos materiales de fricción han producido resultados variables según las condiciones de funcionamiento.

Mediante estudios se ha llegado a la conclusión de que estos materiales de fricción pueden dar lugar a resultados convenientes por un precio relativamente menos costoso si se satisfacen condiciones especiales. La invención tiene como objetivo suministrar un material de fricción que permita obtener un coeficiente de fricción elevado y que permita obtener piezas de geometría compleja a menos coste.

Para alcanzar este objetivo, la invención propor cíona un material de fricción para sistemas tπbológicos lubricados, compuesto por una matriz metálica con inclusiones de partículas de elevada dureza. Este material tiene la particularidad de que las partículas son de tamaño entre 50 y 300 rmcrómetros.

Preferentemente, el material de las partículas se escoge entre los que tienen una dureza superior a 600 HVO.1.

Otra dificultad surge del hecho de que en las cajas de cambio modernas, los lubricantes de alta presión contienen ciertos aditivos de tipo boratos y sulfatos, con el propósito de reducir la fricción entre los engranajes, y que pueden reaccionar sobre el material del sincronizador. Preferentemente, el material de las partículas se escoge entre los que mantienen su dureza y presentan una superficie "pasivable" por reacción con el sistema lubricado.

Por superficie "pasivable" se entiende una superficie que cuando es sumergida en el medio considerado, origina una superficie de reacción continua que constituye una barrera entre el material y el entorno.

Cuando se desea utilizar el material descrito en presencia de un lubricante con un aditivo de extrema presión que contiene boro o azufre, es ventajoso escoger el material de las partículas entre los carburos de Cr, Mo, W o V, los mtruros de Al o Mo, y los óxidos de Cr, Ni, Zr o Ti, asi como las aleaciones ricas en estos elementos.

De acuerdo con una versión sencilla esta matriz es de bronce. De acuerdo con otra versión la matriz es de acero.

Para obtener el material de acuerdo a la invención, es ventajoso prever que se obtiene por mezcla de polvos de la composición de la matriz y de las partículas.

Preferentemente las partículas constituyen del 5% al 40% del peso total. Para un porcentaje menor el efecto deseado se obtiene en un grado insuficiente. Para un porcentaje superior al mencionado, la fabricación del material por sinterizado u otros medios resulta de dificultad creciente.

Las tablas I y II muestran los resultados de 23 ensayos que permiten comparar probetas de acuerdo con la invención y diferentes probetas de referencia. Estos ensayos consisten en la prueba de probetas cilindricas de 3 mm de diámetro en un tribómetro. El tribómetro es del tipo perno y disco y está equipado para asegurar la lubricación del contacto y permitir el ajuste de la temperatura, la presión de contacto y la velocidad de rotación del disco.

Los coeficientes de fricción mostrados en la tabla II, se han obtenido a partir de fuerzas de fricción medidas en el tribómetro. Las velocidades de deslizamiento han sido variadas entre 0,34 m/ε, que corresponde según la tecnología actual a la lubricación limite (coeficiente de fricción mayor que 0,1), o mixta (coeficíente de fricción entre 0,1 y 0,03) y 1,7 m/s que corresponde, de acuerdo con la tecnología actual, al régimen de lubricación hidrodinámico (coeficiente de fricción menor que 0,03). Los ensayos 1 a 3 han sido hechos con probetas mecanizadas sobre una barra de latón rico en silicio. Esta composición es utilizada generalmente para la fabricación de anillos sincronizadores usados en cajas de cambio manuales. En el ensayo 3 las probetas fueron mecanizadas con ranuras de 0,5 mm de profundidad y ancho de cresta, asi como de un ancho de fondo de valle de 0,2 mm. Las probetas del ensayo 4 se obtuvieron por proyección de molibdeno a alta temperatura sobre un substrato de latón.

Las probetas de los ensayos 5 y 7 consisten en una matriz de bronce con partículas de grafito y de hierro. Esta metalurgia es usada con frecuencia en materiales de fricción sinteri zados.

Las probetas de los ensayos 8 y 12 están fabricadas para comprobar las propiedades de fricción del mol i bdeno en forma de inclusión en una matriz dúctil. Las probetas de los ensayos 9 y 23 han sido fabricadas para probar las propiedades de la matriz sin aditivos.

Las probetas de los ensayos 10, 11, 19 y 21 tienen inclusiones ricas en cromo, pero de dureza inferior a la requerida en la invención. Estas probetas sirven de referencia para el ensayo 18.

Las probetas de los ensayos 13, 14, 16 y 18 corresponden a la invención con porcentajes de inclusiones del 5%, 15% y 20%. Han sido fabricadas por los procedimientos clásicos de la metalurgia de polvos (compactación y sinterizado de una mezcla de polvos).

Las probetas del ensayo 15 son idénticas a las del ensayo 14, excepto en que se han mecanizado ranuras de profundidad 0,3 mm y ancho de cresta, asi como de un ancho de fondo de valle de 0, 2 mm.

Las probetas del ensayo 20 corresponden también a la invención, pero contienen inclusiones de una aleación diferente y por tanto de dureza diferente. Las probetas del ensayo 22 tienen la misma composición que en el ensayo 18, pero el tamaño de las partículas es inferior al requerido por la invención. Se ha comprobado al examinar la superficie de fricción, especialmente en el ensayo 14, que las inclusiones aparecen sin estar afectadas por el aceite lubricante, en contraste con la matriz de bronce que sufre fuertes cambios de coloración. La comparación de los ensayos 14 y 15 indica que la presencia de ranuras añade una pequeña mejora, pero que pueden ser suprimidas sin mayor inconveniente.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

1.- Material de fricción para ser utilizado en sistemas tribológicos lubricados compuesto por una matriz con inclusiones de partículas de elevada dureza, caracterizadas por una distribución de tamaños del 90% entre 50 y 300 micrómetros.

2.- Material según la reivindicación 1, caracterizado porque el material de las partículas se escoge entre los que tienen una dureza superior a 600 HVO,1.

3.- Material según la reivindicación 1, caracterizado porque el material de las partículas se escoge entre los que conservan la dureza superficial y tienen una superficie pasivable por reacción en el sistema tribológico.

4.- Material según la reivindicación 3, y destinado a ser utilizado en presencia de un lubricante de alta presión que contiene por lo menos un aditivo de extrema presión tal que los boratos y los εulfatos, caracterizado porque el material de las partículas se escoge entre los carburos de Cr, Mo, W, ó V, los nitruros de Al y Mo, y los óxidos de Cr, Ni, Zr ó Ti, así como las aleaciones ricas en estos elementos.

5.- Material según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la matriz es de bronce.

6.- Material según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la matriz es de acero.

7.- Material según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las partículas constituyen entre el 5% y el 40% del peso total.

8.- Material según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se obtiene por εinterizado de una mezcla de polvos con la composición de la matriz y de laε partículas.