Баглюк Г.А., Куровский В.Я., Уськова Н.А., Максимова Г.А., Молчановская Г.М., Головко Е.С.

(ИПМ им. И.Н.Францевича НАН Украины)

ПОЛУЧЕНИЕ НОВЫХ ФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗО-СТЕКЛЯННЫХ КОМПОЗИТОВ МЕТОДОМ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Изготовление фрикционных материалов является одним из актуальных направлений современного материаловедения и позволяет получать материалы для тормозных колодок машиностроительной и авиационной промышленности.

Для изготовления тяжелонагруженных тормозных устройств применяются спечённые фрикционные материалы, имеющие высокие эксплуатационные свойства. Наиболее широко применяются материалы на железной основе с добавками меди и модифицирующих компонентов.

В настоящей работе получены новые фрикционные материалы методом порошковой металлургии на основе металлостеклянных композитов различного состава. Основу композитов составляла смесь порошков железа и тарного стекла. Содержание углерода, карбида бора, меди и нитрида бора варьировалось в соответствии с данными диаграмм состояния соответствующих сплавов для сохранения эвтектического превращения в интервале температур 1100-1200⁰С.

В работе готовили порошковые смеси для получения композиционных порошковых материалов различных составов: смесь железного порошка с 2% графита и 5% стекла; смесь железного порошка с 2% карбида бора и 5% стекла, легированного медью(5%) и нитридом бора (1%).

Полученные порошковые материалы прессовали при 700 МПа и обрабатывали по разным технологическим схемам:

1. Двойное прессование и спекание при 1150°С;

2. Предварительное спекание заготовок при 900°С и штамповка при 1100°С;

3. Предварительное спекание заготовок при 1150°С и штамповка при 1050°С;

На полученных композиционных материалах было проведено комплексное исследование физических и триботехнических свойств, определяющих служебные характеристики новых композитов. Были измерены следующие параметры: твердость  по Бринеллю (твердомер ТШ-2), прочность на изгиб (универсальная испытательная машина УИМ-5), коэффициент трения и линейный износ на машине трения при различных нагрузках и скоростях скольжения.

На основании полученных результатов, композиты после двойного прессования и спекания с 2% В₄С имеют твердость 74-86 НВ. Введение в композит 2% углерода повышает твердость до 126 НВ, присутствие в составе материала пластичной меди существенно уменьшает пористость материала до 8-10% и соответственно увеличивает твердость до 158-160 НВ. Тенденция увеличения твердости при горячей штамповке сохраняется. Для композитов с В₄С твердость возрастает до НВ, с углеродом до 280 НВ, с медью до 350 НВ.

Прочность на изгиб на материалах, полученных двойным прессованием и спеканием, возрастает от 95-100 МПа с углеродом, до 230-250 МПа при введении дополнительно 5% меди. Прочность на изгиб горячештампованных материалов увеличивается от 120 МПа для образцов с добавкой 1% ВN, до 300-340 МПа с введением в матрицу 2% углерода.

Линейный износ штампованных композиционных материалов при скорости 4 м/сек и нагрузке 10 МПа уменьшается от 0,07 мкм/км до 0,02 мкм/км при введении в состав композита 2% B₄C и 1% BN при стабильном значении коэффициента трения 0,35-0,45. С увеличением нагрузки до 15МПа для материалов с карбидом и нитридом бора наблюдаются те же зависимости линейного износа и коэффициента трения.

Показано, что композиционный материал на основе углеродистой стали легированной 2% B₄C с 5% стекла, 5% меди и 1% BN является перспективным для материалов фрикционного назначения и повышает износоустойчивость, коэффициент трения, теплостойкость, теплопроводность, стабильность фрикционных свойств, а главное, уменьшает риск схватывания между трущимися деталями систем торможения, обеспечивая их безаварийную работу.