RU2006362C1

RU2006362C1 - Friction surface antifriction material

Info

Publication number: RU2006362C1
Authority: RU
Inventors: Н.К. Ященко; В.В. Огородник
Original assignee: Ященко Николай Константинович
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: material has sintered intermetallic compounds of copper with zinc and tin. Additionally it has ultradispersed diamond powder at the following content of compounds, mass % : 48-88 of CuZn; 0.5-3 of CuSn: 1.5-4 of CuZnSn; 5-50 of diamond. EFFECT: improved composition. 1 tbl

Description

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно транспортному, и может быть использовано для изготовления гильз цилиндров двигателей и других узлов, износ которых связан с наличием в них трения. The invention relates to mechanical engineering, mainly transport, and can be used for the manufacture of cylinder liners of engines and other components, the wear of which is associated with the presence of friction in them.

Целью изобретения является повышение задиростойкости материала. The aim of the invention is to increase the scoring resistance of the material.

Антифрикционный материал, включающий спеченные интерметаллиды меди с цинком и оловом, дополнительно содержит ультрадисперсный порошок алмаза при следующем соотношении компонентов, мас. % : CuZn 48-88 CuSn 0,5-3 CuZnSn 1,5-4 Алмаз 5-50
Материал получают методом порошковой металлургии спеканием в водороде. Твердость материала составляет 30-50 НВ. Натирание рабочей поверхности, предварительно подвергнутой плосковершинному хонингованию брусками из этого материала, сопровождается заполнением им рельефа рабочей поверхности, что влечет за собой снижение коэффициента трения между гильзой и поршневым кольцом и, соответственно, к увеличению задиростойкости (более 110 с).The antifriction material, including sintered copper intermetallic compounds with zinc and tin, additionally contains ultrafine diamond powder in the following ratio of components, wt. %: CuZn 48-88 CuSn 0.5-3 CuZnSn 1.5-4 Diamond 5-50
The material is obtained by powder metallurgy by sintering in hydrogen. The hardness of the material is 30-50 HB. Rubbing the working surface, previously subjected to flat-top honing with bars of this material, is accompanied by filling of the relief of the working surface, which entails a decrease in the coefficient of friction between the liner and the piston ring and, accordingly, an increase in scoring resistance (over 110 s).

Таким образом, материал для антифрикционной обработки проявляет новое свойство - более высокую задиростойкость поверхностей трения. Это свойство обеспечивает повышение износостойкости гильз блока цилиндров двигателя с одновременным снижением расхода топлива на единицу мощности и снижение расхода масла на угар. Thus, the material for antifriction treatment exhibits a new property - higher scoring resistance of friction surfaces. This property provides increased wear resistance of the engine block liners while reducing fuel consumption per unit of power and reducing oil consumption for waste.

Если связка в абразивном инструменте должна обеспечивать прочное закрепление зерен алмаза и эффективно сопротивляться съему обрабатываемой деталью, то связка в антифрикционном материале должна обладать высокой пластичностью, пониженной твердостью, допускающей необходимый съем обрабатываемой деталью. Таким образом, по составу и свойствам связок для абразивного инструмента и для предлагаемого антифрикционного материала имеются существенные отличия. Имеются отличия и по составу используемых алмазных порошков, а именно - по их зернистости. При использовании данного материала повышается задиростойкость и связанное с ним увеличение износостойкости рабочей поверхности двигателя внутреннего сгорания, что в конечном итоге позволяет повысить моторесурс двигателя, снизить процент выхода из строя двигателей из-за задира, снизить расход топлива и масла на угар, сократить период обкатки двигателя, или, при соответствующей антифрикционной обработке всех пар трения в двигателе, исключить обкатку двигателя как необходимое условие долговечности его работы. If the bond in the abrasive tool should provide strong fixing of the diamond grains and effectively resist the removal of the workpiece, then the bond in the antifriction material should have high ductility, lowered hardness, allowing the necessary removal of the workpiece. Thus, there are significant differences in the composition and properties of the ligaments for the abrasive tool and for the proposed antifriction material. There are differences in the composition of the used diamond powders, namely in their granularity. When using this material, the scoring resistance and the associated increase in the wear resistance of the working surface of the internal combustion engine are increased, which ultimately allows to increase the engine life, reduce the percentage of engine failure due to scuffing, reduce fuel and oil consumption for waste, and shorten the engine break-in period , or, with appropriate antifriction treatment of all friction pairs in the engine, eliminate engine break-in as a necessary condition for the durability of its operation.

Антифрикционные бруски из материала по изобретению изготовлялись методом порошковой металлургии. Для изготовления брусков приготавливалась смесь из следующих порошковых компонентов: меди, цинка, олова и алмаза в количествах, обеспечивающих получение указанных ингредиентов в заявленных пределах. Состав для связки (медь, цинк, олово) брался в соответствии с прототипом. Смешав, этот состав с ультрадисперсным порошком алмаза прессовали, затем спекали антифрикционные бруски. Изготавливались бруски с различным соотношением алмаза и связующей шихты. После спекания антифрикционный материал состоял из связки из интерметаллидов меди с цинком и оловом и алмаза. Было изготовлено 7 партий брусков, отличающихся соотношением алмаза и связи. Пять составов из смеси соответствовали описываемым пределам. Остальные отклонялись по количеству алмаза за максимальный и минимальные заявляемые пределы. Спеченные антифрикционные бруски использовались при натирании гильз блока цилиндров двигателя СМД-31 на хонинговальном станке модели ЭМ83. После обработки гильзы испытывались на машине трения СМЦ-2. Задиростойкость определялась временем до задира. По существующей методике признаком задира является достижение контактной температуры в области контакта ролика машины и испытываемой детали (гильза ДВС), значения, характерного для задира и образования лунки (выработки) в теле испытываемой детали. По глубине лунки судят об интенсивности износа и о коэффициенте трения. Для ряда составов заявляемого антифрикционного материала, использованного для натирания рабочей поверхности гильзы ДВС, соответствующих заявляемым пределам, при испытаниях не обнаружились лунки износа на испытываемой рабочей поверхности гильзы даже при достижении контактной температуры, соответствующей задиру на прототипе. Контактная температура развивается от длительного трения ролика об испытываемую деталь. После снижения температуры повторное испытание (без изменения области контакта ролика и гильзы) повторяет предыдущий результат, что невозможно в случае возникновения задира с появлением лунки выработки. Отсутствие лунки задира затрудняет измерение скорости износа и соответственно коэффициента трения, к тому же время до задира, определяемое только по одному признаку - по контактной температуре, не является истинным временем до задира. В связи с этим сравнение результатов испытания гильз, обработанных заявляемым материалов и по прототипу в настоящее время возможно по одному параметру - задиростойкости, если принять условно за время до задира время развития контактной температуры, соответствующей задиру по прототипу. Такое сравнение правомерно в связи с тем, что действительное время до задира рабочей поверхности, обработанной заявляемым материалом, больше, чем указанное условное время до задира. Anti-friction bars from the material according to the invention were made by powder metallurgy. For the manufacture of whetstones, a mixture was prepared of the following powder components: copper, zinc, tin and diamond in quantities that ensure the receipt of these ingredients within the stated limits. The composition for the binder (copper, zinc, tin) was taken in accordance with the prototype. Mixing this composition with ultrafine diamond powder was pressed, then anti-friction bars were sintered. Bars were made with different ratios of diamond and binder charge. After sintering, the antifriction material consisted of a bunch of copper intermetallic compounds with zinc and tin and diamond. 7 batches of bars were produced, differing in the ratio of diamond and bond. Five formulations from the mixture met the described limits. The rest deviated by the amount of diamond beyond the maximum and minimum declared limits. Sintered anti-friction bars were used when rubbing the cylinder liners of the engine block SMD-31 on a model 83 EM honing machine. After processing, the sleeves were tested on a SMC-2 friction machine. Scoring resistance was determined by the time before scoring. According to the existing method, a sign of a scuff is the achievement of the contact temperature in the contact area of the machine roller and the test part (ICE sleeve), the value characteristic of scoring and the formation of a hole (development) in the body of the test part. The depth of the hole is used to judge the wear rate and the coefficient of friction. For a number of compositions of the inventive antifriction material used to rub the working surface of the ICE liner corresponding to the declared limits, during testing, wear holes were not found on the tested working surface of the liner even when the contact temperature corresponding to the seizure on the prototype was reached. Contact temperature develops from prolonged friction of the roller against the test piece. After lowering the temperature, a second test (without changing the contact area of the roller and the sleeve) repeats the previous result, which is not possible in the event of seizure with the appearance of the development hole. The absence of a seizure hole makes it difficult to measure the wear rate and, accordingly, the coefficient of friction; in addition, the time to seizure, determined by only one feature — contact temperature, is not the true time to seizure. In this regard, the comparison of the test results of the sleeves processed by the claimed materials and the prototype is currently possible for one parameter - scoring resistance, if we take conditionally for the time before scoring the time of contact temperature development corresponding to scoring in the prototype. Such a comparison is valid due to the fact that the actual time to the seizure of the working surface treated with the claimed material is longer than the specified conditional time to the seizure.

Результаты испытаний приведены в таблице. Как видно из таблицы, задиростойкость, превышающую задиростойкость по прототипу, обеспечивают составы NN 2-6, причем на составах NN 3-4 измерено лишь условное время до задира (т. е. без образования лунки выработки). Состав N 6 обеспечивает задиростойкость в 90 с, снижение в этом случае задиростойкости связано с повышенной хрупкостью антифрикционного материала и, соответственно, с ухудшением заполнения рельефа обрабатываемой поверхности и снижением адгезии к этой поверхности. Дальнейшее увеличение содержания алмаза приводит к резкому повышению хрупкости антифрикционного материала, что влечет за собой осыпание антифрикционного материала при обработке поверхности гильзы и ухудшение заполнения рельефа. Состав N 2 обеспечивает время до задира равным 85 с. Снижение задиростойкости здесь связано с увеличением коэффициента трения. Дальнейшее резкое уменьшение задиростойкости (состав N 1) связано с уменьшением антифрикционной компоненты и ограниченной адгезией антифрикционного материала с обрабатываемой поверхностью. В этом случае время до задира определяется временем удаления антифрикционного материала из области контакта трущихся поверхностей в связи с увеличением коэффициента трения. Составы NN 3-4 обеспечивают увеличение задиростойкости не менее чем в 1,8 раза по сравнению с прототипом. Отсутствие лунки выработки при этих составах антифрикционного материала позволяет сделать вывод о том, что обкатка двигателя с цилиндрами, обработанными указанным составом, не является необходимой. The test results are shown in the table. As can be seen from the table, the scoring resistance exceeding the scoring resistance of the prototype is ensured by compositions NN 2-6, and on compositions NN 3-4 only the conditional time to scoring was measured (i.e., without the formation of a working hole). Composition No. 6 provides a 90-degree scoring resistance, a reduction in this case of scoring resistance due to the increased fragility of the antifriction material and, consequently, to a decrease in the filling of the relief of the treated surface and a decrease in adhesion to this surface. A further increase in the diamond content leads to a sharp increase in the fragility of the antifriction material, which entails the shedding of antifriction material when processing the surface of the liner and the deterioration of the filling of the relief. Composition N 2 provides a time to a teaser of 85 s. The decrease in scoring resistance here is associated with an increase in the coefficient of friction. A further sharp decrease in scoring resistance (composition N 1) is associated with a decrease in the antifriction component and limited adhesion of the antifriction material to the surface being treated. In this case, the time before scuffing is determined by the time of removal of the antifriction material from the contact area of the rubbing surfaces due to an increase in the coefficient of friction. Compositions NN 3-4 provide an increase in scoring resistance of not less than 1.8 times in comparison with the prototype. The absence of a working hole with these compositions of antifriction material allows us to conclude that the engine break-in with cylinders treated with the specified composition is not necessary.

Зернистость алмаза выбрана из тех соображений, что ультрадисперсные порошки алмаза вызывают полирующее действие на трущиеся поверхности, что влечет за собой снижение коэффициента трения. Заключение ультрадисперсного порошка алмаза в твердую связку предотвращает комкование алмазного порошка. The grain size of the diamond is selected from those considerations that ultrafine diamond powders cause a polishing effect on friction surfaces, which entails a decrease in the coefficient of friction. Enclosing the ultrafine diamond powder in a solid binder prevents clumping of diamond powder.

Использование порошков с зернистостью выше заявляемой приводит к ускорению износа трущихся поверхностей тем большего, чем больше размер зерен. Низкий предел размеров зерен алмаза не определен, так как не определены минимально возможные размеры кластеров, которые можно считать алмазами. Уменьшение размеров зерен алмаза снижает скорость износа трущихся поверхностей и уменьшает коэффициент трения, приближая его к коэффициенту трения для алмаза. (56) Сборник трудов международной научной конференции "Трение, износ и смазочные материалы". Ташкент, 22-26 мая 1985 г. , АН СССР, изд. "Фан", Узбекская ССР, 1985, т. 3, ч. , 2, с. 102-104. The use of powders with a granularity higher than the claimed leads to an acceleration of the wear of rubbing surfaces the greater, the larger the grain size. The low size limit of diamond grains is not defined, since the minimum possible cluster sizes, which can be considered diamonds, have not been determined. Reducing the size of diamond grains reduces the wear rate of rubbing surfaces and reduces the coefficient of friction, bringing it closer to the coefficient of friction for diamond. (56) Proceedings of the international scientific conference "Friction, Wear and Lubricants". Tashkent, May 22-26, 1985, USSR Academy of Sciences, ed. "Fan", Uzbek SSR, 1985, v. 3, h., 2, p. 102-104.

Claims

ANTIFRICTIONAL MATERIAL FOR FRICTION SURFACES, including sintered copper intermetallic compounds with zinc and tin, characterized in that, in order to increase the scoring resistance, the material additionally contains ultrafine diamond powder in the following ratio of components, wt. %:
CuZn 48 - 88
CuSn 5.0 - 3
CuZnSn 1.5 - 4
Diamond 5 - 50