DE1533278C - Gesinterter Reibwerkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen gesinterten Reibwerkstoff auf Eisenbasis.

Die Sinterreibwerkstoffe haben gegenüber den mit organischen, harzartigen Bindemitteln hergestellten Reibwerkstoffen den hauptsächlichen Vorteil, wesentlich höheren Wärmebeanspruchungen gewachsen zu sein.

Sie werden aus einem innigen Gemisch von Metall- und Nichtmetallpulvern durch Pressen und Sintern hergestellt. Üblicherweise bestehen diese Reibwerkstoffe aus gesinterten Bleibronzen mit Zusätzen an Trockenschmiermitteln und sogenannten Reibstützern. Als Trockenschmiermittel eignen sich beispielsweise Graphit und Molybdänsulfid; dagegen kommen für die Erhöhung des Reibbeiwertes keramische Zuschläge und Mineralien wie z. B. Quarz und Korund in Frage. Man hat es durch entsprechende Variation der Zusätze in der Hand, sich, vor allem was den Reibbeiwert anbetrifft, auf alle Anwendungsfälle einstellen zu können.

Um die Herstellungskosten zu senken, versucht man schon seit langem, von den Bronzereibwerkstoffen auf solche überzugehen, die hauptsächlich Eisen enthalten.

So wird beispielsweise in der USA.-Patentschrift 3 067 493 vorgeschlagen, zur Stabilisierung des Reibbeiwertes eines gesinterten Eisenreibwerkstoffes über einen weiten Temperaturbereich statt nur Eisen eine Eisen-Nickel-Legierung mit von der Temperatur unabhängigem Ausdehnungskoeffizienten einzusetzen. Der Nachteil ist aber, daß Nickel knapp und teuer ist.

Es ist weiter bekannt, z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1 189 814, Sinterreibwerkstoffen auf Eisenbasis hauptsächlich Graphit, in diesem Fall 15 bis 60 Gewichtsprozent, zuzusetzen.

In dieser Auslegeschrift sind auch die im wesentlichen zu fordernden Eigenschaften solcher Reibwerkstoffe angegeben; nämlich:

1. ein hoher Reibbeiwert,

2. eine hohe Verschleißfestigkeit,

3. Konstanz des Reibbeiwerts,

4. geräuschloses, weiches und gleichmäßiges Arbeiten der mit dem Reibwerkstoff bestückten Konstruktionsteile,

5. billige Herstellung.

Ein hoher Graphitanteil soll hauptsächlich dazu dienen, das Fressen oder den Gegenangriff im Zusammenwirken mit der Gegenreibfläche, die meistens aus Gußeisen, Temperguß und gehärteten oder ungehärteten Maschinenbaustählen besteht, zu vermeiden. Die Schwierigkeit bei den Stoffen mit so hohem Graphitanteil besteht jedoch darin, Reibbeläge mit genügender innerer Festigkeit herzustellen.

Man hat deshalb bei einem anderen Reibwerkstoff auf Eisenbasis (deutsche Auslegeschrift 1 205 286) versucht, erstens den Graphitanteil auf 20 bis 32 Gewichtsprozent zu verkleinern, zweitens eine Mischung von pulverigem und flockigem Graphit einzusetzen und drittens 3 bis 10 Gewichtsprozent bindend wirkende Bestandteile wie Kupfer, Blei, Wismut oder Cadmium hinzuzufügen. Hierdurch sollten die oben erwähnten Eigenschaften bei genügender innerer Festigkeit erzielt werden. Es wird aber zugegeben, daß Reibbeläge aus einer derartigen Pulvermischung, wenn der Graphitanteil geringer als 25 % ist, zu einer geräuschvollen Betriebsweise neigen.

Außerdem ist in dieser Schrift als schon bekannt ein Reibwerkstoff erwähnt, der im Eisen 10 bis 50% Graphit und 10 bis 15% Blei oder andere niedrigschmelzende Metalle enthalten soll. Hier wird versucht, einen verringerten Graphitanteil durch einen verhältnismäßig hohen Bleianteil auszugleichen, um die innere Festigkeit bei der Verwendung von pulverigem Graphit zu verbessern und die Geräuschneigung zu vermindern. Es wird aber, in der gleichen Schrift, warnend darauf verwiesen, daß bereits bei Anteilen unter 25% Graphit Geräuschneigung auftritt.

Die Neigung zur Geräuschbildung hängt zusammen mit dem großen Unterschied von Haft- und Gleitreibung bei diesen Stoffen, einer dem Fachmann als »Stick-Slip« bekannten Erscheinung. Außerdem ist der Verschleiß immer noch verhältnismäßig hoch, da die innere Scherfestigkeit des Materials durch die geforderten Graphitzuschläge gering ist.

Ein hoher Anteil an bindenden Metallen, insbesondere wenn es sich um die leicht schmelzenden,

z. B. Cadmium, Wismut und Blei, handelt, bleibt nun nicht gleichmäßig im Reibwerkstoff verteilt, sondern unter Verarmung des Anteiles im Inneren wandert ein großer Prozent unter der Einwirkung der beim-Reibeingriff entwickelten Wärme nach außen-und bewirkt an der Reiboberfläche eine zusätzliche Schmierung. Diese Erscheinung kann unter gewissen Umständen sogar erwünscht sein, weil auf diese Weise ein Angriff der Gegenfläche vermieden und zusätzlich kinetische Energie als Schmelzwärme gebunden wird.

Es ist andererseits jedoch klar, daß der Austritt eines schmelzflüssigen Metalls an die Reiboberfläche in nachteiliger Weise zu einer Herabsetzung des Reibbeiwertes im Betrieb und damit zu einer weiteren ungünstigen Vergrößerung des Unterschiedes zwischen Haft- und Gleitreibung führt.

Der erfindungsgemäße Reibwerkstoff vermeidet diese Nachteile. Er hat die vorerwähnten fünf Eigenschaften und genügt außerdem noch den folgenden besonderen Anforderungen:

Bei ausreichender, innerer Festigkeit tritt kein Gegenangriff oder Neigung zum Feuern im Trockenlauf auf. Die Zusammensetzung des Materials bleibt im Betrieb unverändert; der Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung bleibt klein.

Es zeigt sich nun, daß die geschilderten Schwierigkeiten vermieden und die vorteilhaften Eigenschaften erreicht werden können durch Verwendung eines Reibwerkstoffes auf Eisenbasis in einer gemäß der Erfindung besonders ausgeglichenen Zusammensetzung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Reibwerkstoff aus 10 bis 15 Gewichtsprozent Graphit, 1,5 bis 3,5 Gewichtsprozent eines oder mehrerer der Metalle Arsen, Antimon oder Wismut, Rest Eisen besteht. Wenn zwei oder alle drei dieser Metalle in Legierung zugesetzt Sind, beträgt der Wismutanteil vorteilhafterweise mindestens 50 Gewichtsprozent der Legierungsbestandteile dieser Metalle.

Während in der deutschen Auslegeschrift 1 205 286 darauf hingewiesen wird, daß Reibelemente mit einem Graphitanteil unter 25 Gewichtsprozent bereits zu geräuschvoller Betriebsweise neigen und geringere Anteile an Graphit hohe Anteile an Blei bedingen, zeichnet sich der erfindungsgemäße Reibwerkstoff bei hervorragendem Betriebsverhalten durch eine überraschend einfache Zusammensetzung bei verhältnis-

Claims (1)

1. 3 4

   mäßig niedrigen Graphitanteilen und sehr geringen sich auf einen Reibwerkstoff nach der deutschen AusAnteilen an teuren Zuschlagmetallen aus. legeschrift 1 189 814 beziehen. Diese Reibwerkstoffe Ein mit den Gewichtsanteilen von waren wie folgt zusammengesetzt:

   14,5% C, Probe 2

   3,3°/₀Bi, ⁵ 22,0 Gewichtsprozent C

   Rest 82,2 % Fe 4,5 Gewichtsprozent Bi

   ^ ·, .-.,·, ■ Rest Fe
   hergestellter Reibwerkstoff zeigte besonders günstige

   Eigenschaften, vor allem einen gleichmäßig hohen Probe 3

   Reibbeiwert. Dieser gleichmäßige Verlauf des Reib- io 29,5 Gewichtsprozent C

   beiwertes ergab sich sowohl in Abhängigkeit vom ⁴>° Gewichtsprozent Bi

   Anpreßdruck als auch von der Gleitgeschwindigkeit ^-^est . ^^e

   oder von der Temperatur. Probe 4

   Ein gleichmäßig weicher, geräuschloser Reibeingriff 30 Gewichtsprozent C

   auch im Trockenlauf ist die vorteilhafte Folge. Als 15 70 Gewichtsprozent Fe
   weitere günstige Eigenschaft war eine gute innere

   Festigkeit des Materials und infolgedessen eine lange Aus dem Verlauf der Kurven 2 und 3 ist deutlich zu

   Lebensdauer der hieraus hergestellten Reibbeläge zu erkennen, daß der Reibbeiwert mit ansteigendem

   verzeichnen. Graphitanteil und besonders mit zunehmender Gleit-

   Der im wesentlichen aus nur drei Komponenten zu- 20 geschwindigkeit stark abfällt. Diese Erscheinung, die

   sammengesetzte Reibwerkstoff zeigte weiter eine gute mit »Geschwindigkeitsfading« bezeichnet wird, macht

   Verformbarkeit und war leicht zu verarbeiten. sich auch bei der mit 4 bezeichneten Probe stark

   Die Pulvermischung in der erfindungsgemäßen Zu- bemerkbar. Bei einer Verwendung solcher Reibwerk-

   sammensetzung bestand aus stoffe in Bremsen bedeutet ein Anstieg des Reibwertes

   Eisenpulver in einer Körnung *^{5 bei} Erniedrigung der Geschwindigkeit eine durchaus

   kleiner als 0,1 mm Maschenweite, unerwünschte Vergrößerung der Blockiergefahr

   Graphitpulver in einer Körnung Alle drei bekannten Reibwerkstoffe (Proben 2, 3

   . kleiner als 0,3 mm Maschenweite und ^{und 4}> ?^ef^en _A ^weit,f^{r eiI}\^e Sonders bei 4 sehr stark

   Wismutpulver in einer Körnung ausgeprägte Abnahme des Reibbeiwertes mit der

   kleiner als 0,06 mm Maschenweite. ³° Temperatur das gefurchtete »Warmefading«.

   Aus dem Temperatur- und aus dem Gleitgeschwin-

   Die Mischung wurde mit 4 Mp/cm² verpreßt und digkeitsverlauf bei Proben 2 und 3 läßt sich weiter auf bei 960 bis 980° C gesintert. Der sich ergebende Reib- die vorher erwähnten Erscheinungen der Metallwerkstoff hatte eine Brinellhärte von 18 bis 25 kp/mm². ausschwitzung und des >Stick-Slip« schließen. Der

   In der Zeichnung sind in graphischer Darstellung 35 Reibwerkstoff »Probe 4« wies den zu erwartenden,

   der Verlauf des Reibbeiwertes in Abhängigkeit von durch den hohen Graphitanteil verursachten hohen

   der Flächenpressung, der Gleitgeschwindigkeit und der Verschleiß auf.

   Reibflächentemperatur sowie der Verschleiß angegeben. Die Vergleichswerkstoffe (Proben 2 und 3) mußten

   Der Prüfstand, mit dessen Hilfe die Messungen ge- mit 5,5 Mp/cm² verpreßt und bei 1050⁰C gesintert

   macht wurden, war dabei so aufgebaut, daß zwei 40 werden; die Probe 4 wurde zwar nur bei 1,75 Mp/cm²

   Proben mittels einer zangenähnlichen Vorrichtung verpreßt, mußte aber bei 18 kp/cm² und 990⁰C, d. h.

   gegen die einander gegenüberliegenden Flächen einer im Drucksinterofen, gesintert werden,

   umlaufenden Scheibe von etwa 400 mm Durchmesser Außer den bereits aufgeführten, den technischen

   gepreßt werden. Die Scheibe wird durch einen elek- Fortschritt kennzeichnenden Vorzügen ergibt sich noch,

   trischen Antrieb auf die festgelegte Drehzahl gebracht; 45 daß ein Reibwerkstoff in der erfindungsgemäßen Zu-

   danach werden die beiderseits neben der Scheibe an- sammensetzung billiger, herzustellen ist, nämlich bei

   geordneten Belagproben hydraulisch an die Scheibe niedrigeren Preßdrücken und ohne Drucksinterung

   angedrückt. Die hydraulisch betätigte, zangenartige bei niedrigeren Sintertemperaturen und daß er einen

   Vorrichtung ist über einen Hebel auf einer Druck- im Vergleich zu den bekannten Sintereisenreib-

   meßdose abgestützt. 50 werkstoffen überraschend gleichmäßigen Reibbeiwert-

   Die Scheibe, als Gegenmaterial in der Reibpaarung, verlauf zeigt.

   bestand aus einem phosphor- und schwefelarmen Patentansprüche-Stahl mit 0,6% C, 0,25% Si, 0,25% Mn und maximal

   je 0,035% P und S, VDEh-Bezeichnung des Stahles: 1· Gesinterter Reibwerkstoff auf Eisenbasis,

   Ck60. 55 dadurch gekennzeichnet, daß er aus

   Der erfindungsgemäße Reibwerkstoff in der Zu- 10 bis 15% Graphit, 1,5 bis 3,5% eines oder

   sammensetzung 14,5 Gewichtsprozent C, 3,3 Gewichts- mehrerer der Metalle Arsen, Antimon und Wismut,

   prozent Bi, Rest Fe — sein Reibbeiwertverlauf ist in Rest Eisen besteht.

   der Zeichnung mit 1 gekennzeichnet — wurde ver- 2. Reibwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch ge-

   ,glichen mit bekannten Reibwerkstoffen, wobei die mit 60 kennzeichnet, daß in dem Legierungsbereich von

   2 und 3 gekennzeichneten Meßergebnisse sich auf 1,5 bis 3,5% mindestens 50% Wismut bei An-

   Reibwerkstoffe nach der deutschen Auslegeschrift Wesenheit von Arsen und/oder Antimon anwesend

   1 205 286 und der mit 4 gekennzeichnete Kurvenverlauf sind.

   Hierzu 1 Blau Zeichnungen