摩托车离合器铁基摩擦片、制备工艺及其对偶片的制作方法

专利名称：摩托车离合器铁基摩擦片、制备工艺及其对偶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及摩托车行业的离合器用湿式摩擦片及其对偶片。
背景技术：
摩托车发动机内离合器的摩擦片工作在油浴中，其工作油温为-40'C到+120'C，而 实际上，摩擦片工作面在半离合状态下的温度根据其发动机转速和半离合时间长短远远 超过+120'C。现有的湿式摩擦片采用的是橡胶软木基材料，存在不耐高温、工作寿命短、 抗过载能力弱等问题。在摩托车经常出现的故障中，摩擦片烧蚀占了很大比例，特别是 三轮车、沙滩车、大排量的赛车及越野车，摩擦片烧蚀失效己经严重影响其市场。目前 很多摩托车发动机制造厂用过载和恶劣环境下的路试来验证其摩擦片的优劣。但无论怎 样只要用橡胶软木基做的摩擦片，由于摩托车离合器的使用状况经常为半离合，摩擦片 表面温度高、变化大，因此在摩托车的使用中，特别是在三轮车、沙滩车、大排量的赛 车及越野车中都容易发生摩擦片烧蚀失效。目前，也有技术在研究采用粉末冶金材料制作摩擦片。由于摩擦片是工作在油浴中， 通常考虑到的是用铜基+合金元素等制成摩擦材料涂布在钢制骨架上烧结成摩擦片，或釆 用碳基摩擦材料+铜(15%-30%) +其它合金元素+粘接剂在200°0压制成摩擦片，这种采用大量铜基的粉末冶金摩擦材料，价格比较贵，而且工艺复杂，如需要将摩擦材料层和钢 骨架组合烧结以及材料较高的压制温度等，不利于用在摩托车行业。也有技术考虑用铁 基粉末冶金材料制成骨架，在其工作面上涂布摩擦材料热压成型，但是其工艺复杂，成 本也较高。直接采用铁基粉末冶金摩擦材料压制烧结成摩托车离合器湿式摩擦片的技术 尚未见报道。

发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提出一种摩托车离合器铁基摩擦 片、制备工艺及其对偶片，提高摩擦片的过载能力，降低成本。 本发明的技术方案如下本摩托车离合器铁基摩擦片采用铁基粉末冶金材料烧结而成，材料配方按重量百分 比包括锰1.0-6.0%、碳0.2-1.5%、铜1.0-5.5%，其佘为铁。较好的配方是锰1.5-3.5%，碳0.35-1.2%，铜1.5-3.5%,其余为铁。进一步，材料配方中还选择以下物质中的一种或几种做辅助组分硅、钼、铬、镍、 铅、硫化铁、钨、二氧化硅、硫化钙、石棉，这几种辅助组分的添加量分别为大于0并小于10.0%，总量不超过15%。较好的范围是硅、钼、铬、镍、铅、硫化铁、钨、二氧化硅、硫化钙、石棉，这几种辅助组分的添加量分别为大于0并小于5.0%，总量不超过10%。 摩擦片的密度范围6. 2-7. 2g/cm3。在摩擦片设计中，理论上认为工作在液体状态下的摩擦材料通常应以铜基为主，因 为铜基摩擦材料在液体中的摩擦系数为0.1-0. 12，摩擦系数较高，而铁基摩擦材料只有 用于干摩擦才有较大的摩擦系数，其摩擦系数为0. 28-0. 42;如果铁基用于液体的介质中， 摩擦系数会剧烈下降，例如，淬火钢对淬火钢在液体介质中摩擦系数为0.02-0.06, —般 认为这与铁基粉末冶金制品在液体介质中的摩擦系数相近(因淬火钢可视为高密度铁基 材料，密度约7.85g/cm3)。而本发明人通过反复实践，发现用粉末冶金技术，以铁基为 主加入一些合金元素，合理组配这些合金元素的含量，合理控制密度及表面粗糙度，同 时考虑耐磨性、强度及不损伤对偶片也不与对偶片发生胶合等因素，在液体介质中可显 著提高其摩擦系数。首先，通常的铁基粉末冶金材料要提高其在液体介质中的摩擦系数， 需要降低硬度、减小密度、增加孔隙，以及增加其工作表面的粗糙度，但是这样摩擦片 的强度又会减小，不耐磨，因此申请人通过降低碳含量，减小密度，增加表面粗糙度以 提高摩擦系数，同时加入适当的锰、铜，提高其耐磨性和强度，另外进一步考虑加入硅、 钼、铬、镍、铅、硫化铁、钨、石棉、二氧化硅、硫化钙等，以增加摩擦片的抗拉强度 和摩擦系数；这样，使摩擦材料在液体中的摩擦系数可以达到0.09-0. 13，这种铁基材料 的摩擦系数达到或接近铜基摩擦材料在液体工作状态下的摩擦系数(铜基摩擦材料在液 体工作状态下的摩擦系数为0.1-0.12)，可满足摩托车离合器湿式摩擦片的设计要求。 由于铁基工作面可以承受很大的载荷突变，因而非常适合摩托车离合器摩擦片的使用状 态。本发明即提出这个合理的配方。制备上述摩托车离合器铁基摩擦片的方法步骤如下(1) 混料先按配方比例将原料装入混料机，混合均匀。(2) 压型将混合均匀的原料装入模具，通过压力机压制成型，压制成型的单位压力为2-7t/cm2。(3) 烧结将压制成型的产品送入烧结炉，烧制温度为IIO(TC到1200°C，然后缓冷。(4) 整形对于烧结后达不到平整度要求的产品在压机上用模具进行校平或校平机上校平。(5) 成品。为了达到更好的使用效果，与上述摩擦片配合使用的对偶片采用软钢片制作，并在表面进行氮化或软氮化热处理，其氮化层的厚度》0.008咖，硬度》350HV0. 1。本发明的技术效果如下(1) 本发明采用铁基材料，按粉末冶金工艺流程生产成摩擦片，产品的金相组织主要为细片状珠光体+铁素体+弥散相+孔隙，见图1A和图1B，图中，l为珠光体，2为铁素 体，3为弥散相，4为孔隙。这种摩擦片与采用软钢+表面氮化或软氮化热处理制备的对 偶片构成摩擦副，应用于液体工作状态中，与传统的橡胶软木基摩擦片相比，这种摩擦 副具有很强的抗过载能力，过载时，摩擦片不会烧蚀，对偶片也不会损伤。(2) 铁基材料成本低，只有铜基材料的六分之一到十分之一；并且整体采用粉末冶 金工艺制造，相对于铜基摩擦片及基层+摩擦层组合摩擦片的制造工艺更为简单。(3) 使用寿命长。在屏显式PV摩擦试验机上进行湿式滑动摩擦试验，工作条件为 工作温度80。C到130°C、滑摩时间55小时，摩擦片厚度磨损量<0. lmra,并且摩擦片无 烧蚀，摩擦力矩〉50N.m，满足摩托车的使用要求，可以用于现有摩托车离合器上。(4) 可根据发动机排量设计与动力矩相适应的摩擦片。


图1A和图1B本发明摩擦片的金相组织。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明的技术作进一步说明 实施例(1)铁基摩擦片试样由2%锰、0.21%硅、1.7%铜、0.8%镍、0.6%碳，其余为铁组成；按上 述配方比例将原料装入混料机，将混合均匀的粉料装入模具，在单位压力5t/cm2下成型； 将压制好的产品送入烧结炉，烧制温度为1130'C到116(TC，然后缓冷，若产品表面平整 度达不到要求，需要在压机上用模具对其进行整形，最终得到成品。将上述产品在屏显式PV摩擦试验机上所测得摩擦磨损参数为摩擦8小时后磨损量0.010mm，摩擦8-35 小时磨损量0.029咖，摩擦35-55小时磨损量0.021隱，动摩擦系数0. 130，动力矩> 50N.m。摩擦片抗拉强度80-llOMPa。模拟试验条件轴向压力lkN、主轴转速1400rpm、发动机润滑油、温度80°C-130 °C;连续摩擦55小时。与这种摩擦片试样配合使用的对偶片采用Q235软钢试样，表面进行软氮化处理制得。摩擦片经摩托车装车路试5000小时，证明性能合格。实施例(2)铁基摩擦片试样由0.5%铬、5%锰、1.5%铜、0.8%钼、1.0%碳，其余为铁组成。采用 实施例1的粉末冶金工艺烧结制得。将制得的产品在屏显式PV摩擦试验机上试验试验， 试验试验条件、要求与实例(1)相同，试验结果为动摩擦系数0. 118，动力矩〉50N-m， 前28小时单片磨损量0. 035mra，后27小时磨损量0. 020mm。摩擦片抗拉强度90-120MPa。与这种摩擦片试样配合使用的对偶片采用Q235软钢试样，表面进行软氮化处理制得。摩擦片经摩托车装车路试5000小时，证明性能合格。实施例(3)铁基摩擦片试样由1.0%锰、5%铜、0.8%碳、0.1%硅、0.8%镍、1.6%硫化铁，其余为 铁组成。采用实施例(1)的粉末冶金工艺制得，在屏显式PV摩擦试验机上机上试验， 试验条件与实例(1)相同，连续磨损20小时；试验结果为动摩擦系数0.097，动力矩 >50N'm。前10小时磨损量0.015mm，后10小时磨损量0.012ram。摩擦片抗拉强度 85-llOMPa。与这种摩擦片试样配合使用的对偶片采用Q235软钢试样,表面进行软氮化处理制得。 摩擦片经摩托车装车路试5000小时，证明性能合格。 实施例(4)铁基摩擦片试样由2.5%锰、3.5%铜、0.2%碳、0.6%镍、1. 8%硫化钙、2. 2%二氧化硅， 其余为铁组成。采用实施例(1)的粉末冶金工艺制得，在屏显式PV摩擦试验机上试验， 试验条件与实例(1)相同，连续磨损20小时；试验结果为动摩擦系数0.115，动力矩 >50N.m。前10小时磨损量0.014mm，后10小时磨损量O.Ollram。摩擦片抗拉强度 85-100MPa。与这种摩擦片试样配合使用的对偶片采用Q235软钢试样,表面进行软氮化处理制得。摩擦片经摩托车装车路试5000小时，证明性能合格。 实施例(5)铁基摩擦片试样由2.5%铜、0.3%碳、0.9%镍、1.8%钼、1.2%锰、2.2%铅、3.5%硫化 钙，其余为铁组成。采用实施例1的粉末冶金工艺制得，在屏显式PV摩擦试验机上试验, 试验条件与实例(l)相同，连续磨损20小时；实验结果为动摩擦系数0.123，动力矩 >50N*m，前10小时磨损量0.014mm，后10小时磨损量0.012mm。摩擦片抗拉强度 80-105MPa。与这种摩擦片试样配合使用的对偶片采用Q235软钢试样,表面进行软氮化处理制得。 摩擦片经摩托车装车路试5000小时，证明性能合格。 实施例(6)铁基摩擦片试样由1.6%镍、2.2%铜、0.5%碳、2.8%锰、2.8%铅、0. 5%钼，其余为铁 组成。采用实施例1的粉末冶金工艺制得，在屏显式PV摩擦试验机上试验，试验条件与 实例(1)相同，连续磨损20小时；实验结果为动摩擦系数0.099,动力矩〉50N-m, 前10小时磨损量0. 016mm，后10小时磨损量0. 013mm。摩擦片抗拉强度85-100MPa。与这种摩擦片试样配合使用的对偶片釆用Q235软钢试样，表面进行软氮化处理制得。摩擦片经摩托车装车路试5000小时，证明性能合格。实施例(7)铁基摩擦片试样由1.7%镍、2. 1%铜、0.6%碳、2.9%锰、2.6%铅、0. 5%钨，其余为铁 组成。采用实施例1的粉末冶金工艺制得，在屏显式PV摩擦试验机上试验，试验条件与 实例(1)相同，连续磨损20小时；实验结果为动摩擦系数0.110，动力矩〉50N'm， 前10小时磨损量0. 017mra，后10小时磨损量0. 014咖。摩擦片抗拉强度90-llOMPa。与这种摩擦片试样配合使用的对偶片采用Q235软钢试样，表面进行软氮化处理制得。摩擦片经摩托车装车路试5000小时，证明性能合格。实施例(8)铁基摩擦片试样由2.3%铜、0.7%碳、2. 1%锰、2.5%铅、0.5%铬，其余为铁组成。采 用实施例1的粉末冶金工艺制得，在屏显式PV摩擦试验机上试验，试验条件与实例(1) 相同，连续磨损20小时；实验结果为动摩擦系数0.113，动力矩〉50N'm，前10小时 磨损量0. 018咖，后10小时磨损量0. 015mm。摩擦片抗拉强度85-105MPa。与这种摩擦片试样配合使用的对偶片采用Q235软钢试样，表面进行软氮化处理制得。摩擦片经摩托车装车路试5000小时，证明性能合格。 实施例(9)铁基摩擦片试样由1.5%镍、2. 1%铜、0.5%碳、3.2%锰、2.8%铅、0.5%钼，2. 1%石棉， 其余为铁组成。采用实施例1的粉末冶金工艺制得，在屏显式PV摩擦试验机上试验，试 验条件与实例(l)相同，连续磨损20小时；实验结果为动摩擦系数0.126,动力矩〉 50N'm，前10小时磨损量0. 016mm，后IO小时磨损量O. 013咖。摩擦片抗拉强度90-lOOMPa。与这种摩擦片试样配合使用的对偶片采用Q235软钢试样,表面进行软氮化处理制得。摩擦片经摩托车装车路试5000小时，证明性能合格。结论上述实施例表明，根据不同型号摩托车离合器摩擦片所要求的动力矩和强度，在 配方范围内调整锰、碳、铜、硅、钼、铬、镍、铅、硫化铁、钨、二氧化硅、硫化钙、 石棉等的百分含量即可达到要求，生产出的摩擦片均能满足摩托车离合器湿式摩擦片的 性能要求。
权利要求
1、摩托车离合器铁基摩擦片，摩擦片采用铁基粉末冶金材料烧结而成，其特征在于材料配方按重量百分比包括锰1.0-6.0％、碳0.2-1.5％、铜1.0-5.5％，其余为铁。
2、 根据权利要求1所述的摩托车离合器铁基摩擦片，其特征在于所述配方由以下材料配方按重量百分比包括猛1.5-3.5%，碳0.35-1.2%，铜1.5-3.5%，其余为铁。
3、 根据权利要求1或2所述的摩托车离合器铁基摩擦片，其特征在于材料配 方中还选择以下物质中的一种或几种做辅助组分硅、钼、铬、镍、铅、硫化铁、钨、 二氧化硅、硫化钙、石棉，这几种辅助组分的添加量分别为大于0并小于10.0%，总 量不超过15%。
4、 根据权利要求1或2所述的摩托车离合器铁基摩擦片，其特征在于材料配 方中还选择以下物质中的一种或几种做辅助组分硅、钼、铬、镍、铅、硫化铁、钨、 二氧化硅、硫化钙、石棉，这几种辅助组分的添加量分别为大于0并小于5.0%，总 量不超过10%。
5、 根据权利要求1或2所述的摩托车离合器铁基摩擦片，其特征在于摩擦片的密度为6. 2-7. 2g/cm3。
6、 制备权利要求1或2所述的摩托车离合器铁基摩擦片的制备方法，其特征在 于按以下步骤制备(1) 混料先按配方比例将原料装入混料机，混合均匀；(2) 压型将混合均匀的原料装入模具，通过压力机压制成型；(3) 烧结将压制成型的产品送入烧结炉烧制，然后缓冷；(4) 整形对于烧结后达不到平整要求的产品在校平压机上用模具进行校平；(5) 成品。
7、 根据权利要求6所述方法，其特征在于压制成型单位压力2-7t/cm2 。
8、 根据权利要求6所述方法，其特征在于烧制温度为1100'C到120(TC。
9、 权利要求1或2所述摩托车离合器铁基摩擦片的对偶片，其特征在于所述 对偶片采用软钢片制作，并在表面进行氮化或软氮化热处理，氮化层厚度X).005mm， 硬度》350HV0. 1。
全文摘要
本发明提出一种摩托车离合器铁基摩擦片，其采用铁基粉末冶金材料烧结而成，配方由以下成分按重量百分比包括锰1.0-6.0％、碳0.2-1.5％、铜1.0-5.5％、硅、钼、铬、镍、铅、硫化铁、钨、二氧化硅、硫化钙、石棉中的一种或几种，分别大于0并小于10.0％，其余为铁，摩擦片的密度范围6.2-7.2g/cm³。本摩擦片以铁为基，成本低，只有铜基材料的六分之一到十分之一；并且采用粉末冶金工艺制造，相对于铜基制造工艺更为简单。与上述摩擦片配合使用的对偶片采用软钢片制作，并在表面进行氮化或软氮化热处理，其氮化层的厚度≥0.005mm，硬度≥350HV0.1。该摩擦片在湿式条件下使用，既具有较高的摩擦系数(0.09-0.13)，又具有很好的耐磨性，可以用于摩托车离合器。
文档编号F16D69/02GK101328943SQ200810069998
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月18日 优先权日2008年7月18日
发明者新 扶, 曾维建, 俊 李, 勇 王, 高家诚 申请人:璧山县三泰粉末冶金有限公司;重庆大学