專利名稱：摩托車離合器鐵基摩擦片、制備工藝及其對偶片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及摩托車行業(yè)的離合器用濕式摩擦片及其對偶片。
背景技術：
摩托車發(fā)動機內(nèi)離合器的摩擦片工作在油浴中，其工作油溫為-40'C到+120'C，而 實際上，摩擦片工作面在半離合狀態(tài)下的溫度根據(jù)其發(fā)動機轉(zhuǎn)速和半離合時間長短遠遠 超過+120'C?，F(xiàn)有的濕式摩擦片采用的是橡膠軟木基材料，存在不耐高溫、工作壽命短、 抗過載能力弱等問題。在摩托車經(jīng)常出現(xiàn)的故障中，摩擦片燒蝕占了很大比例，特別是 三輪車、沙灘車、大排量的賽車及越野車，摩擦片燒蝕失效己經(jīng)嚴重影響其市場。目前 很多摩托車發(fā)動機制造廠用過載和惡劣環(huán)境下的路試來驗證其摩擦片的優(yōu)劣。但無論怎 樣只要用橡膠軟木基做的摩擦片，由于摩托車離合器的使用狀況經(jīng)常為半離合，摩擦片 表面溫度高、變化大，因此在摩托車的使用中，特別是在三輪車、沙灘車、大排量的賽 車及越野車中都容易發(fā)生摩擦片燒蝕失效。目前，也有技術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?？紤]到的是用銅基+合金元素等制成摩擦材料涂布在鋼制骨架上燒結成摩擦片，或釆 用碳基摩擦材料+銅(15%-30%) +其它合金元素+粘接劑在200°0壓制成摩擦片，這種采用大量銅基的粉末冶金摩擦材料，價格比較貴，而且工藝復雜，如需要將摩擦材料層和鋼 骨架組合燒結以及材料較高的壓制溫度等，不利于用在摩托車行業(yè)。也有技術考慮用鐵 基粉末冶金材料制成骨架，在其工作面上涂布摩擦材料熱壓成型，但是其工藝復雜，成 本也較高。直接采用鐵基粉末冶金摩擦材料壓制燒結成摩托車離合器濕式摩擦片的技術 尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出一種摩托車離合器鐵基摩擦 片、制備工藝及其對偶片，提高摩擦片的過載能力，降低成本。 本發(fā)明的技術方案如下本摩托車離合器鐵基摩擦片采用鐵基粉末冶金材料燒結而成，材料配方按重量百分 比包括錳1.0-6.0%、碳0.2-1.5%、銅1.0-5.5%，其佘為鐵。較好的配方是錳1.5-3.5%，碳0.35-1.2%，銅1.5-3.5%,其余為鐵。進一步，材料配方中還選擇以下物質(zhì)中的一種或幾種做輔助組分硅、鉬、鉻、鎳、 鉛、硫化鐵、鎢、二氧化硅、硫化鈣、石棉，這幾種輔助組分的添加量分別為大于0并小于10.0%，總量不超過15%。較好的范圍是硅、鉬、鉻、鎳、鉛、硫化鐵、鎢、二氧化硅、硫化鈣、石棉，這幾種輔助組分的添加量分別為大于0并小于5.0%，總量不超過10%。 摩擦片的密度范圍6. 2-7. 2g/cm3。在摩擦片設計中，理論上認為工作在液體狀態(tài)下的摩擦材料通常應以銅基為主，因 為銅基摩擦材料在液體中的摩擦系數(shù)為0.1-0. 12，摩擦系數(shù)較高，而鐵基摩擦材料只有 用于干摩擦才有較大的摩擦系數(shù)，其摩擦系數(shù)為0. 28-0. 42;如果鐵基用于液體的介質(zhì)中， 摩擦系數(shù)會劇烈下降，例如，淬火鋼對淬火鋼在液體介質(zhì)中摩擦系數(shù)為0.02-0.06, —般 認為這與鐵基粉末冶金制品在液體介質(zhì)中的摩擦系數(shù)相近(因淬火鋼可視為高密度鐵基 材料，密度約7.85g/cm3)。而本發(fā)明人通過反復實踐，發(fā)現(xiàn)用粉末冶金技術，以鐵基為 主加入一些合金元素，合理組配這些合金元素的含量，合理控制密度及表面粗糙度，同 時考慮耐磨性、強度及不損傷對偶片也不與對偶片發(fā)生膠合等因素，在液體介質(zhì)中可顯 著提高其摩擦系數(shù)。首先，通常的鐵基粉末冶金材料要提高其在液體介質(zhì)中的摩擦系數(shù)， 需要降低硬度、減小密度、增加孔隙，以及增加其工作表面的粗糙度，但是這樣摩擦片 的強度又會減小，不耐磨，因此申請人通過降低碳含量，減小密度，增加表面粗糙度以 提高摩擦系數(shù)，同時加入適當?shù)腻i、銅，提高其耐磨性和強度，另外進一步考慮加入硅、 鉬、鉻、鎳、鉛、硫化鐵、鎢、石棉、二氧化硅、硫化鈣等，以增加摩擦片的抗拉強度 和摩擦系數(shù)；這樣，使摩擦材料在液體中的摩擦系數(shù)可以達到0.09-0. 13，這種鐵基材料 的摩擦系數(shù)達到或接近銅基摩擦材料在液體工作狀態(tài)下的摩擦系數(shù)(銅基摩擦材料在液 體工作狀態(tài)下的摩擦系數(shù)為0.1-0.12)，可滿足摩托車離合器濕式摩擦片的設計要求。 由于鐵基工作面可以承受很大的載荷突變，因而非常適合摩托車離合器摩擦片的使用狀 態(tài)。本發(fā)明即提出這個合理的配方。制備上述摩托車離合器鐵基摩擦片的方法步驟如下(1) 混料先按配方比例將原料裝入混料機，混合均勻。(2) 壓型將混合均勻的原料裝入模具，通過壓力機壓制成型，壓制成型的單位壓力為2-7t/cm2。(3) 燒結將壓制成型的產(chǎn)品送入燒結爐，燒制溫度為IIO(TC到1200°C，然后緩冷。(4) 整形對于燒結后達不到平整度要求的產(chǎn)品在壓機上用模具進行校平或校平機上校平。(5) 成品。為了達到更好的使用效果，與上述摩擦片配合使用的對偶片采用軟鋼片制作，并在表面進行氮化或軟氮化熱處理，其氮化層的厚度》0.008咖，硬度》350HV0. 1。本發(fā)明的技術效果如下(1) 本發(fā)明采用鐵基材料，按粉末冶金工藝流程生產(chǎn)成摩擦片，產(chǎn)品的金相組織主要為細片狀珠光體+鐵素體+彌散相+孔隙，見圖1A和圖1B，圖中，l為珠光體，2為鐵素 體，3為彌散相，4為孔隙。這種摩擦片與采用軟鋼+表面氮化或軟氮化熱處理制備的對 偶片構成摩擦副，應用于液體工作狀態(tài)中，與傳統(tǒng)的橡膠軟木基摩擦片相比，這種摩擦 副具有很強的抗過載能力，過載時，摩擦片不會燒蝕，對偶片也不會損傷。(2) 鐵基材料成本低，只有銅基材料的六分之一到十分之一；并且整體采用粉末冶 金工藝制造，相對于銅基摩擦片及基層+摩擦層組合摩擦片的制造工藝更為簡單。(3) 使用壽命長。在屏顯式PV摩擦試驗機上進行濕式滑動摩擦試驗，工作條件為 工作溫度80。C到130°C、滑摩時間55小時，摩擦片厚度磨損量<0. lmra,并且摩擦片無 燒蝕，摩擦力矩〉50N.m，滿足摩托車的使用要求，可以用于現(xiàn)有摩托車離合器上。(4) 可根據(jù)發(fā)動機排量設計與動力矩相適應的摩擦片。


圖1A和圖1B本發(fā)明摩擦片的金相組織。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明的技術作進一步說明 實施例(1)鐵基摩擦片試樣由2%錳、0.21%硅、1.7%銅、0.8%鎳、0.6%碳，其余為鐵組成；按上 述配方比例將原料裝入混料機，將混合均勻的粉料裝入模具，在單位壓力5t/cm2下成型； 將壓制好的產(chǎn)品送入燒結爐，燒制溫度為1130'C到116(TC，然后緩冷，若產(chǎn)品表面平整 度達不到要求，需要在壓機上用模具對其進行整形，最終得到成品。將上述產(chǎn)品在屏顯式PV摩擦試驗機上所測得摩擦磨損參數(shù)為摩擦8小時后磨損量0.010mm，摩擦8-35 小時磨損量0.029咖，摩擦35-55小時磨損量0.021隱，動摩擦系數(shù)0. 130，動力矩> 50N.m。摩擦片抗拉強度80-llOMPa。模擬試驗條件軸向壓力lkN、主軸轉(zhuǎn)速1400rpm、發(fā)動機潤滑油、溫度80°C-130 °C;連續(xù)摩擦55小時。與這種摩擦片試樣配合使用的對偶片采用Q235軟鋼試樣，表面進行軟氮化處理制得。摩擦片經(jīng)摩托車裝車路試5000小時，證明性能合格。實施例(2)鐵基摩擦片試樣由0.5%鉻、5%錳、1.5%銅、0.8%鉬、1.0%碳，其余為鐵組成。采用 實施例1的粉末冶金工藝燒結制得。將制得的產(chǎn)品在屏顯式PV摩擦試驗機上試驗試驗， 試驗試驗條件、要求與實例(1)相同，試驗結果為動摩擦系數(shù)0. 118，動力矩〉50N-m， 前28小時單片磨損量0. 035mra，后27小時磨損量0. 020mm。摩擦片抗拉強度90-120MPa。與這種摩擦片試樣配合使用的對偶片采用Q235軟鋼試樣，表面進行軟氮化處理制得。摩擦片經(jīng)摩托車裝車路試5000小時，證明性能合格。實施例(3)鐵基摩擦片試樣由1.0%錳、5%銅、0.8%碳、0.1%硅、0.8%鎳、1.6%硫化鐵，其余為 鐵組成。采用實施例(1)的粉末冶金工藝制得，在屏顯式PV摩擦試驗機上機上試驗， 試驗條件與實例(1)相同，連續(xù)磨損20小時；試驗結果為動摩擦系數(shù)0.097，動力矩 >50N'm。前10小時磨損量0.015mm，后10小時磨損量0.012ram。摩擦片抗拉強度 85-llOMPa。與這種摩擦片試樣配合使用的對偶片采用Q235軟鋼試樣,表面進行軟氮化處理制得。 摩擦片經(jīng)摩托車裝車路試5000小時，證明性能合格。 實施例(4)鐵基摩擦片試樣由2.5%錳、3.5%銅、0.2%碳、0.6%鎳、1. 8%硫化鈣、2. 2%二氧化硅， 其余為鐵組成。采用實施例(1)的粉末冶金工藝制得，在屏顯式PV摩擦試驗機上試驗， 試驗條件與實例(1)相同，連續(xù)磨損20小時；試驗結果為動摩擦系數(shù)0.115，動力矩 >50N.m。前10小時磨損量0.014mm，后10小時磨損量O.Ollram。摩擦片抗拉強度 85-100MPa。與這種摩擦片試樣配合使用的對偶片采用Q235軟鋼試樣,表面進行軟氮化處理制得。摩擦片經(jīng)摩托車裝車路試5000小時，證明性能合格。 實施例(5)鐵基摩擦片試樣由2.5%銅、0.3%碳、0.9%鎳、1.8%鉬、1.2%錳、2.2%鉛、3.5%硫化 鈣，其余為鐵組成。采用實施例1的粉末冶金工藝制得，在屏顯式PV摩擦試驗機上試驗, 試驗條件與實例(l)相同，連續(xù)磨損20小時；實驗結果為動摩擦系數(shù)0.123，動力矩 >50N*m，前10小時磨損量0.014mm，后10小時磨損量0.012mm。摩擦片抗拉強度 80-105MPa。與這種摩擦片試樣配合使用的對偶片采用Q235軟鋼試樣,表面進行軟氮化處理制得。 摩擦片經(jīng)摩托車裝車路試5000小時，證明性能合格。 實施例(6)鐵基摩擦片試樣由1.6%鎳、2.2%銅、0.5%碳、2.8%錳、2.8%鉛、0. 5%鉬，其余為鐵 組成。采用實施例1的粉末冶金工藝制得，在屏顯式PV摩擦試驗機上試驗，試驗條件與 實例(1)相同，連續(xù)磨損20小時；實驗結果為動摩擦系數(shù)0.099,動力矩〉50N-m, 前10小時磨損量0. 016mm，后10小時磨損量0. 013mm。摩擦片抗拉強度85-100MPa。與這種摩擦片試樣配合使用的對偶片釆用Q235軟鋼試樣，表面進行軟氮化處理制得。摩擦片經(jīng)摩托車裝車路試5000小時，證明性能合格。實施例(7)鐵基摩擦片試樣由1.7%鎳、2. 1%銅、0.6%碳、2.9%錳、2.6%鉛、0. 5%鎢，其余為鐵 組成。采用實施例1的粉末冶金工藝制得，在屏顯式PV摩擦試驗機上試驗，試驗條件與 實例(1)相同，連續(xù)磨損20小時；實驗結果為動摩擦系數(shù)0.110，動力矩〉50N'm， 前10小時磨損量0. 017mra，后10小時磨損量0. 014咖。摩擦片抗拉強度90-llOMPa。與這種摩擦片試樣配合使用的對偶片采用Q235軟鋼試樣，表面進行軟氮化處理制得。摩擦片經(jīng)摩托車裝車路試5000小時，證明性能合格。實施例(8)鐵基摩擦片試樣由2.3%銅、0.7%碳、2. 1%錳、2.5%鉛、0.5%鉻，其余為鐵組成。采 用實施例1的粉末冶金工藝制得，在屏顯式PV摩擦試驗機上試驗，試驗條件與實例(1) 相同，連續(xù)磨損20小時；實驗結果為動摩擦系數(shù)0.113，動力矩〉50N'm，前10小時 磨損量0. 018咖，后10小時磨損量0. 015mm。摩擦片抗拉強度85-105MPa。與這種摩擦片試樣配合使用的對偶片采用Q235軟鋼試樣，表面進行軟氮化處理制得。摩擦片經(jīng)摩托車裝車路試5000小時，證明性能合格。 實施例(9)鐵基摩擦片試樣由1.5%鎳、2. 1%銅、0.5%碳、3.2%錳、2.8%鉛、0.5%鉬，2. 1%石棉， 其余為鐵組成。采用實施例1的粉末冶金工藝制得，在屏顯式PV摩擦試驗機上試驗，試 驗條件與實例(l)相同，連續(xù)磨損20小時；實驗結果為動摩擦系數(shù)0.126,動力矩〉 50N'm，前10小時磨損量0. 016mm，后IO小時磨損量O. 013咖。摩擦片抗拉強度90-lOOMPa。與這種摩擦片試樣配合使用的對偶片采用Q235軟鋼試樣,表面進行軟氮化處理制得。摩擦片經(jīng)摩托車裝車路試5000小時，證明性能合格。結論上述實施例表明，根據(jù)不同型號摩托車離合器摩擦片所要求的動力矩和強度，在 配方范圍內(nèi)調(diào)整錳、碳、銅、硅、鉬、鉻、鎳、鉛、硫化鐵、鎢、二氧化硅、硫化鈣、 石棉等的百分含量即可達到要求，生產(chǎn)出的摩擦片均能滿足摩托車離合器濕式摩擦片的 性能要求。
權利要求
1、摩托車離合器鐵基摩擦片，摩擦片采用鐵基粉末冶金材料燒結而成，其特征在于材料配方按重量百分比包括錳1.0-6.0％、碳0.2-1.5％、銅1.0-5.5％，其余為鐵。
2、 根據(jù)權利要求1所述的摩托車離合器鐵基摩擦片，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%，銅1.5-3.5%，其余為鐵。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的摩托車離合器鐵基摩擦片，其特征在于材料配 方中還選擇以下物質(zhì)中的一種或幾種做輔助組分硅、鉬、鉻、鎳、鉛、硫化鐵、鎢、 二氧化硅、硫化鈣、石棉，這幾種輔助組分的添加量分別為大于0并小于10.0%，總 量不超過15%。
4、 根據(jù)權利要求1或2所述的摩托車離合器鐵基摩擦片，其特征在于材料配 方中還選擇以下物質(zhì)中的一種或幾種做輔助組分硅、鉬、鉻、鎳、鉛、硫化鐵、鎢、 二氧化硅、硫化鈣、石棉，這幾種輔助組分的添加量分別為大于0并小于5.0%，總 量不超過10%。
5、 根據(jù)權利要求1或2所述的摩托車離合器鐵基摩擦片，其特征在于摩擦片的密度為6. 2-7. 2g/cm3。
6、 制備權利要求1或2所述的摩托車離合器鐵基摩擦片的制備方法，其特征在 于按以下步驟制備(1) 混料先按配方比例將原料裝入混料機，混合均勻；(2) 壓型將混合均勻的原料裝入模具，通過壓力機壓制成型；(3) 燒結將壓制成型的產(chǎn)品送入燒結爐燒制，然后緩冷；(4) 整形對于燒結后達不到平整要求的產(chǎn)品在校平壓機上用模具進行校平；(5) 成品。
7、 根據(jù)權利要求6所述方法，其特征在于壓制成型單位壓力2-7t/cm2 。
8、 根據(jù)權利要求6所述方法，其特征在于燒制溫度為1100'C到120(TC。
9、 權利要求1或2所述摩托車離合器鐵基摩擦片的對偶片，其特征在于所述 對偶片采用軟鋼片制作，并在表面進行氮化或軟氮化熱處理，氮化層厚度X).005mm， 硬度》350HV0. 1。
全文摘要
本發(fā)明提出一種摩托車離合器鐵基摩擦片，其采用鐵基粉末冶金材料燒結而成，配方由以下成分按重量百分比包括錳1.0-6.0％、碳0.2-1.5％、銅1.0-5.5％、硅、鉬、鉻、鎳、鉛、硫化鐵、鎢、二氧化硅、硫化鈣、石棉中的一種或幾種，分別大于0并小于10.0％，其余為鐵，摩擦片的密度范圍6.2-7.2g/cm³。本摩擦片以鐵為基，成本低，只有銅基材料的六分之一到十分之一；并且采用粉末冶金工藝制造，相對于銅基制造工藝更為簡單。與上述摩擦片配合使用的對偶片采用軟鋼片制作，并在表面進行氮化或軟氮化熱處理，其氮化層的厚度≥0.005mm，硬度≥350HV0.1。該摩擦片在濕式條件下使用，既具有較高的摩擦系數(shù)(0.09-0.13)，又具有很好的耐磨性，可以用于摩托車離合器。
文檔編號F16D69/02GK101328943SQ200810069998
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權日2008年7月18日
發(fā)明者新 扶, 曾維建, 俊 李, 勇 王, 高家誠 申請人:璧山縣三泰粉末冶金有限公司;重慶大學