4. В чем отличие антифрикционных чугунов, особенности состава, технологии плавки и литья?

Основными структурными составляющими, обеспечивающими необходимые свойства антифрикционных чугунов, являются перлит различной дисперсности (иногда аустенит) и графит различной формы (ГОСТ 1585-85). Количество структурно-свободного феррита обычно ограничивают до 30%, а в чугунах, предназначаемых для работы в особо жёстких условиях, до 10-15%. Стабилизация перлита во многих случаях обеспечивается легированием чугуна медью в количествах до 1,5-1,6 %.

ГОСТ 1585-85 распространяется на антифрикционные чугуны для отливок, работающих в узлах трения со смазкой и включает 10 марок. Указанный стандарт определяет химический состав чугунов и их твердость, а микроструктура определяется ГОСТ 3443-88.

Заготовки и втулки для деталей подшипниковых узлов, поршневых колец, роликов и т.п. (рис. 1).

АЧС-1 - Для работы в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧС-2 - То же

АЧС-3 - Для работы в паре с закаленным или нормализованным валом или валом, не подвергающемся термической обработке

АЧС-4 - Для работы в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧС-5 - Для работы в особо нагруженных узлах трения в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧС-6 - Для работы в узлах трения при температуре до 300°С в паре с валом, не подвергающимся термической обработке

АЧВ-1 - Для работы в узлах трения с повышенными окружными скоростями в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧВ-2 - Для работы в условиях трения с повышенными окружными скоростями в паре с валом, не подвергающимся термической обработке

АЧК-1 - Для работы в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧК-2 - Для работы в паре с валом, не подвергающемся термической обработке

Применение антифрикционных чугунов

• На Брянском центральном заводе железнодорожной техники освоено производство поршневых колец из чугуна АЧВ-М. Эти кольца обладают высокой износостойкостью в условиях работы трения со смазкой, высокими прочностными свойствами при повышенных температурных режимах работы и хорошими антифрикционными свойствами.  

 

Основными структурными составляющими, обеспечивающими необходимые свойства антифрикционных чугунов, являются перлит различной дисперсности (иногда аустенит) и графит различной формы (ГОСТ 1585-85). Количество структурно-свободного феррита обычно ограничивают до 30%, а в чугунах, предназначаемых для работы в особо жёстких условиях, до 10-15%. Стабилизация перлита во многих случаях обеспечивается легированием чугуна медью в количествах до 1,5-1,6 %. Но в последнее время разработаны и находят применение чугуны с более высоким содержанием меди, например, АЧС-М и      АЧВ-М  . Особенностью этих чугунов является не только высокая дисперсность перлита, но и наличие включений структурно-свободной медистой фазы. Как показывают результаты проведенных лабораторных, стендовых и производственных испытаний и практика эксплуатации изделий из этих чугунов, особенности их структуры проявляются в заметном улучшении триботехнических характеристик изделий. Установлено, что графит при содержании его в структуре чугуна в количестве 1-1,5 % повышает износостойкость и снижает коэффициент трения, что особенно характерно для работы в условиях граничного трения.

Эффективность влияния графита зависит от формы его включений. В чугуне с пластинчатым графитом положительное действие графита характерно до 2,7-2,9 % его содержания в структуре. Для чугунов с шаровидным графитом изменение характера влияния графита не выявлено во всём исследованном интервале содержаний углерода.

Наличие медистой фазы в количестве 1,5-2 % также способствует снижению коэффициента трения и повышает работоспособность чугуна в наиболее тяжёлых условиях. Так, например, чугуны с повышенным содержанием меди способны выдерживать следующие критические режимы:

чугун АЧС-М      -       РV до 20 МПа·м/сек,

чугун АЧВ-М      -       РV до 50 МПа·м/сек.

Однако при общем содержании меди в чугуне более 3,5-4  % эффективность ее влияния снижается и ее использование в больших количествах становится технически и экономически невыгодным.

В чугунах с рекомендуемой структурой в значительной степени проявляется эффект Крагельского: на всех зависимостях для исследованных чугунов при больших нагрузках интенсивность снижения коэффициента трения выше, чем у бронзы, причем при удельных нагрузках около 10 МПа у этих чугунов коэффициент трения может быть даже ниже, чем у бронзы. Преимуществом антифрикционных чугунов перед бронзой при работе в условиях граничного трения является также более высокая износостойкость, особенно при больших нагрузках.

У бронзы эффект Крагельского проявляется по-иному: значительное снижение коэффициента трения наблюдается при нагрузках до 3-4  МПа; в дальнейшем этот эффект резко снижается и наблюдается катастрофический износ, что свидетельствует о нецелесообразности использования бронзы при таких жёстких режимах.

Сильное влияние на работоспособность чугунов в условиях трения оказывают высокотвёрдые карбидные фазы; половинчатые чугуны, в структуре которых находятся специальные карбиды типа МС или М₇С₃, обладают наиболее высокой и стабильной износостойкостью при всех использованных режимах трения. На этих чугунах очень сильно проявляется эффект Крагельского. Из половинчатых чугунов наиболее износостойкими являются разработанные чугуны с шаровидным графитом, специальными карбидами и метастабильной аустенитной матрицей, которая обеспечивает и достаточно высокую ударную вязкость сплава, и, наклёпываясь значительно повышает его износостойкость.

Недостатком использования таких чугунов является возможный повышенный износ сопряжённого тела; поэтому необходимыми условиями работоспособности триботехнических пар с этими чугунами являются повышение твёрдости сопряжённой детали до HRC 45-50 и увеличение времени приработки подшипникового узла до 5-12 ч.