Глава 6. Отливки из антифрикционных чугунов

6.1. Общая характеристика

Антифрикционные сплавы, предназначенные для применения в узлах трения со смазкой, должны обеспечивать нормальную работу трущихся деталей как в период приработки, так и при последующей эксплуатации, без заедания и образования задиров, а также обладать высокой износостойкостью. Они должны характеризоваться низким коэффициентом трения при работе в паре с контртелом (обычно со сталью) и обеспечивать сохра­нение пленки смазки на поверхности трения в широком диапа­зоне нагрузок, скоростей скольжения и температур.

Антифрикционные чугуны (ГОСТ 1585 - 85), содержащие в структуре включения пластинчатого, компактного и шаровид­ного графита, достаточно полно отвечают указанным требова­ниям. Перлитная, перлито-ферритная и аустенитная структуры металлической основы этих чугунов сообщают им хорошую не­сущую способность при трении и износостойкость. Дополнитель­ное повышение износостойкости антифрикционных чугунов обе­спечивается наличием в их структуре небольших количеств цементита и фосфидной эвтектики, имеющих высокую микро­твердость. Включения графита способствуют эффективному са­мосмазыванию при трении и хорошему удержанию смазочных масел, гарантируя наличие пленки смазки в самых тяжелых условиях трения и предотвращая заедание. Кроме того, вслед­ствие наличия в структуре включений графита чугун имеет вы­сокую теплопроводность, что обеспечивает хороший теплоотвод от поверхностей трения и нормальные тепловые условия работы узла трения.

Основными преимуществами антифрикционных чугунов в сравнении с цветными антифрикционными сплавами (оловян­ными и безоловянными бронзами, цинковыми и алюминиевыми сплавами, оловянными и свинцовыми баббитами) являются: высокая износостойкость, хорошая работоспособность при высо­ких давлениях и граничной смазке, низкая стоимость. Так, например, баббиты из-за своей низкой прочности (_В со­ставляет 40 - 100 МПа) не способны выдерживать больших дав­лений, а вследствие низкой температуры плавления (340 - 470 °С) - относительно небольшого нагрева в зоне трения. Большинство цветных антифрикционных сплавов содержит дефицитные и дорогостоящие элементы (олово, свинец, медь, цинк и другие), что сдерживает применение этих сплавов. При выборе антифрикционного материала следует также учитывать, что повышение температуры в зоне трения оказывает меньшее влияние на изменение величины коэффициента трения чугуна (по стали), чем бронзы или баббита.

6.2. Марки антифрикционных чугунов, их основные свойства, области применения

ГОСТ 1585 - 85 устанавливают 10 марок антифрикционного чу­гуна для отливок, работающих в узлах трения со смазкой. Стан­дарт регламентирует их химический состав (табл. 6.1), микро­структуру и твердость (табл. 6.2).

Чугуны марок АЧС-1 - АЧС-6 - серые, с пластинчатым гра­фитом и различной структурой матрицы.

Чугуны марок АЧС-1 - АЧС-4 имеют преимущественно пер­литную структуру металлической основы за счет легирования небольшими добавками меди, хрома, никеля, титана или сурьмы. Наличие 0,15 - 0,40 % фосфора в составе этих чугунов обеспе­чивает формирование в их структуре высокотвердой фосфидной эвтектики.

Чугун марки АЧС-5 содержит 7,5 - 12,5 % марганца и имеет аустенитную металлическую основу с включениями пластинча­того графита и марганцевых карбидов, от количества которых, а также наличия мартенсита зависит его твердость (НВ 140 - 290). Оптимальное содержание марганца в чугуне марки АЧС-5 для обеспечения аустенитной структуры матрицы в отливках различной толщины (L), приведены ниже:

L, мм Мn, %

От 5 до 10 …...... От 7,6 до 8,5

Св. 10 до 20 …..... Св. 8,6 до 9,6

Св. 20 до 30 …..... Св. 9,6 до 10,6

Св.30 до 40 .......... Св. 10,6 до 11,6

Св.40 до 60 ........ Св. 11,6 до 12,6

Чугун марки АЧС-6 легирован 0,5 - 1,0 % РЬ и 0,6 - 1,0 % Р. Он имеет перлитную металлическую основу, а также фосфидную эвтектику в своей структуре. Такое легирование обеспечивает наличие равномерно распределенной микропористости, что позволяет чугуну этой марки хорошо удерживать смазку на поверхности и сообщает ему хорошие антифрикционные свойства.

Чугуны марок АЧВ-1 и АЧВ-2 - высокопрочные, с шаро­видным графитом с перлитной (АЧВ-1) и перлито-ферритной (АЧВ-2) металлической основой. Их твердость составляет соответственно 210 – 260 НВ и 167 – 197 НВ.

При выборе антифрикционного материала необходимо стре­миться обеспечить минимальную величину коэффициента трения с целью снижения потерь на трение и предотвращения чрезмерного нагрева трущихся поверхностей. В табл. 6.3 при­ведены величины коэффициентов трения (по стали) антифрикционных чугунов и некоторых других широко применяющихся антифрикционных сплавов.

Таблица 6.3

Коэффициент трения некоторых антифрикционных сплавов

Вид сплава	Коэффициент трения скольжения
	со смазкой	без смазки
Антифрикционные чугуны	0,004-0,100	0,12-0,80
Баббиты	0,004-0,009	0,24-0,44
Оловянные бронзы	0,005-0,014	0,10-0,30
Безоловянные бронзы	0,009-0,017	0,20-0,70
Алюминиевые бронзы	0,001-0,016	0,18-0,30

Коэффициент трения, характеризующий антифрикционные свойства сплава, зависит не только от его структуры, но также от качества обработки трущихся поверхностей, наличия смазки, скорости скольжения и температуры.­

Основными факторами, которые следует учитывать при выборе марки антифрикционного чугуна, являются условия работы узла трения (величины скоростей скольжения и давления), а также вид, состояние и твердость материала сопряженной тру­щейся детали.

Антифрикционные чугуны следует применять для работы в паре с деталями, имеющими высокую твердость (например, термически обработанными сталями). Необходимо обеспечи­вать высокую чистоту обработки рабочих поверхностей и точ­ное, без перекосов, их сопряжение при монтаже узла. Следует предусмотреть увеличение на 15 - 30 % величин зазоров между трущимися поверхностями по сравнению с установленными для бронзы, а при наличии значительного нагрева узла трения в работе - до 50%. Для предупреждения искрения и значи­тельного нагрева необходима непрерывная качественная смазка узла трения. В начальном периоде следует производить приработку на холостом ходу, а затем постепенно повышать рабочие нагрузки.

Из антифрикционных чугунов изготавливают разнообразные детали узлов трения (втулки, вкладыши, подшипники скольже­ния, уплотнения, ролики); изнашивающиеся детали горноруд­ного и угольного оборудования, строительных и дорожных ма­шин, тракторов и экскаваторов, сельскохозяйственных машин; некоторые трущиеся детали турбин, компрессоров, двигателей и насосов.