, аспирант,
Новосибирский государственный технический университет, 30092, г. Новосибирск, ,
тел.(3833)-46-06-12
E-mail: *****@***ru
Существует проблема высокого износа втулок скольжения опорных катков экскаватора ЭКГ-8. На данный момент в крупных узлах трения скольжения экскаватора используется бронза (ГОСТ 493), либо антифрикционный чугун АЧС-1 (ГОСТ 1585). Втулки выходят из строя в течение 1 - 2 месяцев. Сплавы на железоуглеродстые сплавы с высоким содержание меди являются перспективными антифрикционными материалами для крупногабаритных тяжелонагруженных узлов трения скольжения [1]. Ранее нами были проведены исследования, направленные на изучение влияния меди на свойства заэвтектоидной стали, для сравнения их с существующими материалами. Было показано, что при повышении содержания меди в стали и чугуне киэффициент трения снижается [1, 2]. Данная работа направлена на исследование влияния меди на износостойкость графитизированной заэвтектоидной стали.
Для анализа влияния меди были сделаны 4 отливки при помощи индукционной печи ОКБ-281 с основной футеровкой и емкостью тигля 750 кг. Графитизация заэвтектоидной стали проведена при помощи внутриформенного модифицирования силикокальцием (ГОСТ 4762 – 71).
Химический анализ отливок был выполнен на оптическом эмиссионном спектрометре ARL 3460, результаты химического анализа показаны в таблице 1.
Таблица 1. Химический состав отливок.
Маркировка отливки | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Cu | Al | Fe |
1 | 2,1 | 0,36 | 0,29 | 0,01 | 0,01 | 0,03 | 0,04 | 0,1 | 1,2 | Ост. |
2 | 2,97 | |||||||||
3 | 5,03 | |||||||||
4 | 8,76 |
Микроструктурные исследования проводились на оптическом микроскопе Carl Zeiss Axio Observer A1m на шлифах, химически травленных четырехпроцентным спиртовым раствором HNO3. Структура графитизированной заэвтектоидной стали состоит из пластинчатого перлита и компактного графита, окруженного ферритом (рис. 1 а). с повышение содержания меди форма графита постепенно изменяется и при содержании меди 8,75 % графит имеет вермикулярную форму и располагается в междендритном пространстве (рис. 1 б). При больших увеличениях видно, что пластинки графита в скоплениях имеют длину 1 – 2 мкм. Известно, что увеличение содержания меди в железоуглеродистых сплавах приводит к увеличению дисперсности перлита [3]. Вероятно, медь оказывает влияние на скорость кристаллизации.
Одной из особенностей железоуглеродистых сплавов с высоким содержанием меди является наличие глобулярных медьсодержащих включений (рис. 1 б). При содержании 5,03 % такие включения не наблюдаются. На рис. 2 показано распределение по размерам таких включений в отливке, содержащей 8,76 % Cu. Заметно, что распределение имеет 2 пика, приходящихся на ~ 10 мкм и ~ 70 мкм. Вероятно это включения, образовавшиеся в разных условиях при разной температуре.
Рис. 1. Структура графитизированной заэвтектоидной стали, легированной (а) 0,1 % Cu и (б) 8,76 % Cu (1 – феррит, 2 – графит, 3 – медьсдержащее включение)
Рис. 2. Распределение по размерам медьсодержащих включений в графитизированной заэвтектоидной стали, содержащей 8,76 % Cu.
|
| ||||
Рис. 3 – Влияние меди на твердость графитилизованной заэвтектоидной стали, (а) и микротвердость перлита (б). |
Измерения твердости по Бринеллю проведены по ГОСТ 9012 на приборе ТШ-2 при нагрузке на индентор 3000 кг. Твердость по Виккерсу оценивалась на микротвердомере Wolpert Group 402MVD при нагрузке на алмазный индентор 100 г. На рис. 3 заметно, что медь вызывает увеличение микротвердости перлита и твердости графитизированной заэвтектоиднгой стали. незначительно падение при содержании в отливке 5,03 % Cu и достаточно большие доверительные интервалы вероятно связаны с наличием графита и изменением его распределения а также с неоднородностью литой структуры. Динамика роста микротвердости с повышением содержания меди с железоуглероистых сплавах подтверждается более ранними исследованиями [2, 4].
Рис. 4. Влияние меди на износостойкость графитизированной заэвтектоидной стали в сравнении со стандатрными антифрикционными материалами.
Износостойкость определялась по схеме «диск – плоскость» на машине трения СМТ-1 при нагрузке (P) 500 Н при скорости скольжения 50 м/мин в условиях смазки пары трения минеральным маслом. Площадь контакта составляла 2 см2. С повышение содержания меди износостойкость графитизированной заэвтектоидной стали увеличивается. Износостойкость графитизированной заэвектоидной стали легированной 8,85 % Cu почти в 5 раз выше износостойкости БрА9Ж3Л и на 75 % выше износостойкости антифрикционного чугуна АЧС-1.
Список литературы:
1. Степанова меди на антифрикционные свойства серых чугунов / , , В. Кумар // Обработка металлов. Технология. Оборудование. Инструменты. - 2012. - № 1(54). - С. 81-84
2. Stepanova N. V. The effect of doping with copper and aluminium on structure, mechanical and friction properties of steel / N. V. Stepanova, A. A. Razumakov // The 8 international forum on strategic technologies (IFOST 2013) : proc., Mongolia, Ulaanbaatar, 28 June – 1 July 2013. – Ulaanbaatar, 2013. – Vol. 1. – P.240-242.
3. Медь в черных металлах / Под ред. И. Ле. Мэя, Л. М. –Д. Шётки: Пер. с англ. Под ред. . М.: Металлургия, 1988. -311 с.
4. Степанова содержания меди на структуру и механические свойства стали 30ЮЛ / , , // Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе : материалы 11 Всерос. науч.-практ. конф., Новосибирск, 27 марта 2013 г. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2013. – С. 329-332.
