УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ОТВЕТСТВЕННОГО ЛИТЬЯ ДЛЯ ТЕПЛОВОЗОСТРОЕНИЯ
Тупатилов Е.А., Стафеев А.В. (БГТУ, ОАО БМЗ, г. Брянск, РФ)
The report contains results of researches, connected with an improvement in quality of castings of brakes for a railway transport.
Тормозные колодки для тепловозов работают в условиях интенсивного трения и износа. В связи с этим к литым чугунным заготовкам для этих деталей предъявляются все более жесткие требования по механическим и эксплуатационным свойствам.
Масса отливки 14,7 кг. Материал - фосфористый спецчугун: (2,6-3,5) % C, (0,5-1,2) % Si, (0,3-1,0) % Mn, (0,3-0,9) % P, до 0,22 % S. Структура должна содержать 100% перлита, допускается до 3% цементита. Дополнительную жесткость и прочность колодке придает стальной каркас толщиной 5 мм, сплавленный с отливкой со стороны, противоположной плоскости катания.
При производстве отливок по базовой технологии в них наблюдалось большое количество усадочной рыхлоты и газовых пузырей. При заливке формы чугуном стальной каркас науглераживался на глубину 0,8-1,5 мм, что недопустимо. Неблагоприятное расположение каркаса (пришпиливание к верхней полуформе) в условиях конвейерной транспортировки часто приводило к его смещению и искажению конфигурации отливки. Кроме того, изготовленные по базовой технологии отливки не отвечали возросшим требованиям по твердоси и прочности на излом.
Согласно действующей на предприятии системе управления качеством, оптимизация технологических процессов рассматривается в трех аспектах: технология формы, химический состав металла, а также технология плавки, модифицирования и заливки.
Для более жесткого крепления каркаса к форме конструкцию последней изменили: каркас перенесли в нижнюю полуформу, рабочую часть отливки оказалась расположена в верхней.
Исследования показали, что на газовую пористость оказывают влияние два фактора: газотворная способность формы и загрязненная поверхность каркаса. Формы изготавливаются по-сырому машинной формовкой. Уменьшения газотворной способности и увеличения газопроницаемости можно достигнуть двумя путями: подсушкой форм и изменением их состава. В условиях серийного производства и машинной формовки был принят второй вариант. Использование специальных добавок в смесь позволило уменьшить ее влажность с 3,5 % до 2,8-3 % без снижения технологических свойств. Форму покрывали двумя слоями краски на основе воды, поташа, кальцинированной соды, каолина, маршалита и каменноугольной пыли. Увеличения вентиляции формы достигали за счет введения дополнительных каналов по всей поверхности формы. Стальные каркасы для очистки поверхности и предотвращения окисления подвергали пескоструйной обработке с последующим окунанием в щелочь. В результате газовая пористость исчезла полностью не только в ответственной части (плоскости катания), но и во всем теле отливки.
Для предотвращения науглераживания каркаса наибольшую эффективность показало двухслойное антицементационное покрытие с провяливанием в течение одного часа после каждой окраски. Науглераживание уменьшилось до допустимого уровня.
Колодки не выдерживали испытания на излом из-за малой прочности каркаса. После замены материала каркаса сталь 09Г2С на Ст3 при испытаниях каркас не ломался даже после надлома основного тела колодки.
Твердость по сечению колодки составляла 217-220 НВ при минимально допустимой 232 НВ. Исследование влияния химического состава, технологии модифицирования и заливки на микроструктуру и свойства отливки позволило сделать следующие выводы. По базовой технологии чугун имел состав 3,2 % С, 0,9 % Si, 0,8 % Mn, 0,35 % P, 0,05% S. Оптимальным же является содержание элементов, способствующее получению более "жесткого" чугуна: 2,9 % С, 1 % Si, 0,8 % Mn, 0,5 % P, 0,05% S. Количество модификатора увеличили с 1 % силикобария и 1 % силикокальция до 1,5 % каждого. Исследование влияния температуры заливки на твердость колодки при оптимальном химическом составе показало твердость достигает минимально допустимого предела 230 НВ уже при первоначальной температуре заливки 1370 8С и возрастает до 280 НВ при снижении температуры до 1340 8С. Цементит в структуре исчез полностью (по базовой технологии он составлял 3 %), структура стала более плотной.
Данные исследования позволили определить степень влияния различных технологических факторов на параметры качества отливки, что позволило оптимизировать техпроцесс, обеспечить стабильное качество отливки в условиях серийного производства.
Опыт в области управления качеством литейной продукции на ОАО БМЗ свидетельствует, что только системный научный подход в опытно-промышленных исследованиях позволяет оперативно решать проблемы качества при совершенствовании базовых технологий и освоении новых видов продукции.