Сильман Г.И. , Камынин В.В. , Тарасов А.А. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
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.