XХ Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ» Секция 6: Материаловедение ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И АНТИФРИКЦИОННЫХ СВОЙСТВ ГРАФИТИЗИРОВАННОЙ ЗАЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ, ЛЕГИРОВАННОЙ АЛЮМИНИЕМ И МЕДЬЮ Степанова Н.В. Научный руководитель: Батаев А.А., д.т.н., профессор НГТУ, 630073, Россия, г. Новосибирск, пр-т К.Маркса, 20 [email protected] Сплавы на основе заэвтектоидной стали с высоким содержание меди являются перспективными антифрикционными материалами для крупных узлов трения скольжения [1]. Коэффициент трения скольжения является определяющим параметром для подобных материалов. На данный момент в крупных узлах трения скольжения используется бронза (ГОСТ 493), либо антифрикционный чугун АЧС-1 (ГОСТ 1585). В виду этого, исследования, направленные на изучение влияния меди на свойства заэвтектоидной стали, для сравнения их с существующими материалами является актуальным. Для изучения влияния меди на структуру и антифрикционные свойства графитизированной заэвтектоидной стали, легированной алюминием были отлиты 4 образца стали с различным содержанием меди в индукционной печи ОКБ-281 с основной футеровкой и емкостью тигля 750 кг. Для получения в структуре глобулярного графита было применено внутриформенное модифирование силикокальцием (ГОСТ 4762). Химический анализ отливок проведен на оптическом эмиссионном спектрометре «ARL 3460 Quantris». Дюрометрические испытания образцов выполнены на микротвердомере 402MVD и приборе ТШ-2. Коэффициент трения скольжения материалов определялся при скорости скольжения 50 м/мин в условиях смазки пары трения минеральным маслом на машине трения ИИ5018 по схеме «диск – колодка». Площадь контакта составляла 2 см2. Al Fe Ост. 0,1 2,97 5,03 8,76 1,2 S 0,01 P 0,01 Si 0,29 Mn 0,36 2,1 1 2 3 4 Рис. 1 – Структура графитизированной заэвтектоидной стали, содержащей 0,1 % Cu и 1,2 % Al Таблица 1 - Результаты химического анализа Cu C № графит имеет хлопьевидную форму значительных изменений формы и размера графита не происходит. При повышении содержания меди до 8,76 % графит приобретает вермикулярную форму с междендритным распределением. Он представляет собой мелкую сетку из пластинок длиной около 1 - 2 мкм. Это связано с изменением скорости кристаллизации. Так, если при содержании меди 0,1 % графитовые включения окружены ферритом (рис. 1), то уже при содержании меди 2,97 % феррит в структуре не встречается. С повышение содержания меди дисперсность перлита увеличивается. Результаты химического анализа представлены в табл. 1. В результате предыдущих исследований металлографически выявлено, что медь влияет на распределение графита в структуре чугуна [1]. В данной работе исследовалось влияние меди на процесс графитизации в заэвтектоидной стали. При содержании меди до 5,03 % включительно Рис. 2 – Структура графитизированной заэвтектоидной стали, содержащей 8,76 % Cu и 1,2 % Al При содержании меди 8,76 мас. % размер медьсодержащих включений в среднем составляет 9 – 15 мкм, объемная доля частиц составляет 0,49 % (рис. 2). При меньшем содержании включения 97 XХ Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ» Секция 6: Материаловедение меди методами оптической металлографии не выявляются. Зависимости микротвердости перлита и твердости стали по Бринеллю от содержания меди, введенной в сплав, представлены на рис. 3, 4. Характер изменения твердости и микротвердости одинаков. При введении меди твердость стали возрастает от 250 до 300 НВ (рис. 4). Микротвердость медьсодержащих включений глобулярной формы, находящихся в сплаве с 8,76 % меди, составляет ~130 HV. нагрузок коэффициент трения всех образцов, содержащих медь ниже 0,01, что находится на грани разрешающей способности датчиков испытательной установки, то говорить о снижении коэффициента трения при повышении содержания меди невозможно. С повышение содержания меди увеличивается диапазон нагрузок с низким коэффициентом трения. В области высоких нагрузок на рис. 5 заметно снижение коэффициента трения при увеличении содержания меди. 0,13 0,12 450 Коэффициент трения скольжения Микротвердость по Виккерсу, HV 500 400 350 300 0 2 4 6 Cu, мас. % 8 10 Рис. 3 – Влияние содержания меди на микротвердость перлита в графитизированной заэвтектоидной стали 0,11 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,1 % Cu 2,97 % Cu 5,03 % Cu 8,76 % Cu БрА9Ж3Л АЧС-1 0,04 0,03 0,02 Твердость по Бринеллю, HB 0,01 350 0 0 500 1000 Нагрузка, Н 1500 2000 Рис. 5 – Коэффициент трения скольжения графитизированной заэвтектоидной стали с разнымсодержанием меди в сравнении с БрА9Ж3Л и АЧС-1 300 250 Выводы: 1. Медь оказывает влияние на процесс графитизации заэвтектоидной стали, за счет повышения скорости кристаллизации. 2. С повышение содержания меди до 8,67 % микротвердость перлита возрастает с 350 до 420 HV, что приводит к росту твердости с 250 до 300 НВ. 3. С повышение содержания меди в области низких нагрузок увеличивается диапазон нагрузок с низким коэффициентом трения, в области высоких нагрузок коэффициент трения снижается. 200 0 3 Cu, мас. % 6 9 Рис. 4 – Влияние содержания меди на твердость по Бринеллю графитизированной заэвтектоидной стали Для втулок в крупных узлах трения скольжения важна твердость используемого материала, поскольку зачастую проведение термической обработки вала затруднено габаритными размерами детали. Для уменьшения скорости износа вала твердость втулки должна быть меньше либо сопоставима с твердостью вала. Такие стандартные материалы, используемые в крупных узлах трения скольжения, как БрА9Ж3Л и АЧС-1 имеют твердость 100 НВ и 240 НВ соответственно. Коэффициент трения скольжения предлагаемых материалов ниже, чем у стандартных (рис. 5). Поскольку в области низких Список литературы: 1. Головин Е.Д. Влияние меди на антифрикционные свойства серых чугунов / Е.Д. Головин, В.А. Кузнецов, В. Кумар, П.А. Попелюх, Н.В. Степанова // Обработка металлов. Технология. Оборудование. Инструменты. - 2012. - № 1(54). - С. 81-84. 98
© Copyright 2021 DropDoc
