Наукові конференції України, Нові матеріали і технології в машинобудуванні-2020

Розмір шрифту: 
ПЕРСПЕКТИВИ ВПРОВАДЖЕННЯ ГРАФІТИЗОВАНОЇ СТАЛІ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ДЕТАЛЕЙ, ПРАЦЮЮЧИХ В УМОВАХ ТЕРТЯ
В. C. Дорошенко, О. Б. Янченко

Остання редакція: 2020-04-26

Тези доповіді


Використання у виробництві для виготовлення деталей машин та інструмента, які працюють в умовах третя, графітизованих сталей відкриває нові можливості за рахунок особливих фізико-механічних властивостей цих матеріалів. Для повної чи часткової графітизації у виробничій практиці традиційно застосовують високовуглецеві заевтектоїдні графітизовані сталі з вмістом вуглецю 1,0…1,7%. При виготовленні виливків з графітизаваної сталі після охолодження з литого стану весь вуглець, як правило, знаходиться у вигляді хімічного з’єднання з залізом, цементиту. Основний недолік цих сталей у порівнянні з чавуном – велика тугоплавкість та відповідно менша рідкотекучість і формозаповнюваність при литті, це стосується марок графітизованих сталей ЭИ293; ЭИ336; ЭИ366.

В результаті проведених експериментальних роботі розроблені нові склади зносостійкого, антифрикційного та добре оброблюваного сплаву, що має ливарні властивості, близькі до чавунів, але механічні властивості, характерні для сталей та високоміцних чавунів [1]. Для такого поліпшення характеристик вміст вуглецю у графітизованих сталях підвищили до 1,8...2,2% (тобто до границі між сталями та чавунами), вміст кремнію до 1,8...2,2%, а також, що відноситься до новизни, виконали легування сплаву поверхнево-активним елементом - сіркою, вміст якої підвищили до 0,15...1,0%.

За оглядом літератури та дослідним шляхом верхню границю вмісту сірки визначили так, що вище 1% розплав має тенденцію до розшарування на два розплави – високовуглецевий низькосірчистий та низьковуглецевий високосірчистий, тому внаслідок цього різко підсилюється мікро- та макролікваційна неоднорідність виливків. Зниження механічних властивостей сталі при цьому стає неприпустимо великим.

Високі зносостійкі властивості сірчистих високовуглецевих сплавів (у тому числі литих та спечених) обумовлені тим, що за умов тертя в структурі сплаву в зонах фазового контакту на границі між метало-сульфідним включенням та металевою матрицею відбувається контактне плавлення («зворотна» евтектична реакція) з утворенням легкоплавкої сірчистої евтектики, яка починає відігравати роль рідкого мастила, що попереджає подальше локальне зношування у цій зоні. Цим пояснюються високі антифрикційні властивості таких сплавів в умовах сухого та граничного тертя. До того ж зносостійкість підвищує графіт в структурі сталі, який разом із сіркою сприяє оброблюваності сталі на металорізальних верстатах, бо обидва збільшують крихкість стружки без можливості утворення витої стружки.

Вміст марганцю у сталі є похідним від вмісту сірки. При 0,15…0,20% S мінімальний вміст Mn, при якому не утворяться сульфіди типу сульфідів Fe, коливається в межах 1,0%...1,3%, при цьому він практично не впливає на тривалість першої стадії графітизації сталі.

Проведенні дослідження виявили оптимальний інтервал вмісту марганцю, який становить 0,4...1,3%. Чим менше відношення (% Mn / % S), тим компактніші включення графіту, але тим гірші умови відпалу сталей, що графітизуються. Тому сталі з підвищеним та високим вмістом сірки, порівняно з традиційними графітизованими, мають значно кращі триботехнічні властивості та вимагають більш тривалого графітизуючого відпалу.


Посилання


1. Савуляк В. І., Янченко О. Б. Економічні технології високоміцних графітизованих сплавів заліза: монографія. — Вінниця: Вінниц. нац. техн. ун-т. — ВНТУ, 2014. — 159 с.