CC BY
56
Ш/ш** re ктпглтТЕ
1 1 (52). 2819-—-
Литейное материаловедение, специальные способы литья
Efficiency of use of plugs from grey and high-strength cast irons, received by a «Freezing-up» technology of continuous- iterative casting, as sliding friction bearings in the various hard loaded knots is shown.
A. M БОДЯКО; С. А ГАЛАГАЕВ, А. А. БОДЯКО, A. A. СУПОНЕВ, УЧНПП «ТЕХНОЛИТ»
НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДА НАМОРАЖИВАНИЯ ПРИ ЛИТЬЕ ЧУГУНОВ
УДК 621.74
В 2006 г. УЧНПП «Технолит» впервые в литейной практике освоил на промышленном уровне принципиально новую технологию непрерывно-циклического литья намораживанием (НЦЛН) полых цилиндрических заготовок из чугуна различного класса и марок (рис. 1, 2) [1]. Отливки используются для изготовления широкой гаммы поршневых и уплотнительных колец для ДВС, компрессоров и турбокомпрессоров, КПП и ГМП, а также для гильз цилиндров, втулок и других деталей типа тел вращения для различных машин, механизмов и агрегатов. Специалисты «Техноли-та» постоянно работают над совершенствованием этой уникальной и высокопроизводительной технологии литья и расширением границ ее использования. Устоявшиеся воззрения о свойствах отливок из чугуна, полученных традиционным способом в земляные формы либо центробежным литьем, не позволяли и, к сожалению, не позволяют в должной мере применять их в качестве полноценного конструкционного материала. Знания в области материаловедения и главной его составляющей металловедении, накопленные за годы работы в науке, большой практический опыт работы с де-
талями, получаемыми из НЦЛН отливок и базирующаяся на этом смелость в принятии инженерных решений, позволили существенно расширить диапазон возможностей метода литья намораживанием, а это, в свою очередь, позволяет все больше развеивать негативное мнение о чугунах и повышать привлекательность к ним со стороны действующих производств. Так, в последнее время конструкторы РУП «МТЗ», ОАО «МАЗ», БелАЗ, МЗКТ, ОАО «БелКард», РУПП «Борисовский завод «Автогидроусилитель», «Бобруйсксельмаш», Петербургского и Харьковского тракторных заводов, ряда других промышленных предприятий Беларуси и за ее пределами, а также специалисты железной дороги все чаще применяют комплектующие из наших специальных чугунов при разработке новых и совершенствовании действующих конструкций, в том числе и в тех узлах, где ранее применялись только стали или антифрикционные бронзы.
Текущий кризисный год отмечен освоением производства широкой гаммы втулок, применяемых в качестве подшипников скольжения в раз-
Рис. 1. Литейный цех УЧНПП «Технолит»
Рис. 2. Линия однопозиционных машин литья намораживанием
г^тштйшш /1Я7
--3(52), 2009 / IIIf
Таблица
Применяемость Наименование Диаметр наружный, мм Толщина стенки, мм Высота, мм Масса, кг
К-700 Втулка полурамы 744Р1-28.11.044 367 16 122 11,2
Втулка полурамы 700А.28.02.079 305 10 120 5,8
ЦОМ БелАЗ Направляющая верхняя 75212-8603371-11 350 12,5 55 4,1
Направляющая верхняя 75212-8603370-11 300 12,5 55 3,5
Направляющая (два полукольца) 75212-8603403-11 337 11 55 4,2
Направляющая (два полукольца) 75212-8603401-11 287 11 55 3,4
Рис. 3. Втулки полурамы трактора К-700
личных тяжело нагруженных узлах, в том числе достаточно крупногабаритных, таких, как втулки шарниров складывающейся рамы трактора К-700, направляющие втулки и полукольца цилиндров опрокидывающего механизма (ЦОМ) карьерных самосвалов БелАЗ. Геометрические параметры некоторых деталей приведены в таблице.
Втулки полурамы трактора К-700 (рис. 3) имеют конструкцию с тонким буртом и традиционно изготавливаются из сталей 45, 40Х с последующим упрочняющим воздействием - хромированием либо цементацией внутренней рабочей поверхности, закалкой. Втулки, полученные методом НЦЛН из ЧШГ следующего химического состава: С - 2,9-3,6%; - 2,4-3,2; Мп - до 0,6; Сг - до 0,1; Си - 0,2-0,5; Р - до 0,1; Б - до 0,03%, обеспечивают заданные прочностные и износостойкие свойства в литом состоянии. При этом металлическая основа чугуна состоит из тонкопластинчатого перлита с включениями феррита, расположенного
в основном в виде оторочек вокруг глобулей графита (рис. 4). Твердость - 104-108 HRB.
Для получения в отливке шаровидного графита требуемой формы использовали модификатор ELMAG 5800 фирмы «Elkem» (Норвегия), вводимый в ковш методом сандвич-процесса. Отжиг отливок проводили без дополнительного нагрева (за счет теплоты кристаллизации) в индивидуальных теплоизолированных камерах, футерованных газосиликатными блоками, которые традиционно используются в строительстве, но оказались при этом неплохим, хорошо обрабатывающимся и достаточно дешевым огнеупорным материалом. Пер-литизацию матрицы проводили путем охлаждения отливок на воздухе в период эвтектоидных превращений.
Для контроля температуры расплава и отливок применяли бесконтактный пирометр инфракрасного излучения Cyclops 100 фирмы «Land» (Великобритания), для контроля химического состава, включая экспресс-анализ, - спектрометр Foundry-Master (Германия).
Значительные изменения произошли в обслуживании и эксплуатации индукционных печей ИСТ-0,4. Футеровка осуществляется огнеупорной смесью Dorit фирмы «Elkem». Спекание проводится в автоматическом режиме с поддержанием заданной во времени температуры, для этого нашими специалистами разработано и изготовлено специальное контрольно-управляющее устройство.
Рис. 4. Микроструктура втулок из ВЧШГ, полученных литьем намораживанием. х100
1ЙЙ /1» к шттмтт
■ ии/ 3(52),2009-
В результате, несмотря на выпуск расплава небольшими порциями с выдержкой и подогревом остающегося в печи металла и полное остывание печей в перерывах между плавками, смогли обеспечить стойкость футеровки до перебивки на уровне 250 плавок.
Опрокидывающий механизм самосвалов МАЗ, БелАЗ и других состоит из телескопических ступенчатых цилиндров, обеспечивающих быстрый подъем платформы, опускание под собственной массой, а также остановку в любом положении. При этом детали цилиндров испытывают высокие контактные давления и динамические нагрузки. Поэтому для изготовления направляющих и уплотняющих элементов телескопических гидроцилиндров конструкторы вынуждены были применять высокопрочный чугун типа ВЧ45 и даже ковкий чугун, а для подобных деталей БелАЗ диаметром свыше 200 мм - стальные заготовки, в которые закатывалась бронзовая полоса.
Инженерно-техническим персоналом УЧНПП «Технолит» совместно с конструкторами ОАО «МАЗ» и БелАЗ было найдено техническое решение изготовления как небольших тонкостенных деталей для ЦОМ МАЗ, так и крупногабаритных элементов ЦОМ БелАЗ из специального чугуна
с пластинчато-вермикулярным графитом (ЧПВГ) взамен ВЧ, КЧ и сталебронзового подшипника (рис. 5).
Отливки, полученные методом НЦЛН для деталей такого типа характеризуются следующими параметрами (рис. 6). Химический состав чугуна: С - 2,8-3,4%; Si - 1,6-2,2; Мп - 0,6-1,2; Си - 0,20,5; Ni - 0,15-0,45, Сг - до 0,15; Р - до 0,2; S - до 0,04%; твердость 100-104 HRB; модуль упругости 130-150 ГПа.
Для получения графита такой формы использовали модификатор Barinoc inoculant фирмы «Elkem». Отжиг и охлаждение отливок проводили по описанной выше технологии.
При испытаниях гидроцилиндров, проведенных службой главного конструктора МАЗ, установлено, что после 30 тыс. циклов износ на направляющих втулках, кольцах и полукольцах отсутствовал, задиров на сопрягаемых деталях нет. Чугунные комплектующие признаны годными для серийного производства.
Только для БелАЗ в 2009 г. освоено 12 наименований деталей, для МАЗ -23 и для Петербургского тракторного завода - 64. И все они — взамен сталей, бронз и чугунов более высоких марок. Хорошие результаты получены при уста-
Рис. 5. Полукольца и направляющие ЦОМ самосвалов МАЗ и БелАЗ
Рис. 6. Микроструктура направляющих ЦОМ, изготовленных методом НЦЛН из чугуна с пластинчато-вермикулярным
графитом. *100
Рис. 7. Отливки, полученные методом НЦЛН, для втулок полурамы трактора К-700 и ЦОМ самосвала БелАЗ
новке втулок из ВЧШГ взамен сталей на оси балансиров техники производства «Бобруйсксель-маш». Проходят промышленные испытания аналогичные втулки на балансирах самосвалов МАЗ и КАМАЗ, изготавливаемые соответственно из бронзы и полимерных материалов. Но, пожалуй, самым ярким моментом стала замена стали 110Г13Л на специальный высокопрочный чугун в люлечном подвешивании и рессорных опорах электровоза ВЛ80с.
При разработке технологии получения отливок для втулок полурамы К-700 и деталей ЦОМ (рис. 7) столкнулись с рядом особенностей литья больших диаметров, главной из которых является продолжительное время формирования отливки -
штгГ:гг гс тмчта /-то
-3(52),2009/ IIIV
от 1 мин для СЧ до 1,45 мин для ВЧ. Это потребовало применения новых подходов в проектировании литейной технологической оснастки. Например, втулка кристаллизатора для получения крупногабаритного литья имеет принципиально новый подвод охлаждающей жидкости, более эффективный для условий продолжительного формирования отливок таких размеров и массы. Установили также, что известные ранее расчеты, применяемые для проектирования литниково-питающих систем, справедливы только для отливок с наружным диаметром до 250 мм. При увеличении диаметра отливки свыше этого предела увеличение элементов литниковой системы (диаметра заливочной чаши и ее глубины) не дает желаемого результата и становится нецелесообразным.
Таким образом, для обеспечения производства качественными отливками больших диаметров сконструированы и изготовлены кристаллизаторы и вся необходимая технологическая литейная оснастка, определены технологические параметры литья и режимы термообработки, оптимальное количество лигатуры и модификаторов.
В результате смогли успешно заменить дорогостоящие комплектующие на более доступные аналоги из специальных ЧПВГ и ЧШГ, обладающих при этом намного большим ресурсом работы в условиях трения скольжения. К тому же стоимость таких деталей, как правило, в 1,5-2,0 раза и более ниже. Учитывая, что все современные машины и механизмы, в особенности сельскохозяйственные и строительные, имеют множество шарнирных соединений в виде подшипников трения скольжения, применение таких чугунов в масштабах страны дало бы колоссальный экономический эффект.
Литература
1.Бодяко А. М., Галагаев С. В. УЧНПП«Технолит» С. 173-182.
- от науки к производству // Литье и металлургия. 2007. № 1.
