Антифрикционные сплавы на основе цветных металлов

Литейные сплавы на медной основе продолжают оставаться важным антифрикционным материалом для изготовления тяжело нагруженных шестерен, червячных винтов, втулок и других деталей. Однако расширение области применения литейных сплавов на медной основе и повышение требований к качеству изделий стимулирует разработку новых и со­вершенствование существующих антифрикционных сплавов.

Высокие механические свойства получены в антифрикционных отливках из медных сплавов, содержащих 18…30 % никеля, 6…9 % алюминия и 1,7…2,5 % марганца. Составы, свойства и применение ряда литейных медных сплавов, используемых для изготовления антифрикцион­ных отливок, приведены в таблице. Эти сплавы обладают хорошей жидко текучестью и превосходят другие медные сплавы по антифрикцион­ным свойствам, твердости и устойчивости против окисления при нор­мальной и повышенной температурах.

Медь и никель при плавке загружаются вместе и расплавляются под слоем флюса из плавикового шпата и извести. Раскисление медно­никелевых сплавов производится марганцем, кальцием и магнием в количестве 0,3…0,6 % от массы сплава. При плавке сплавов с 15…30 % никеля для раскисления используется и фосфористая медь. Перед выда­чей расплава из печи берется проба для определения микроструктуры и закислённости сплава. Если она дает неудовлетворительный излом, опе­рация по раскислению повторяется.

Химические составы, применение и свойства антифрикционных медных сплавов

После расплавления меди, никеля и отходов собственного производства температура расплава доводится до 1150… 1250 °С и в него вводится цинк, предварительно подогретый до температуры 150 °С. Олово и свинец добавляются через 3…9 гс после тщательного перемешивания ванны. Затем ванна нагревается до 1250… 1280 °С, выдерживается в течение 3 .6 гс и после взятия технологических проб металл при температуре 1230… 1260 °С выпускается в предварительно подогретый ковш. Для увеличения жидко текучести сплава при заливке тонкостенных деталей в литейный ковш вводится фосфористая медь в количестве 0,1…0,26 % от массы расплава. При литье лент и полос в машиностроении используют сплавы МН19Ж и MH13A3.

Влияние более высокого содержания марганца на механические свойства отливок из оловянных бронз, в частности бронзы БрОЗЦ7С5, получаемых центробежным способом литья, показано на рисунке. При содержании марганца до 2,0 % отливки имеют достаточно высокие меха­нические свойства. При содержании марганца от 2 до 4 % отливки имеют низкую пластичность.

Отливки из бронз типа БрОЗЦ7С5Мц1,5, БрОЗЦ7С5Н и Бр04Ц4С17 и БрА7Ж1,5С1,5 могут отливаться в кок или и песчаные формы; при литье в песчаные формы механические свойства и износостойкость этих образцов значительно ниже. Оловянные бронзы при литье в кокиль и центробежным методом настолько повышают механические свойства, что в них можно заметно уменьшить содержание таких дефицитных добавок, как никель, олово, сурьма и свинец.

Отмечается повышение на 7… 12 % плотности отливок из оловянных бронз при литье в кокиль по сравнению с литьем в песчаные формы.

При высоких скоростях охлаждения, которые характерны для способов литья в металлические формы, твердость бронз с содержанием 9,0… 11,0 % олова повышается до 90… 115 НВ, а наличие разветвленных областей а-б-эвтектоидов в тонких стенках и на поверхности отливок предотвращает при трении с высокими удельными нагрузками образование и развитие петтинга и других повреждений. В то же время при не­больших скоростях охлаждения в термических узлах отливок образуются микропористость и крупнозернистая структура с незначительным содер­жанием эвтектикой, которые снижают твердость до 55…75 НВ, износо­стойкость и противозадирные свойства.

Следует отметить, что износ отливок при трении с недостаточной смазкой из БрОЮЦ2Мц, полученных в кокиль или жидкой штамповкой, наличие разветвленных областей эвтектикой на трущихся поверхностях отливок и мелкозернистая структура обеспечивают повышение износо­стойкости на 17…35 % в сравнении с отливками из этой бронзы, полученными в песчаные формы. Плотность сплава при литье в кокиль составляла 8600…8800 кг/м³, при жидкой штамповке — 8900…9100 кг/м³, а скорость изнашивания соответственно не превышала 23 и 18,7 мг/гс при скорости скольжения по чугуну марки ЧН2Х от 13,5 до 13,8 м/с.

Оловянные бронзы имеют высокую стоимость, поэтому продолжается поиск более дешевых литейных антифрикционных сплавов, например, алюминиевых бронз. Плотность бронз БрА10Ж4Н4Л и БрА10ЖЗМц2 — 7500 кг/м³. Высокую плотность (9400 кг/м³) и низкий коэффициент трения имеет бронза БрСЗО.

Изготовление на центробежных машинах отливок из алюминиевых бронз (содержащих 8,5… 18,0 % алюминия; 0,5…3,0 % никеля; 0,3… 1,0 % олова, до 7,5 % свинца и до 1,5 % железа) показало, что по износостойкости, механическим свойствам и коррозионной стойкости такие сплавы превосходят многие оловянные бронзы и могут быть рекомендованы для антифрикционных деталей, работающих в морской и пресной воде, в парах под давлением до 250 МПа, в маслах и других слабых коррозионных средах.

Имеются данные об использовании вместо бронзы марки Бр05Ц6С5 антифрикционного сплава АМ703 для изготовления подшипников НШ46У. Отливки из алюминиевых сплавов, содержащие до 15 % меди и 2…5 % олова, полученные литьем под давлением и в кокиле, обладают высокой пластичностью и хорошими антифрикционными свойствами. Размеры литых зерен в них составляют 90…380 мкм. При этом известно, чем мельче структура в отливках, тем выше предел усталости и коррозионная стойкость. С уменьшением размеров зерен в отливках повышаются износостойкость и стабильность коэффициента трения. При литье под низким давлением после термической обработки в отливках достигаются следующие механические свойства: а₁ = 320…390 МПа, а₀₂ = 150…210 МПа и b = 3,1…5,5 %. Более низкие показатели прочности имеют сплавы ACM, АН25, АЖ5, АСу6С5.

Имеется устойчивая тенденция расширения производства отливок литьем под давлением антифрикционных деталей из алюминиевых, цинковых, магниевых и других цветных сплавов. Например, магниевые сплавы во многих случаях имеют лучшие литейные свойства, чем алюминиевые сплавы: они не привариваются и не прилипают к стальным формам. Стойкость металлических форм при литье под давлением магниевых сплавов на 30…40 % больше, чем при литье алюминиевых сплавов. Прочность, износостойкость и коррозионная стойкость сплавов системы магний-алюминий-цинк повышаются при легировании их 0,1…0,5 % марганца; 0,3…2,3 % кадмия и 0,05…0,12 % цинка.

Установлено, что применительно к магниевым сплавам МЛ3, MJI5 и MJI9 замена литья в производстве отливок в кокиле литьем с кристаллизацией под давлением обеспечивает повышение усталостной прочности, плотности и пластичности соответственно на 7…8 %, 2…4 % и 5…7 %.

Отливки из этих сплавов после гомогенизации с закалкой на воздухе и старения имеют прочность более 225 МПа, а ударную вязкость и плотность выше, чем литейные сплавы МЦИ, МЛ11 и МЛ19.

Для центробежного производства отливок наиболее технологичными следует считать сплавы эвтектического состава и с узким интервалом затвердевания: алюминиевые бронзы марок БрА9Ж2; БрА11Ж6Н6 и БрА7ЖЗСЗ; литейные латуни марок ЛЦ40Мц8Ж, ЛЦ40АМцЗА, ЛЦЗОАЗ, ЛЦ23А6ЖЗМц2 и силумины. Широко интервальные литейные сплавы типа БрОЗЦ7С5Н, БрО6,5Ф0,4Н, Бр04ЦЗС, АК9П4, (АЛ4В), АК7Ц9 (АЛ11), кремнистые латуни и никелевые сплавы требуют при кристаллизации интенсивного направленного затвердевания. Поэтому изложницы для изготовления слитков и отливок из таких сплавов должны интенсив­но охлаждаться. Плотность кремнистой латуни ЛЦ16К4 более 8,3 г/см³.

Для серийного и массового производства антифрикционных отливок из цветных сплавов, максимально приближающихся по размерам к готовым деталям, используют центробежное литье, литье в кокиль, под давлением и различные разновидности непрерывного и полу непрерывного литья.

Объем производства отливок литьем под давлением постоянно увеличивается, хотя высокая стоимость технологической оснастки и некоторые специфические особенности процесса, обуславливающие трудность получения плотных и износостойких структур в массивных частях отливок, ограничивают использование этого прогрессивного метода литья.

В связи с распространением за рубежом выпуска без гильзовых двигателей, в которых при использовании эвтектических силуминов для литья блоков цилиндров удалось решить проблему износа рабочих поверхностей цилиндров и поршней, также наблюдается увеличение объемов производства антифрикционных отливок, получаемых литьем под давлением. Литейный алюминиевый сплав, содержащий элементы % (мае.): кремний 16… 18; медь 4…5; магний 0,45…0,65; железо 0,6… 1,1 и алюминий — остальное, стали использовать с 1970 г. в двигателях авто­мобилей, а позднее — в двухтактных двигателях компрессоров. Работы по созданию новых сплавов типа силумина для блока цилиндров проводятся совместно с выбором покрытий для поршней и способов обработки рабо­чих поверхностей цилиндров. Силумины с содержанием 16… 18 % Si и 4…5 % Си пригодны для производства отливок литьем в кокиль и под низким давлением. Еще более перспективные и экономичные силумины, содержащие 20…27 % (мае.) Si.

Вам также могут быть интересны статьи:

Антифрикционные сплавы на основе алюминия Сплавы с мелкозернистой структурой Новые сплавы и композиции для работы в узлах трения Производство антифрикционных латуней и бронз Аморфные сплавы и композиции Антифрикционные низколегированные чугуны

(Пока оценок нет)

Загрузка...