Изготовление деталей шасси автомобиля из ВЧШГ ферритного класса

УДК 669.131.7

Болдырев Д.А., Цалина Н.Б. (Исследовательский центр ОАО «АВТОВАЗ», г. Тольятти)

В последнее время пластичные литейные сплавы находят все большее применение в автомобилестроении для высоконагруженных деталей шасси. Например, некоторые материалы для детали «кулак поворотный» приведены в табл. 1.

Таблица 1

Однако утвердившийся в автомобилестроении переход от заднего привода на передний, прежде всего у легковых автомобилей малого и среднего  класса,  создаёт новые возможности использования в качестве материала для поворотного кулака и других деталей шасси пластичного чугуна ферритного класса. Подтверждением тому служит положительный опыт применения такого чугуна на автомобильных фирмах США, Японии и Европы для изготовления деталей подвески.

Таким образом, учитывая современные тенденции [1-4] по использованию литых пластичных сплавов в качестве материала для изготовления деталей автомобиля, наиболее оптимальным решением по выбору материала для деталей шасси является использование именно высокопрочного чугуна на ферритной основе. Это позволяет выявить следующие явные преимущества:

-        более низкая стоимость исходного материала;

-        более низкая стоимость модели отливки по сравнению со стоимостью штампа;

-        уменьшение расходов на изготовление заготовки за счёт исключения операции ковки;

-        улучшение обрабатываемости за счёт получения более короткой и ломкой стружки.

Акцент, сделанный именно на ферритной матрице, обусловлен тем, что в эксплуатации вышеуказанные детали подвергаются достаточно высоким нагрузкам, создающим динамически изменяющееся объёмное поле напряжений. При данных условиях работы материал должен обладать наилучшим сочетанием предела текучести, относительного удлинения и ударной вязкости [5-7].

Такое сочетание механических характеристик может обеспечить именно ферритная основа чугуна. К марке высокопрочного чугуна ВЧ40 с показателем пластичности не ниже, чем у стали 40ХГНМ, предъявляются следующие технические требования:

-        предел прочности s_В ³ 400 МПа;

-        условный предел текучести s_0,2 ³ 270 МПа;

-        относительное удлинение d³ 15%;

-        твёрдость по Бринеллю 135…185 НВ.

Обязательным условием получения марки высокопрочного чугуна с вышеуказанными свойствами является химический состав (табл. 2) и технологические рекомендации по выплавке.

Таблица 2

Технологические рекомендации по выплавке деталей из чугуна марки ВЧ40

1.Выплавку чугуна производить на «сухой» завалке. Состав шихты (табл. 3) и химический состав чугуна в печи (табл. 4) должны быть следующими:

Таблица 3

Таблица 4

2.Способ модифицирования: на дно ковша всыпать модификатор типа ФСМг6, в количестве 0,85-1,20% от массы металла, покрыть его слоем ферросилиция ФС75 в количестве 0,5-0,8% от массы металла, пригрузив сверху слоем стали КСО-А. Как вариант возможно введение модификатора в расплав в стальной банке с крышкой. В литниковую чашу каждой формы поместить кусок ферросилиция ФС75 массой 0,15% от массы металла в форме.

3.Температура выдачи расплава из печи в ковш: 1480-1500°С.

4.Температура расплава в ковше перед разливкой в формы: 1440-1460°С.

5.Перелив расплава из печи в ковш вести так, чтобы струя металла попадала в стенку ковша.

6.После окончания реакции расплава с магнием заливку чугуна в формы вести не более 6 минут.

Оценка микроструктуры, а также определение механических свойств материала отливок «кулак» поворотный» и «корпус подшипника ступицы заднего колеса» проводились до и после операции термообработки - отжиг при 620?С, используемой для некоторого снижения твёрдости и повышения вязкости металлической основы [8]. Химический состав ковшевых проб, параметры микроструктуры и результаты определения механических свойств приведены в таблицах 5, 6.

Таблица 5

Таблица 6

Разработанные технологические рекомендации позволили получить отливки деталей «кулак поворотный» и «корпус подшипника ступицы заднего колеса» из ВЧ40 на чисто ферритной основе с достаточно стабильными механическими свойствами. Несколько повышенная твёрдость и пониженная пластичность чугуна в отливках обусловлена использованием для опытных заливок форм из ХТС, обеспечивающим более высокую скорость охлаждения по сравнению с формами из ПГС. При литье в формы из ПГС, используемые в серийном производстве, благодаря тому, что между поверхностями отливки и литейной формы образуется «паровая подушка», задерживающая отвод тепла и снижающая скорость охлаждения, сглаживается диспропорция между прочностными и пластическими свойствами в пользу последних.

Список литературы

1. Александров Н. Н, Ковалевич Е. В., Поддубный А. Н. Производство высококачественных чугунов // Литейное производство. 1996. №11. С. 11-14

2. Масленков С. Б. Чугуны // Технология металлов. 1999. №11. С. 41-45

3. Лякишев Н. П., Бех Н. И., Александров Н. Н. Чугун с шаровидным графитом - уникальный конструкционный материал для изделий ответственного назначения // Литейное производство. 2002. №10. С. 6-7

4. Литовка В. И., Бех Н. И., Шинский О. И., Косников Г. А. Усталостная прочность и разрушение чугуна с шаровидным графитом // Литейное производство. 1994. №6. С. 3-8

5. Изосимов В. А., Усманов Р. Г., Канафин М. Н. Влияние химсостава высокопрочного чугуна на его механические свойства // Литейное производство. 2004. №6. С. 2-5.

6. Овчинников В. И., Умеренкова Н. А., Шарков В. А. Влияние структуры металлической основы на ударную вязкость ковкого и высокопрочного чугунов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1988. №4. С. 26-28

7. Марукович Е. И., Чудаков С. Р. ЧШГ повышенной пластичности // Литейное производство. 1998. №11. С. 34-35

8. Зуев В. М. Термическая обработка металлов. - М.: Высшая школа, 2001. - 288 с.