Влияние микролегирующих добавок на износостойкость серого чугуна при работе в паре с фрикционным материалом

Для изготовления тормозных дисков используется серый перлитный чугун Gh190, соответствующий по механическим свойствам и микроструктуре марке СЧ25 (ГОСТ 1412-85). Однако по сравнению с материалами аналогов чугун Gh190 имеет более низкую износостойкость. Для повышения эксплуатационных свойств и ресурса ходимости этой детали в состав чугуна могут вводиться в определённых концентрациях компоненты, повышающие его физико-механические и триботехнические характеристики. Химический состав альтернативных марок чугунов, используемых для изготовления тормозных дисков, отличается более высоким содержанием таких элементов, как S, Mo и Ti. Высокое содержание S в чугуне (до 0,080%) благоприятно сказывается на его износных свойствах только благодаря её связыванию в сульфид марганца (MnS), который всегда имеется в материале в достаточном количестве. Противоизносное влияние MnS имеет место при концентрации S в чугуне не менее 0,02%. Mo, являясь достаточно дорогим и дефицитным элементом, вводимый в микродозах, растворяется в феррите перлита, тем самым, упрочняя его. При содержании более 0,2% Mo может положительно влиять на образование модифицированных слоёв в сером чугуне в процессе трения. Введение в малых концентрациях Ti, как достаточно сильного карбидообразователя, легирует металлическую матрицу. Однако при более высокой его концентрации повышается вероятность отбела отливок в результате накопления Ti в возврате из-за крайне низкой способности к окислению и угару.

Нами было проведено исследование износостойкости специально приготовленных образцов чугуна с различными микролегирующими добавками. Испытания образцов из материалов пары трения (не менее 6 на вариант) проводили на универсальной машине трения по схеме «ролик (чугун) - пластина (фрикционный материал)». Режим испытаний: нормальная нагрузка – 72 Н, линейная скорость – 3,12 м/с, время проведения одного испытания - 10 минут. Износ чугунных образцов определялся весовым способом В конце испытания определялся коэффициент трения пары. По результатам износных испытаний необходимо отметить следующее:

1. Увеличение содержания в чугуне Gh190 серы с 0,026% до 0,070% вызвало повышение уровня износостойкости в 1,3 раза.
2. При повышении в чугуне Gh190 содержания серы и молибдена до 0,07% и 0,3% соответственно, его износостойкость возросла в 1,4 раза.
3. При увеличении в чугуне Gh190 содержания серы и молибдена до 0,07% и 0,6% соответственно, его износостойкость выросла в 1,6 раза.
4. Совместное легирование чугуна Gh190 серой, молибденом и титаном (0,07% S; 0,6% Mo и 0,02% Ti) приводит к снижению его износа в 1,8 раза.
5. Коэффициент трения пары во всех случаях находился в пределах 0,56…0,60.

Необходимо отметить, что введение в чугун молибдена приводит к значительному повышению его твердости, а дополнительное введение титана вызывает ее снижение до уровня базового варианта.