Применение износостойких чугунов для сбора промышленных тракторов

ПРИМЕНЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ ЧУГУНОВ  ДЛЯ СБОРА ПРОМЫЩЛЕННЫХ ТРАКТОРОВ.

Примечание износостойких  чугунов для сбора: надежность, чугун, сплавы, масляная камера, вода, железо, механические примеси, износостойкость, порошковый материал, ванадий.

Торцовые уплотнения широко применяются в конструкциях тракторов, сельскохозяйственных машин, угольных и проходческих комбайнов, тунелепроходческих комплексов и др. Для перечисленных машин ежегодно выпускается более 12 млн. уплотнительных колец, причем треть из них как запасные части. Тяжелые условия работы деталей уплотнений (значительные, удельные давления и скорости скольжения при наличии абразива, и жидкой среды) и высокие требования к надежности уплотняемых узлов обуславливают необходимость совершенствования конструкции уплотнений и выбора износостойких материалов для их деталей.

В отечественном машиностроении уплотнительные кольца торцовых уплотнений изготовляют из стали ШХ 15. Недостаток колец из этой стали – повышенная склонность к короблению при хранении. Кроме того, при скорости скольжения  уплотнительных колец больше 2 м/с наблюдаются схватывание, задиры, быстрое изнашивание деталей и потеря герметичности уплотнения. Поскольку при изготовлении колец из стали ШХ 15 коэффициент использования материала не превышает 0,3 – 0, 35 около 60% металла идет в отходы.

За рубежом для подобных узлов в ряде случаев применяют  высоколегированные сплавы, обеспечивающие весьма высокую износостойкость  уплотнительных колец, но содержащие в  значительных количествах дефицитные и дорогие компоненты. Например, для колец уплотнений ходовой системы трактора фирма «Катерпиллар» запатентовала сплав, содержащий около 15% Мо, 2%V, 6% Со.

В результате длительных исследований проведенных в ОАО «Промтрактор» г. Чебоксары, НПО «НАТИ» г. Москва, НИИМ г. Челябинск были разработаны чугуны двух типов: высокохромистые белые чугуны, типа 300Х20ДНФ, не содержащие дефицитных легирующих компонентов и белые ванадиевые чугуны с инвертированной структурой. Высокохромистые белые чугуны (ТУ 23. 0235739.050 – 90). Содержание 16 – 24% Cr при содержании 2,6 -3,5% С обеспечивает образование тригональных карбидов (Cr, Fe)₇ C₃ c HV 12000 – 16000, что выше микротвердости содержащегося в почве абразива (кварца). При этом сочетание низкого (до 14%) содержания марганца с медью (0,2 -2%) обеспечивает достаточно высокую прокаливаемость  и позволяет закаливать детали на воздухе с получением в структуре не более 20% остаточного аустенита. Наличие в структуре чугуна более 30% по объему измельченных карбидов типа (Cr, Fe)₇С₃, прочно удерживаемых в мартенситной матрице, обусловливает высокую износостойкость деталей в абразивной среде. Для колец из этого литейного сплава характерны высокий (более 0,9) коэффициент использования металла и существенное снижение трудоемкости механической обработки. Отливки подвергаются лишь обдирке, шлифованию и притирке. Эти операции легко поддаются автоматизации.

Сравнительные испытания  для оценки износостойкости уплотнительных колец из различных материалов и  герметичности уплотнений проведены  на четырехсекционном стенде.

Стенд позволяет  проводить форсированные испытания  четырех уплотнений одновременно. Каждая секция стенда состоит из абразивной 1 и масляной 2 камер, между которыми устанавливается испытуемое уплотнение, герметизирующее маслчную камеру и препятствующее попаданию в нее абразива и воды. В каждой абразивной камере установлена крыльчатка 5 для перемешивания ее к месту сопряжения уплотнительных колец 3 и 4. В торце камеры 1 предусмотрено стекло 6 для визуального контроля за проникновением через уплотнение масла, которое в случае утечки отлагается на стеклах в виде темных пятен. Масляная камера изолирована от внешней среды серийным торцевым уплотнением. Масляные камеры оборудованы мерными трубками, действующими по принципу сообщающихся сосудов, для количественной оценки утечки масла.

При испытаниях на стенде частота  вращения подвижного кольца уплотнения составляла 240 об/мин., продолжительность  испытаний – 100 ч., т.е. за время испытаний  кольцо совершало 288*10⁴ оборотов. При этом отклонение от соосности уплотнительных колец составляло 0,4 мм, торцовое биение подвижного кольца – 0,5 мм.

Абразивную среду, состоящую  из кварцевого песка разных фракций, кварцевой пыли, мела и воды, заменяли через каждые 100 ч. испытаний. До и  после испытаний уплотнительные кольца замеряли по высоте в четырех  точках, расположенных по двум взаимно перпендикулярным направлениям, с помощью микроскопа УИМ – 21. После окончания испытаний масло сливали для анализа на содержание железа, воды, сгораемых и несгораемых механических примесей.

Материал и режим упрочнения колец			Твердость HRC	Износ колец1, мм	Содержание посторонних примесей в масле2, %
Трактор класса 3 (Дт – 75МВ)
Сталь ШХ15 Закалка в масло трехкратный  отпуск в масле		60 -62		0,062/0,062

 Как видно из таблицы, наилучший  результат по износостойкости  колец и герметичности уплотнений  трактора тягового класса 3 получен  для стали Х6Ф1 – средняя  величина износа подвижного и  неподвижного колец составила  соответственно 0,011 и 0,17 мм, вода  в масле отсутствовала, содержание  железа в масле составило 0, 006% а несгораемых механических примесей (абразива) – 0,022%.

На втором месте находятся кольца из стали Х12М – износы колец соответственно 0,02 и 0,024 мм, содержание воды в масле – 0,125%, железа – 0,005%, несгораемых механических примесей – 0,026%.

Уплотнительные кольца из чугуна имели  износ соответственно 0,025 и 0,030 мм; в  масле содержалось 0,0345 воды, 0,01 железа и 0,01% несгораемых механических примесей. Таким образом, по износостойкости  чугунные кольца практически не уступали кольцам из стали Х12М, а герметичность  уплотнений с чугунными кольцами была выше. Износ колец из стали  ШХ15 (0,062 мм) вдвое превышал износ  чугунных колец. Обработка холодом  колец из стали ШХ15 как после  нитроцементации, так и после закалки не привела к повышению их износостойкости.

Износостойкость уплотнительных колец  из порошкового материала, с плазменным напылением выше износостойкости колец  из стали ШХ15, но значительно уступала износостойкости колец из сталей Х6Ф1, Х12М и чугуна.

Следует отметить, что результаты анализов масла, характеризующие герметичность  уплотнения, приемлемы при всех испытанных материалах колец; следовательно, выбор  материала для них должен основываться главным образом на износостойкости, конечно, с учетом технологичности  и экономических показателей.

Содержание легирующих компонентов  ванадия в стали Х6Ф1 и молибдена  в стали Х12М обуславливает  выбор чугуна, который по износостойкости  незначительно уступает указанным  сталям, не не содержит столь дорогих легирующих компонентов и вдвое превышает износостойкость серийного материала – стали ШХ15. Важна также повышения, по сравнению со сталью, антизадирная стойкость чугуна. Кроме того, повышенная склонность стальных колец к короблению, особенно при температурах нагрева под закалку около 1000 ⁰С, требует применения трехкратного отпуска, что усложняет технологию обработки. Для стальных колец велика также трудоемкость их механической обработки. Для стальных колец велика также трудоемкость их механической обработки.

Уплотнения «Диа – Коун» и бесчехольные торцовые уплотнения с сезонным(разовым) смазыванием для ходовых систем гусеничных промышленных тракторов тягового класса 35 проходили эксплуатационные испытания в узлах опорных катков на тракторах Т – 500 Т – 330 с целью оценки износостойкости и долговечности уплотнений, при которой обесбечиваеся