АЧС-5 в Новосибирске

Антифрикционный чугун марки АЧС-5 (ГОСТ 1585-2019) относится к высокопрочным чугунам с шаровидным графитом, обладающим повышенными механическими и антифрикционными свойствами.

Основные физико-механические свойства:

• Предел прочности на растяжение (σ_в): 350-400 МПа - показатель сопротивления разрушению при растяжении, что на 15-20% выше, чем у АЧС-3
• Твердость по Бринеллю (HB): 180-240 - сопротивление поверхностному вдавливанию, обеспечивающее хорошую износостойкость
• Относительное удлинение (δ): 1,0-2,0% - способность к пластической деформации, достаточная для антифрикционных материалов
• Ударная вязкость (KCU): 25-40 Дж/см² - устойчивость к динамическим нагрузкам, важная для ударных условий работы
• Коэффициент трения: 0,07-0,10 - один из самых низких среди антифрикционных чугунов

Химический состав (основные элементы):

• Углерод (C): 3,1-3,5% - основа графитовых включений, обеспечивающих антифрикционные свойства
• Кремний (Si): 2,0-2,8% - способствует графитизации и улучшает литейные свойства
• Марганец (Mn): 0,6-1,0% - нейтрализует вредное влияние серы и повышает прочность
• Фосфор (P): ≤0,12% - вредная примесь, снижающая механические свойства
• Сера (S): ≤0,10% - вредная примесь, ухудшающая структуру чугуна
• Медь (Cu): 0,8-1,5% - легирующая добавка, повышающая прочность и износостойкость
• Никель (Ni): 0,5-1,0% - легирующая добавка, улучшающая структуру металлической основы

Благодаря уникальному сочетанию прочности и антифрикционных свойств, чугун АЧС-5 находит применение в наиболее ответственных узлах трения:

• Тяжелое машиностроение: вкладыши подшипников мощных дизельных двигателей, прокатные валки
• Энергетика: подшипники турбогенераторов, детали гидротурбин
• Горнодобывающая техника: втулки экскаваторов, детали дробилок, узлы буровых установок
• Металлургическое оборудование: валки прокатных станов, направляющие линии
• Железнодорожный транспорт: буксовые подшипники грузовых вагонов, элементы тормозных систем

В Новосибирске чугун АЧС-5 особенно востребован для:

• Производства ответственных подшипников скольжения для тяжелого оборудования
• Изготовления деталей насосного оборудования высокого давления
• Выпуска элементов тормозных систем для грузовой техники

Чугун АЧС-5 требует особых технологических подходов при производстве и обработке:

Литье

Оптимальные параметры литья:

• Температура заливки: 1320-1380°C - выше, чем для АЧС-3, из-за большего содержания легирующих
• Скорость охлаждения: 20-40°C/мин - для формирования оптимальной структуры
• Модифицирование: магнием (0,04-0,06%) и церием - для получения шаровидного графита
• Формовочные смеси: с повышенной газопроницаемостью

Механическая обработка

Рекомендации по обработке:

• Скорость резания: 35-55 м/мин - ниже, чем для АЧС-3, из-за большей твердости
• Подача: 0,08-0,25 мм/об - требует более осторожного подхода
• Инструмент: твердосплавные пластины марок ВК8, Т5К10
• Охлаждение: обильная подача СОЖ

Термообработка

Основные виды термообработки:

• Отжиг: 870-920°C - для снятия литейных напряжений
• Нормализация: 920-970°C - для улучшения структуры
• Закалка: 900-940°C + отпуск - для максимальной прочности
• Изотермическая закалка: для особо ответственных деталей

Формулы расчета

Расчет допустимой нагрузки на подшипник:

P = K × S × v, где:

• P - допустимая нагрузка (Н)
• K - коэффициент, зависящий от условий работы (0,5-1,5)
• S - площадь контакта (мм²)
• v - скорость скольжения (м/с)

Расчет износостойкости:

W = (P × v × t) / (H × A), где:

• W - интенсивность износа
• P - давление (МПа)
• v - скорость скольжения (м/с)
• t - время (ч)
• H - твердость (HB)
• A - коэффициент трения

АЧС-5 является одним из самых прочных антифрикционных чугунов:

Международные аналоги:

1. АЧС-5 был разработан для военной техники в 1970-х годах и только позже перешел в гражданское применение
2. Шаровидная форма графита в АЧС-5 на 30% уменьшает коэффициент трения по сравнению с обычным чугуном
3. В Новосибирске этот чугун составляет около 25% всех антифрикционных материалов в тяжелом машиностроении
4. Детали из АЧС-5 могут работать без смазки при давлениях до 50 МПа
5. Этот чугун использовался в советской космической программе для узлов трения орбитальных станций

Чем отличается АЧС-5 от АЧС-3?

АЧС-5 содержит больше легирующих элементов (меди и никеля), что обеспечивает на 15-20% более высокую прочность и лучшую износостойкость. Он имеет меньший коэффициент трения (0,07-0,10 против 0,08-0,12 у АЧС-3) и может работать при более высоких нагрузках. Однако АЧС-5 сложнее в обработке резанием и стоит на 25-30% дороже, что ограничивает его применение особо ответственными узлами.

Какие подшипники лучше - из АЧС-5 или бронзы?

Подшипники из АЧС-5 превосходят бронзовые по прочности и износостойкости при ударных нагрузках, но уступают по теплопроводности и коррозионной стойкости. Они дешевле оловянных бронз на 40-50%, но дороже алюминиевых бронз на 10-15%. В тяжелонагруженных узлах с ударными нагрузками АЧС-5 предпочтительнее, а в высокоскоростных узлах с хорошей смазкой лучше использовать бронзу.

Как увеличить ресурс деталей из АЧС-5?

Для максимального ресурса рекомендуется: 1) изотермическая закалка, повышающая износостойкость на 30-40%; 2) точная механическая обработка с шероховатостью Ra 0,8-1,6 мкм; 3) нанесение антифрикционных покрытий (MoS2, графит); 4) правильный подбор смазочных материалов; 5) соблюдение режимов приработки (постепенное увеличение нагрузки в течение 50-100 часов работы).

Какие дефекты чаще всего встречаются в отливках из АЧС-5?

Типичные дефекты: 1) усадочные раковины (из-за высокого содержания легирующих); 2) газовые поры (при нарушении технологии плавки); 3) нешаровидный графит (недостаток модификатора); 4) ликвация меди (неравномерное распределение в сечении отливки); 5) трещины (при неправильном охлаждении). Для выявления дефектов используют рентгенографию, ультразвуковой контроль и металлографический анализ.

Как правильно хранить заготовки из АЧС-5?

Отливки следует хранить в сухом отапливаемом помещении с относительной влажностью не более 60%. При хранении на открытом воздухе в условиях Новосибирске необходимо: 1) использовать деревянные поддоны; 2) покрывать поверхности консервационной смазкой; 3) защищать от атмосферных осадков; 4) не допускать контакта с химически активными веществами. Максимальный срок хранения без защиты - 3 месяца.

Какие допуски размеров у отливок из АЧС-5?

Согласно ГОСТ 26645-85, для отливок класса точности СТ3 (повышенная точность) допуски составляют ±0,3-1,2% от номинального размера. Для особо ответственных деталей применяют механическую обработку, позволяющую достичь квалитетов 9-11. Чистота поверхности после литья соответствует Rz 60-80 мкм, после механической обработки - Ra 0,8-3,2 мкм.

Как сваривать чугун АЧС-5?

Сварка возможна с предварительным подогревом до 350-450°C и последующим медленным охлаждением в печи. Используют: 1) никелевые электроды (ЦЧ-4, ОЗЧ-2); 2) медно-никелевую проволоку МНЖКТ-5; 3) аргонодуговую сварку с присадочной проволокой. После сварки обязателен отжиг при 550-600°C в течение 2-4 часов. Наилучшие результаты дает лазерная сварка в защитной атмосфере.

Какие предельные температуры эксплуатации?

Рекомендуемый рабочий диапазон: от -40°C до +450°C. При отрицательных температурах сохраняет механические свойства, но требует увеличенных зазоров в подшипниках. При температурах выше 450°C начинается интенсивный рост графитовых включений и окисление. Кратковременно может выдерживать нагрев до 700°C без катастрофического снижения прочности.

Как отличить АЧС-5 от других марок чугуна?

Достоверно определить марку можно только лабораторными методами: 1) спектральным анализом (содержание Cu, Ni); 2) металлографией (форма и распределение графита); 3) механическими испытаниями. Визуально АЧС-5 отличается от серого чугуна более светлым изломом с мелкими шаровидными включениями. На производстве используют маркировку краской (желтая полоса для АЧС-5) и сертификаты качества.

Какие инструменты использовать для обработки?

Рекомендуются: 1) для черновой обработки - пластины ВК8, Т5К10; 2) для чистовой - ВК6, Т15К6; 3) для сверления - сверла Р6М5 с углом заточки 118-120°. Оптимальные режимы: скорость резания 35-55 м/мин, подача 0,08-0,25 мм/об, глубина резания до 4 мм. Обязательно использование СОЖ (5-10% эмульсия). Для шлифования применяют круги из электрокорунда зернистостью 40-60.