Тольяттинский государственный университет, Тольятти, Россия

Д. А. Болдырев, профессор кафедры «Нанотехнологии, материаловедение и механика», докт. техн. наук, эл. почта: denis.boldyrev@vaz.ru

Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия
А. А. Николаев, зав. кафедрой автоматизированного электропривода и мехатроники, канд. техн. наук, эл. почта: aa.nikolaev@magtu.ru

Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия¹ ; Новотроицкий филиал НИТУ «МИСИС», Новотроицк, Россия²

М. В. Харченко, доцент кафедры механики¹, доцент кафедры металлургических технологий и оборудования², канд. техн. наук, эл. почта: kharchenko.mv@bk.ru
С. П. Нефедьев, старший научный сотрудник научного инновационного сектора¹, доцент кафедры металлургических технологий и оборудования², канд. техн. наук, эл. почта: sergeynefedyeff@gmail.com

Повышение фрикционных свойств серого чугуна как материла тормозных дисков является актуальной задачей в машиностроении. Одним из способов повышения свойств изделий в данном направлении является добавление различных элементов в их состав. С целью подтверждения предположения о положительном влиянии серы и карбидообразующих элементов (Mn, Cr, Mo, Ti) на фрикционные свойства проведены лабораторные испытания на износостойкость изготовленных опытных отливок тормозных дисков и образцов, полученных из изготовленных тормозных дисков, с различным содержанием серы на машине трения СМЦ-2. Определено, что при повышении содержания серы в чугуне Gh190 с 0,02 до 0,12 % износ образцов по массе уменьшается в 2 раза, а при содержании серы в чугуне более 0,12 % износ увеличивается. Проведены стендовые испытания, при которых сравнили фрикционные свойства серых чугунов Gh190 со стандартным (0,03 %) и повышенным (0,12 %) содержанием серы. Линейный износ дисков с повышенным содержанием серы за всю серию испытаний на 30 % меньше, чем износ дисков со стандартным содержанием серы. При этом линейный износ тормозных колодок в паре с дисками из чугуна с повышенным содержанием серы на 12 % меньше. Выполнены испытания на машине трения образцов из тормозных дисков с различным содержанием серы и карбидообразующих элементов (Mn, Cr, Mo, Ti). Определено, что чугун с содержанием 0,07 % S, 0,6 % Mo и 0,2 % Ti подвергся износу в 1,8 раза меньше, чем чугун с содержанием 0,03 % S. Варьирование содержания серы и таких карбидообразующих элементов, как Mn и Cr, позволило повысить износостойкость образцов в 2 раза. Разработаны рекомендации: для отливок дисков переднего тормоза автомобилей серии ВАЗ из чугуна Gh190 внедрено изменение содержания серы (0,11–0,13 % вместо 0,01–0,03 %), что привело к снижению интенсивности износа тормозных дисков на 30 %, тормозных колодок — на 12 %.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FZRU-2023-0008).

1. Григорьев В. М., Жатченко Я. В. Чугун остается перспективным сплавом для тормозных колодок // Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. 2016. № 1 (6). С. 12–15.
2. Чугун / под ред. А. Д. Шермана, А. А. Жукова. — М. : Металлургия, 1991. — 576 с.
3. Неижко И. Г. Графитизация и свойства чугуна. — Киев : Наукова Думка, 1989. — 208 с.
4. Поляков П. А., Тагиев Р. С., Федотов Е. С., Полякова Е. А. и др. Разработка тепловой модели тормозного диска фрикционного узла // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 1 (150). С. 64–76.
5. Sawczuk W., Jungst M. Numerical analyzes and a comparative study of an automotive standard brake disc with a disc drilled along the Archimedes spiral // The Archives of Automotive Engineering – Archiwum Motoryzacji. 2018. Vol. 79, Iss. 1. P. 79–94. DOI: 1014669/AM.VOL79.ART6
6. Войтенко В. А. Перспективные конструкции для дисковых тормозов высокоскоростных поездов // Транспорт Российской Федерации. 2018. № 5. С. 8–11.
7. Болдырев Д. А., Нефедьев С. П., Харченко М. В., Дема Р. Р. Влияние технологических факторов на остаточные напряжения и вибрации в системе «диск – колодка» // Черные металлы. 2022. № 5. С. 27–33.
8. Boldyrev D., Kharchenko M., Nefedyev S., Suvorova E. The improvement of the operational characteristics of the ventilated front brake discs // Materials Research Proceedings: Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment. 2022. Vol. 21. P. 88–94.

9. Boldyrev D., Nefedyef S., Dema R., Kharchenko M. et al. Influence of Fe–Si– Mg–REM-Inoculants on the microstructure of iron castings with vermicular graphite // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2022. Vol. 57, Iss. 2. P. 390–401.
10. Чайкин В. А., Болдырев Д. А., Чайкина Н. В. Особенности графитизирующего модифицирования высокопрочного чугуна смесевыми модификаторами в условиях ОАО «АВТОВАЗ» // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2007. № 4 (20). С. 53–58.
11. Dawson S., Hollinger I., Robbins M., Daeth J. et al. The effect of metallurgical variables on the machinability of compacted graphite iron // SAE Transactions. Vol. 110. Sec. 5: Journal of Materials and Manufacturing. 2001. P. 334–352.
12. Ghanbari H., Ketabchi M., Damavandi E. Effect of chemical composition and microstructure on the crack growth and machinability of GG20 gray cast iron for brake drum application // Machining Science and Technology. 2023. Vol. 26, Iss. 5. P. 977–1002. DOI: 10.1080/10910344.2023.2180752
13. ELSawy E. E. T., EL-Hebeary M. R., El Mahallawi I. S. E. Effect of manganese, silicon and chromium additions on microstructure and wear characteristics of grey cast iron for sugar industries applications // Wear. 2017. Vol. 390-391. P. 113–124.
14. Hamid P., Gates J. D. Effects of niobium macro-additions to high chromium white cast iron on microstructure, hardness and abrasive wear behavior // Materials & Design. 2021. Vol. 212. 110261.
15. Agunsoye J., Ochulor E. F., Talabi S. I., Olatunji S. Effect of manganese additions and wear parameter on the tribological behaviour of NFGREY (8) cast iron // Tribology in Industry. 2012. Vol. 34. No. 4. P. 239–246.

16. Abouraya G. E. Y., Abdallh M. M., Al-jarrah J. A. Wear and crystallization behavior of a gray cast iron surface treatment by sulphur additions in the moulding sand // Port Said Engineering Research Journal. 2012. Vol. 16. No. 1. DOI: 10.21608/pserj.2012.114378
17. Srivastava R., Singh B., Saxena K. K. Influence of S and Mn on mechanical properties and microstructure of grey cast iron: An overview // Materials Today: Proceedings. 2020. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.02.577
18. Alderson A. The influence of manganese and sulphur on the structure and mechanical properties of grey cast iron // The British Foundryman. 1985. Vol. 78. P. 335–341.
19. Gundlach R. Influence of Mn and S on mechanical properties of gray cast iron: Part I – Historical Perspective // Annual Metalcasting Congress. 2014. Vol. 118. P. 287–304.
20. Meyer M. H., Gundlach R. B., Williams D. C., Winardi L. Influence of Mn and S on the properties of cast iron. Part II – Experimental Design: Aspects ofMelti ng and Pouring // Transactions of the American Foundry Society. 2014. Vol. 122. P. 273–278.
21. Gundlach R., Meyer M., Winardi L. Influence of Mn and S on the properties of cast iron. Part III – Testing and Analysis // International Journal of Metalcasting. 2015. Vol. 9. P. 69–82.
22. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
23. ГОСТ 9012–59. Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю. — Введ. 01.01.1960.