ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 669.018:669.15
DOI: 10.18503/1995-2732-2026-24-2-156-164
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). В современном двигателестроении преобладают легкие сплавы. В этой связи благодаря прогрессу в металлургии и новейшим технологиям обращает на себя внимание чугун, несмотря на традиционные представления о чугуне как о «тяжелом» материале с низкой удельной прочностью. Современные высокопрочные чугуны, включая чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ), демонстрируют уникальное сочетание механических и эксплуатационных свойств, делая их весьма перспективными для применения в ответственных деталях двигателей. Вопрос сохранения ценных свойств чугуна (низкая усадка, высокие демпфирующая способность, теплопроводность и др.) при одновременном достижении высоких удельных прочностных характеристик, сопоставимых с легкими сплавами, остается актуальной задачей. Цель работы. Продемонстрировать потенциал изотермически закаленного чугуна с вермикулярным графитом (ИЗЧВГ) для создания двигателей нового поколения, отвечающих требованиям по эффективности, надежности и экологичности, и рассмотреть перспективы применения ИЗЧВГ в двигателестроении на основе результатов исследования влияния современных технологий термической обработки на структуру и свойства ИЗЧВГ, а также оценке их влияния на эксплуатационные характеристики деталей двигателей, работающих в условиях высоких температур и циклических нагрузок. Используемые методы. В статье анализируются результаты исследований, полученные с использованием современных методов модифицирования чугунных расплавов с целью формирования вермикулярной формы графита в отливках. Рассматриваются технологические аспекты производства ЧВГ, включая состав шихты, режимы модифицирования расплава и термовременные условия его затвердевания и охлаждения. Исследуются теплофизические и механические характеристики, а также процессы структурообразования при изотермической закалке, включая влияние легирования. Для определения оптимальных режимов термической обработки изучаются теплофизические свойства и прокаливаемость ЧВГ. Новизна. Исследование фокусируется на перспективном, но недостаточно изученном в отечественном информационном пространстве материале – изотермически закаленном чугуне с вермикулярным графитом. Впервые комплексно анализируются его структурные особенности во взаимосвязи с эксплуатационными свойствами применительно к двигателестроению. Особый акцент делается на оценке термической стойкости структур, полученных после изотермической закалки, что является ключевым аспектом для высокотемпературных применений. Результат. Успешное освоение промышленных технологий производства ЧВГ со стабильной вермикулярной структурой, а также исследования его уникального сочетания высоких прочностных характеристик, термоусталостной стойкости, размерной стабильности и демпфирующей способности подтверждают потенциал материала. Определение оптимальных режимов изотермической закалки и легирования позволяет получить ИЗЧВГ с удельными прочностными показателями, не уступающими литым алюминиевым сплавам, и более высокой термостойкостью. Практическая значимость. Внедрение ИЗЧВГ в автомобильной и авиационной промышленности позволяет расширить возможности конструирования двигателей, повысить их мощность, срок службы, снизить массу и улучшить экологические показатели. Успешное применение в отечественном автопроме (КАМАЗ, ГАЗ, ЯМЗ) и первые разработки для авиадвигателестроения (ООО «Феникс») подтверждают практическую ценность материала. Дальнейшие исследования, включая оценку термической стойкости, обогатят научные знания и расширят области применения ИЗЧВГ, способствуя развитию отечественного машиностроения.
Ключевые слова
Чугун с вермикулярным графитом, иерархия свойств, изотермическая закалка, структурные превращения, термическая стойкость.
Для цитирования
Панов А.Г., Гуртовой Д.А., Шаехова И.Ф. Перспективы развития изотермически закаленного чугуна с вермикулярным графитом для двигателестроения // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2026. Т. 24. №2. С. 156-164. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2026-24-2-156-164
1. Nofal A. A., Jekova L. Novel processing techniques and applications of austempered ductile iron // J. Univ. Chem. Technol. Metall., 2009, vol. 44, no. 3, pp. 213–228.
2. 2. Dawson S. Compacted graphite iron – a material solution for modern diesel engine cylinder blocks and heads / 68th World Foundry Congress, 2008, pp. 93–99.
3. 3. Технология стабильного получения вермикулярного графита в отливках массового производства / Доусон С., Панов А.Г., Гуртовой Д.А., Аникин С.А. // Литейное производство. 2018. №4. С. 7–12.
4. Разработка технологии получения аустенитно-бейнитных чугунов с вермикулярным графитом для деталей авиадвигателестроения / Панов А.Г., Шаехова И.Ф., Гимазетдинова Ч.А., Макарова М.А., Гладыш Е.Д.// Литейное производство. 2023. №12. С. 2–6.
5. Панов А.Г, Шаехова И.Ф., Гуртовой Д.А. Влияние изотермической выдержки на структуру и микротвердость закаленного на верхний бейнит чугуна с вермикулярным графитом // Литейное производство. 2021. №10. С. 2–8.
6. Галимов P.M. Опыт разработки конструкций, технологий и производства ответственных отливок из чугуна с вермикулярным графитом // Наука и технологии модифицирования чугуна: тезисы докладов IV Международной научно-технической конференции; Казанский (Приволжский) федеральный университет, Набережночелнинский институт; под ред. А.Г. Панова. Набережные Челны, 2022. С. 22.
7. Изосимов В.А., Суркин В.И., Изосимов А.В. Высокопрочный чугун с вермикулярным графитом - перспективный материал для изготовления поршней двигателя Д-180 // Литейный консилиум online: ресурс о литейном производстве. URL: ttps://litkons.com/info/cast-iron/vysokoprochnyy-chugun-s-vermikulyarnym-grafitom/?ysclid=mlev5wp5i2332723526 (дата обращения 08.02.2026)
8. Закиров Э.С. Повышение стабильности структуры и свойств ответственных деталей машиностроения из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом: дис. ... канд. техн. наук: 2.6.17 - Материаловедение. Казань, 2023. 126 с.
9. Доусон С. Особенности структуры ЧВГ и свойства, определяющие перспективы его применения в машиностроении // Детали машиностроения из чугуна с вермикулярным графитом. Свойства. Технология. Контроль: тезисы докладов международной научно-технической конференции. Набережные Челны, 2017. С. 12-13.
10. Прохоров В.Ю., Шамарин Ю.А., Краснов Н.Д. Исследование процесса изнашивания гильз блоков цилиндров дизельных двигателей // Надежность и качество: труды Международного симпозиума. Пенза, 2017. Т. 2. С. 238-240.
11. Крутилин A.H., Курбатов M.И., Курбатова М.И. Условия работы и основные требования, предъявляемые к материалу гильз блока цилиндров // Литьё и металлургия. 2005. №2-1 (34). С. 107-109.