Трибологические свойства промышленных алюминиевых сплавов, армированных высокодисперсной фазой карбида титана, в комплексе с термической обработкой

Full Text

Обоснование. Областью проводимых исследований является трибологическое материаловедение. По мере развития техники в современном мире растут удельные нагрузки и скорости вращения трущихся деталей. В связи с этим трибологическое материаловедение является одним из самых актуальных направлений для исследований. Вместе с тем активно во всем мире ведутся исследования по синтезу армирующей фазы в составе промышленных сплавов, а также оценка влияния термической обработки (ТО) на свойства синтезированных алюмоматричных композиционных материалов (АМКМ). Также имеется большое количество работ по возможности синтеза АМКМ, дисперсно-армированных TiC, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который прост по технологическому исполнению, не требует больших временных и энергетических затрат.

Цель — исследовать влияние армирования высокодисперсной фазой карбида титана, синтезированной методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в расплаве, и последующей термической обработки на трибологические свойства промышленных алюминиевых сплавов.

Методы. Экспериментальные образцы АМКМ составов АМг2-10%TiC, АМг6-10%TiC, АМ4,5Кд-10%TiC и АК10М2Н-10%TiC получены методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в расплаве. Оценка твердости производилась в соответствии с ГОСТ 9012-59 по методу Бринелля на твердомере марки ЗИП ТК-2М: установленная нагрузка 100 кгс, диаметр шарика 2,5 мм, время нагружения 20 с. Оценка полученного отпечатка производилась с использованием микроскопа Motic DM-111 с приложенной программой Motic Educator. Полученные данные о диаметре отпечатка подставлялись в формулу (1):

$НВ=\frac{2F}{\mathrm{\pi D}·(\mathrm{D}-\sqrt{{\mathrm{D}}^2-{\mathrm{d}}^2})}$ . (1)

Испытания на одноосное сжатие осуществлялись на испытательной машине Instron 5988 по ГОСТ 25.503-97 на образцах III типа с диаметром d₀ = 20 мм и высотой h = 40 мм. Напряжение течения рассчитывалось по формуле (2)

${\sigma }_s=\frac{F}{A_k}$ . (2)

Триботехнические испытания производились на трибометре «Универсал-1Б» при реализации трения скольжения по схеме: «кольцо (контртело) — плоскость (образец). Материал контртела — сталь 40Х (закалка, отпуск, НВ = 420). Частота вращения — 600 мин^–1. Нагрузка на образец составляла 400 Н. В качестве смазочной среды использовали трансмиссионное масло с группой эксплуатационных свойств GL-5, имеющее в составе качественные антизадирные присадки. После проведения испытания при помощи микрометра оценивалась величина износа.

Результаты. Основные результаты испытаний приведены в табл. 1.

Таблица 1. Механические и трибологические свойства синтезированных образцов

Выводы. Исследования влияния армирования высокодисперсной фазой карбида титана, синтезированной методом СВС в расплаве, и термической обработки на свойства промышленных алюминиевых сплавов показало увеличение твердости (до 27 %) и прочности (до 7 %), а также значительное снижение скорости износа (до 29 раз) и коэффициента трения (до 4 раз), что позволяет расширить область применения алюминиевых сплавов и рекомендовать их в качестве триботехнических материалов.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования в рамках государственного задания (тема № АААА-А12-2110800012-0).

About the authors

Author for correspondence.
Email: yulya.makhonina.97@inbox.ru

аспирантка кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы»

Supplementary files