Наукові і технологічні засади виробництва виливків, оптимізації структури і властивостей зносостійких металокомпозитів системи мідь-сталь - Автореферат

Підвищені вимоги до рівня триботехнічних властивостей матеріалів, відповідно до екстремальних умов експлуатації багатьох видів деталей, сьогодні неможливо реалізувати за рахунок використання лише серійних сплавів і традиційних методів їх обробки: легування, модифікування, термообробки, тощо. Робота виконувалась у відділі композиційних матеріалів Фізико-технологічного інституту металів та сплавів НАН України (ФТІМС НАН України) у відповідності з такими планами науково-дослідних робіт: проект №4.4/593 „Вивчити закономірності взаємодії фаз при формуванні матеріалів (ЛАМ) з метою одержання виробів з заданим комплексом експлуатаційних властивостей”. (№ДР 01974U17354), програма Державного фонду фундаментальних досліджень України; №1.6.213 „Дослідити вплив термочасових факторів на кінетику твердіння, структуру та службові характеристики композиційних виливків при підвищених температурах”, (№ДР 01910029271); тема № 1.6.5.384 „Дослідження теплофізичних процесів та структуроутворення в умовах рідиннофазної консолідації компонентів та створення на цій основі ресурсозберігаючих технологій композиційного лиття армованих матеріалів з використанням промислових відходів”, (№ ДР 197U009249); тема № 1.6.5.472 „Фізико-технологічні основи впливу особливостей морфології структурних складових на процеси формування, триботехнічні та експлуатаційні властивості перспективних литих композиційних матеріалів на металевій основі”, (№ ДР 0100U006730); тема № 111-19-05-542 „Дослідити закономірності формування структури та трибовластивості литих композиційних матеріалів на металевій основі при абразивному зношування” (№ ДР 0105U001660); Проект № 2М/87-2000 „Впровадження в СРВ технології виробництва композиційного матеріалу на основі міді і сталі” Міністерства освіти і науки України в рамках в рамках Міждержавної програми науково-технічного співробітництва Вєтнаму та України. після дослідно-промислового випробування визначено ефективність застосування розроблених ЛКМ в високонавантажених вузлах тертя та освоєно виробництво та впровадження підшипників ковзання з ЛКМ „мідь-сталь” на підприємствах України, Вєтнаму; розроблені рекомендації щодо подальшого розширення застосування зносостійких ЛКМ системи „мідь-сталь” замість антифрикційних бронз та інших трибоматеріалів. Визначено температурні залежності величин контактного кута змочування, роботи адгезії в системі мідних розплавів і підложок з залізовуглецевих сплавів стосовно умов міжфазної взаємодії в інтервалі температур 1100-13000С, відповідно до особливостей твердорідинної консолідації виливків з макрогетерогенних ЛКМ системи „мідь-сталь”.Визначено варіанти кращого просочення, утворення щільного звязку фаз у виливках ЛКМ різних складів:(оптимально-матриця з Бр.К3Мц1, підложка - вуглецева сталь).У другому розділі досліджено фізико-хімічні, теплофізичні і кристалізаційні процеси, що мають місце при твердорідиннофазній консолідації ЛКМ мідний сплав-сталеві гранули, які визначають особливості формування литої гетерофазної структури і властивості композитного відливка. Вивчено особливості взаємодії фаз при твердорідинній консолідації інгредієнтів ЛКМ на різних стадіях технологічного процесу одержання макрогетерогенних ЛКМ: 1) змочування і розтікання матричного розплаву по поверхні армуючих гранул, що супроводжується утворенням міжатомних звязків на границях фаз; 2) дифузійна або хімічна взаємодія, яка приводить до утворення твердих розчинів, інтерметалідних фаз; 3) часткова або повна диспергація гранул; 4) кристалізація розплаву матриці, фазові, структурні перетворення, які фіксують структурну будову виливка з ЛКМ, яка сформувалася в результаті міжфазної взаємодії. Визначено, що в процесі консолідації ЛКМ, наприклад, „бронза БРКЗМЦ1 - гранули з вуглецевої сталі”, відбувається розчинення гранул і збагачення матриці залізом. На підставі аналізу отриманих результатів можна зробити висновок про те, що в зоні сплавлення армуючий елемент-матриця утворився інтерметалід складного складу, що містить Fe,Si,Mn,Cr,Cu.Таким чином, встановлено, що в результаті міжфазної взаємодії в системі „гранули сталі ШХ-15-бронза Бр.К3Мц1” відбувається часткове розчинення гранул, утворення інтерметалідного прошарку і насичення бронзової матриці залізом з локальним утворенням нових фаз. Необхідно також відзначити, що інтерметалід, який утворився в зоні сплавлення має проміжну в порівнянні з матрицею і гранулою мікротвердість і не є крихким , оскільки тріщина, що виникла в результаті іспиту композита на стиск локалізувалася на поверхні інтерметаліду.На основі літературних даних встановлено, що розробка нових антифрикційних литих композиційних матеріалів є актуальною з точки зору підвищення експлуатаційних характеристик трибовузлів, а також економії дефіцитних кольорових металів, які серійно використовуються в промисловості. Встановлено, що при твердо-рідинному суміщенні компонентів макрогетерогенних ЛКМ системи „мідь-сталь”, з точки зору мінімізації температур початку повного змочування підложок, створення умов кращого ро

Основний зміст роботи