ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 166 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Влияние структурного состояния на механические и трибологические свойства бронзы системы Cu-Al-Si-Mn Андрей Филиппов а, *, Николай Шамарин b, Сергей Тарасов c, Наталья Семенчук d Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия a https://orcid.org/0000-0003-0487-8382, avf@ispms.ru; b https://orcid.org/0000-0002-4649-6465, shnn@ispms.ru; c https://orcid.org/0000-0003-0702-7639, tsy@ispms.ru; d https://orcid.org/0000-0001-6547-7676, natali.t.v@ispms.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 3 с. 166–182 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-166-182 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Бронзы представляют собой сплавы, комплекс свойств которых делает их незаменимыми для большого количества применений, связанных прежде всего с коррозионными средами и ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 620.22, 539.62 История статьи: Поступила: 23 июня 2025 Рецензирование: 03 июля 2025 Принята к печати: 10 июля 2025 Доступно онлайн: 15 сентября 2025 Ключевые слова: Аддитивные технологии Бронза Микроструктура Фазовый состав Механические свойства Интен сивная пластическая деформация Трение скольжения Финансирование Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 24-29-00259), https://rscf. ru/project/24-29-00259/. АННОТАЦИЯ Введение. Электронно-лучевое аддитивное производство является перспективным методом получения новых сплавов с уникальными свойствами. В то же время существующие проблемы с получением качественной структуры требуют поиска технического решения, обеспечивающего измельчение зерна и формирование более однородной микроструктуры. Для деформационно-упрочняемых медных сплавов методы интенсивной пластической деформации являются эффективными способами управления их структурным состоянием и механическими свойствами. В настоящее время влияние интенсивной пластической деформации (ИПД) на структуру, механические и трибологические свойства перспективной для промышленного применения бронзы системы Cu-Al-Si-Mn не исследовано. Целью работы является исследование связи структурного состояния, сформированного в результате интенсивной пластической деформации, с механическими и трибологическими свойствами образцов бронзы системы Cu-Al-Si-Mn. В работе исследованы образцы бронзы системы Cu-Al-Si-Mn, изготовленные из проволок бронзы БрКМц 3-1 и технически чистого алюминия методом мультипроволочной электронно-лучевой аддитивной технологии. Для целенаправленного изменения структуры и свойств полученные аддитивные заготовки были подвергнуты интенсивной пластической деформации (ИПД). В качестве методов ИПД использовались многосторонняя ковка и прокатка, направленные на существенное измельчение зерна и повышение прочностных характеристик. Методы: исследование структуры на просвечивающем электронном микроскопе для детального анализа субмикронной структуры после ИПД; рентгенофазовый анализ для идентификации фазового состава сплава; испытания на растяжение для определения ключевых механических свойств – предела прочности, предела текучести и относительного удлинения; измерение микротвердости для оценки упрочнения образцов с использованием нагрузок по Виккерсу; конфокальная лазерная сканирующая микроскопия для трехмерного анализа топографии поверхности и исследования морфологии изношенных поверхностей; испытания на сухое трение скольжения для оценки износостойкости материала и коэффициента трения в условиях отсутствия смазки при заданных нагрузках и скоростях скольжения. Результаты и обсуждение. На основе данных просвечивающей электронной микроскопии установлено, что применение многосторонней ковки и прокатки привело к существенным изменениям в структуре материала, а также его фазового состава. На основе рентгенофазового анализа выявлено, что интенсивная пластическая деформация способствовала деформационному растворению γ- и β-фаз. Результаты испытаний на растяжение показали, что наибольшая прочность достигается после интенсивной пластической деформации методом прокатки, после многосторонней ковки. ИПД путем многосторонней ковки и последующей прокатки привела к повышению микротвердости бронзы. В результате трибологических испытаний установлено, что ИПД способствует снижению коэффициента трения (КТ) по сравнению с материалом в напечатанном состоянии. Термическая обработка образцов после ИПД привела к повышению КТ и увеличению флуктуаций его величины. ИПД путем многосторонней ковки и последующей прокатки способствует многократному увеличению износостойкости образов в условиях сухого трения скольжения. Низкотемпературный отжиг после ИПД приводит к снижению износостойкости деформированных образцов. Таким образом, применение ИПД позволяет повысить прочность и износостойкость образцов бронзы системы Cu-Al-Si-Mn. Для цитирования: Влияние структурного состояния на механические и трибологические свойства бронзы системы Cu-Al-Si-Mn / А.В. Филиппов, Н.Н. Шамарин, С.Ю. Тарасов, Н.А. Семенчук // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 3. – С. 166–182. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-166-182. ______ *Адрес для переписки Филиппов Андрей Владимирович, к.т.н., зав. лабораторией Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический 2/4, 634055, г. Томск, Россия Тел.: +7 999 178-13-40, e-mail: avf@ispms.ru условиями трения скольжения. Механические, трибологические и коррозионные свойства бронз определяются их структурными и фазовыми состояниями, выбираемыми в зависимости от назначения сплава, они могут быть изменены путем соответствующего легирования. Наиболее важными легирующими элементами для бронз являются алюминий, железо, никель, олово, цинк, свинец, марганец и кремний, входящие в состав широко известных марок бронз си-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1