Obrabotka Metallov 2015 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (69) 2015 73 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ няющим снижение коэффициента трения этих сплавов, является формирование в структуре на разных этапах кристаллизации материалов медьсодержащих частиц размером от несколь- ких нанометров до десятков микрометров. Вве- дение алюминия повышает растворимость меди в железе [6], что является дополнительным фак- тором, оказывающим положительное влияние на равномерность распределения медьсодержащих частиц в железоуглеродистой матрице. Нанораз- мерные частицы на основе меди благоприятно отражаются также и на комплексе механических свойств железоуглеродистых сплавов. Такие ча- стицы могут быть сформированы как при дли- тельных изотермических отжигах закаленной стали [7–10], так и в процессе кристаллизации литых железоуглеродистых сплавов [1–4]. Целью исследования является разработка ан- тифрикционного материала на железной основе для замены бронзы, используемой при изготов- лении деталей узлов трения скольжения. Для достижения поставленной цели были изготовле- ны отливки из заэвтектоидной стали, легирован- ной медью и алюминием, а также исследованы структура и износостойкость полученного мате- риала. Материалы и методы исследования В работе исследованы отливки из заэвтекто- идной стали с различным содержанием меди. Температура заливки сплавов в формы состав- ляла 1550 °С. Химический анализ отливок кон- тролировали на оптическом эмиссионном спек- трометре ARL 3460. Элементный состав литых образцов представлен в табл. 1. Микроструктур- ные исследования были проведены на оптиче- ском микроскопе Carl Zeiss Axio Observer A1m. Объектами исследования являлись металлогра- фические шлифы. Структуру материалов вы- являли химическим методом с использованием в качестве травителя четырехпроцентного рас- твора азотной кислоты в этиловом спирте. Из- мерения твердости по Бринеллю проведены при нагрузке на индентор 3000 кг. Твердость по Вик- керсу оценивали на микротвердомере Wolpert Group 402MVD при нагрузке на алмазный ин- дентор 100 г. Элементный состав медьсодержащих вклю- чений определяли на растровом электронном микроскопе Carl Zeiss EVO 50 XVP с использо- ванием энергодисперсионного микроанализато- ра [11]. Испытания образцов на износостойкость проводили на машине трения СМТ-1 по схеме «диск – плоскость» в условиях смазки при на- грузке 500 Н, скорости скольжения 50 м/мин. Относительную износостойкость определяли при испытаниях на абразивное изнашивание в условиях трения образцов о закрепленные абра- зивные частицы. Для сравнения результатов в работе проведены исследования типичных анти- фрикционных материалов: бронзы БрА9Ж3Л и антифрикционного чугуна АЧС-1. Результаты и обсуждение Полученные в работе сплавы являются мно- гокомпонентными. Анализ структурных пре- вращений в них осуществлялся на основании тройной диаграммы состояния Fe-С-Cu [12–15]. Схематичное представление структуры заэв- тектоидной стали, легированной различным содержанием меди, отражено на рис. 1. Приме- ры структуры реальных сплавов, полученных в работе, представлены на рис. 2. В исходном со- стоянии заэвтектоидная сталь содержит микро- объемы пластинчатого перлита и включения вторичного цементита (рис. 2, а ), выделившего- ся в виде сетки по границам бывших аустенит- ных зерен. Объемная доля цементита в сплаве составила ~ 9 %. Особенностью, характерной для перлита стали, легированной медью, является присут- ствие множества мелкодисперсных включений Т а б л и ц а 1 Результаты химического анализа отливок № п/п C Mn Si P S Ni Cr Cu Al Fe 1 2,11 0,36 0,27 0,01 0,01 0,03 0,04 0,09 1,15 Ост. 2 2,10 0,36 0,29 0,01 0,01 0,03 0,04 3,01 1,25 3 2,12 0,37 0,30 0,01 0,02 0,03 0,04 6,02 1,30 4 2,10 0,36 0,27 0,01 0,01 0,03 0,04 8,97 1,20