Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 20 No. 2 2018 131 MATERIAL SCIENCE Экономически замена бронзы на стали наиболее рациональна при изготовлении деталей крупно- габаритных тяжелонагруженных узлов трения скольжения. Условия работы этих узлов пред- полагают наличие больших удельных нагру- зок. Следовательно, материалы, из которых они изготавливаются, должны обладать высоким комплексом прочностных и триботехнических свойств. Ранее проводились исследования железо- углеродистых сплавов, содержащих медь, в том числе чугунов и заэвтектоидных сталей [3, 4]. Влияние меди на процесс графитизации, а так- же на триботехнические свойства чугунов опи- сано в работе [5]. При выполнении структурных исследований легированных чугунов методами металлографии и просвечивающей электронной микроскопии было зафиксировано разнообразие форм и размеров частиц ε-фазы. Классификация частиц ε-Cu по размерам, а также условия обра- зования данной фазы описаны при анализе чу- гунов, легированных медью [3, 5, 6]. Очевидно, что влияние частиц медистой фазы вносит су- щественный вклад в изменение комплекса проч- ностных и триботехнических свойств материа- лов. Отмечается рост твердости чугуна и предела прочности при повышении содержания меди за счет механизмов дислокационного упрочнения [7–12]. В частности, при добавлении даже 1 % меди прирост значений  в высокопрочного чугу- на может составлять 100…200 МПа [8, 9, 12]. Прочностные характеристики среднеуглеро- дистых сталей существенно выше, чем чугунов. С этой точки зрения в определенных условиях применение сталей, легированных медью, для изготовления элементов узлов трения скольже- ния может быть более рациональным, чем ис- пользование чугунов. С целью устранения дефектов структуры сталей после литья и повышения комплекса их механических свойств, как правило, проводится термическая обработка. Одним из наиболее эф- фективных способов повышения прочностных характеристик сталей является закалка с после- дующим низким отпуском. Возможность улучшения триботехнических характеристик железоуглеродистых сплавов от- мечается в работах [2, 13–18]. Например, при повышении содержания меди в чугуне до 10 % зафиксирована обратная линейная зависимость коэффициента трения в паре со сталью от ко- личества легирующего элемента [13]. Тем не менее есть ряд вопросов, ответы на которые в современной литературе не отражены либо представлены крайне ограниченно. Слабо пред- ставлены экспериментальные данные о влиянии термической обработки на структуру и свойства сталей с добавками меди. С учетом изложенно- го цель данной работы заключалась в изучении особенностей влияния закалки и последующего отпуска на структуру и триботехнические харак- теристики среднеуглеродистых сталей, легиро- ванных медью. Методика исследований Для проведения экспериментальных иссле- дований были получены стальные отливки с со- держанием меди от 0 до 9 мас. % с шагом в 1 %. В качестве шихты использовали сталь 45 и элек- тротехническую медь. Шихту плавили в индук- ционной печи с кислой футеровкой. Емкость ти- гля печи составляла 40 кг, масса отливки одного химического состава – 30 кг. Элементный анализ сталей, полученных в ходе экспериментов, был выполнен на оптико-эмиссионном спектрометре ARL -3460. Закалка стали 45, как правило, проводится с нагревом заготовок до 820…840 °С (выше линии А 3 на диаграмме железо–цементит). В качестве закалочной среды может быть использована вода. В отличие от нелегированных углероди- стых сталей в сплавах системы Fe-Cu превра- щение α-Fe ↔ γ-Fe происходит при 850 °С. При температуре 1094 °С ε-медь переходит в жид- кое состояние. Полное растворение 9 % меди в аустените должно происходить при температуре 1150…1200 °С. Часть этой меди, находящейся в жидком состоянии, диффундирует в аусте- нит. Для того чтобы оценить характер структур- ных преобразований, было принято решение проводить закалку образцов от 800, 900, 1000 и 1150 °С. В качестве закалочной среды использо- вали минеральное масло. С целью снятия напря- жений после закалки выполнялся низкий отпуск (200 °С). Размеры образцов под закалку состав- ляли 30 × 25 × 10 мм. Металлографические исследования матери- алов были проведены на микроскопе Carl Zeiss Axio Observer Z1m . Исследования структуры