ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Износ является критическим фактором при оценке эксплуатационных характеристик и долговечности композитов вольфрам-медь (W-Cu). Эти композиты широко используются в электрических контактах, электродах и высокотемпературных областях применения. Вольфрам обеспечивает высокую твердость и износостойкость, в то время как медь гарантирует превосходную электропроводность и теплопроводность. Цель работы. Настоящее исследование направлено на количественную оценку интенсивности износа на основе потери массы стержня и разработку статистически робастной процедуры минимизации скорости износа в условиях сухого трения металломатричных W-Cu-композитов. Исследование сосредоточено на определении оптимальных технологических параметров, обеспечивающих достижение минимального износа. Методы исследования. В данной работе для планирования эксперимента применялся ортогональный массив Тагучи L? со следующими ключевыми параметрами: процент армирования (20…40 %), температура (160…200 °C) и нагрузка (80…100 Н). Испытания на износ проводились на трибометре типа «стержень – диск». Результаты анализировались с использованием подхода отношения сигнал/шум (S/N) (характеристика «чем меньше, тем лучше») и дисперсионного анализа (ANOVA). Эксперименты проводились по принципу «одна переменная за раз» (OVAT), варьировался только один параметр при постоянстве остальных. Кроме того, дисперсионный анализ применялся для оценки индивидуального влияния каждого контрольного фактора – процента армирования, температуры и нагрузки – на износостойкость W-Cu-композитов. Результаты и обсуждение. Экспериментальные результаты были проанализированы с использованием отношений сигнал/шум (S/N) (характеристика «чем меньше, тем лучше») и дисперсионного анализа (ANOVA). Оптимальная комбинация параметров – 30 % армирующего компонента, 200 °C и 80 Н – привела к наименьшей интенсивности износа, равной 3,498·10?? мм³/(Н·м). Дисперсионный анализ выявил, что температура является наиболее влиятельным фактором, вносящим вклад в размере 90,6 % в изменение рабочих характеристик, за которым следуют процент армирования (вклад в размере 7,5 %) и нагрузка (1,8%). Валидационные эксперименты подтвердили точность прогноза с погрешностью 4,6 %. Данное исследование демонстрирует эффективность метода Тагучи для идентификации робастного набора технологических параметров, способствующего повышению износостойкости W-Cu-композитов и предоставляющего практическое руководство для промышленного внедрения.

1. Alagarsamy S., Ravichandran M. Parametric studies on dry sliding wear behaviour of Al-7075 alloy matrix composite using S/N ratio and ANOVA analysis // Materials Research Express. – 2020. – Vol. 7 (2). – P. 026502. – DOI: 10.1088/2053-1591/ab6c9b.

2. Effect of AA 6351–ZrB₂ in-situ composition on dry sliding wear performance at elevated temperatures / N.K. Gurajala, M. Abdullah, J.E. Manikanta, N. Ambhore // Oxford Open Materials Science. – 2025. – Vol. 5 (1). – P. 1–7. – DOI: 10.1093/omscience/itaf010.

3. Wear behaviour and coating performance of WC–Cu composite electrodes on ZE41A magnesium alloy using electrospark deposition / U. Elaiyarasan, P. Baranitharan, V. Satheeshkumar, C. Senthilkumar, B. Vinod // Canadian Metallurgical Quarterly. – 2024. – Vol. 64 (4). – P. 2114–2127. – DOI: 10.1080/00084433.2024.2437218.

4. Ambhore N., Kamble D. Experimental investigation of tool wear and induced vibration in turning high hardness AISI 52100 steel using cutting parameters and tool acceleration // Facta Universitatis, Series: Mechanical Engineering. – 2020. – Vol. 18 (4). – P. 623–637. – DOI: 10.22190/FUME200116018A.

5. Current-carrying tribological behavior and wear mechanism of CuW composites with different W content / X. Wang, K. Song, J. Duan, J. Feng, T. Huang, J. Xing // Tribology International. – 2024. – Vol. 194. – P. 108123. – DOI: 10.1016/j.triboint.2024.108123.

6. Optimization of tribological process parameters of titanium carbide reinforced copper matrix composites / M. Ravichandran, S.V. Alagarsamy, V. Dhinakaran, M. Abdul Samad, J.K. Katiyar // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. – 2022. – Vol. 236 (9). – P. 1737–1751. – DOI: 10.1177/13506501221085055.

7. High-temperature tribo-oxidative wear of a Cu-based metal-matrix composite dry sliding against heat-treated steel / P. Jayashree, M. Bortolotti, S. Turani, G. Straffelini // Tribology Letters. – 2019. – Vol. 67 (4). – P. 110. – DOI: 10.1007/s11249-019-1227-y.

8. Sachit T.S., Mohan N. Wear rate optimization of tungsten carbide (WC) nano particles reinforced aluminum LM4 alloy composites using Taguchi techniques // Materials Research Express. – 2019. – Vol. 6 (6). – P. 066564. – DOI: 10.1088/2053-1591/ ab0e3f.

9. The process of surface carburization and high temperature wear behavior of infiltrated W–Cu composites / W. Chen, P. Feng, L. Dong, M. Ahangarkani, S. Ren, Y. Fu // Surface and Coatings Technology. – 2018. – Vol. 353. – P. 300–308. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.08.088.

10. Wear characterization of zirconium diboride (ZrB₂) reinforced AA7178 matrix composites produced by stir casting route / S.D. Kumar, M. Ravichandran, V. Mohanavel, S. Kannan, A.H. Seikh, A. Ghosh // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2023. – P. 1–18. – DOI: 10.1007/s00170-023-12124-3.

11. Investigation on tribological behaviour of copper-free composite friction material under dry sliding at high temperature / A. Saurabh, A. Manoj, S.K. Tiwari, P. Saravanan, P.C. Verma // Materials at High Temperatures. – 2024. – Vol. 41 (3). – P. 1–13. – DOI: 10.1080/09603409.2024.2327734.

12. Evaluation of mechanical and wear properties of AA6063/(Si₃N₃)_6%–12%/(CuN₂O₆)_2%–4% composite via PM route and optimization through robust design technique / P. Sureshkumar, C. Sasikumar, S.T.K. Rajan, T. Jagadeesha, L. Natrayan, M. Ravichandran, D. Veeman, W. Borek // Materials Research Express. – 2022. – Vol. 9 (7). – P. 076502. – DOI: 10.1088/2053-1591/ac7d41.

13. Pattanaik A., Satpathy M.P., Mishra S. Dry sliding wear behavior of epoxy fly ash composite with Taguchi optimization // Engineering Science and Technology, an International Journal. – 2016. – Vol. 19 (2). – P. 710–716. – DOI: 10.1016/j.jestch.2015.11.010.

14. Sivasankaran S. Optimization on dry sliding wear behavior of yellow brass using face-centered composite design // AIMS Materials Science. – 2019. – Vol. 6 (1). – P. 80–96. – DOI: 10.3934/matersci.2019.1.80.

15. Multi-objective optimization of wear parameters of hybrid composites (LM6/B₄C/fly ash) using grey relational analysis / C.S. Rubi, J.U. Prakash, S.J. Juliyana, S. Salunkhe, R. Cep, E.A. Nasr // PLOS One. – 2025. – Vol. 20 (6). – P. e0326086. – DOI: 10.1371/journal.pone.0326086.

16. Singh S.C.E., Selvakumar N., Flower T.M.L. Optimization on dry sliding wear, electrical resistivity and mechanical properties of Cu–4Cr–xZrC composites // Journal of Applied Research and Technology. – 2018. – Vol. 16 (4). – P. 239–311. – DOI: 10.22201/icat.16656423.2018.16.4.723.

17. Optimization of the tribological properties of hybrid reinforced aluminium matrix composites using Taguchi and Grey’s relational analysis / P. Ikubanni, M. Oki, A.A. Adeleke, O. Agboola // Scientific African. – 2021. – Vol. 12. – P. e00839. – DOI: 10.1016/j.sciaf.2021.e00839.

18. Aleutdinova M., Fadin V. On dry wear of metallic materials in different configurations of sliding electrical contacts against a quenched AISI 1045 steel // Russian Physics Journal. – 2023. – Vol. 65 (10). – P. 1768–1774. – DOI: 10.1007/s11182-023-02829-z.

19. Effect of steel counterface on the dry sliding behaviour of a Cu-based metal matrix composite / P. Jayashree, M. Federici, L. Bresciani, S. Turani, R. Sicigliano, G. Straffelini // Tribology Letters. – 2018. – Vol. 66 (4). – P. 123. – DOI: 10.1007/s11249-018-1075-1.

20. Taguchi approach and decision tree algorithm for prediction of wear rate in zinc oxide-filled AA7075 matrix composites / S.V. Alagarsamy, R. Balasundaram, R.M.V. Mohanavel, A. Karthick, S.S. Devi // Surface Topography: Metrology and Properties. – 2021. – Vol. 9 (3). – P. 035005. – DOI: 10.1088/2051-672X/ac0f34.