Том 27 № 2 2025 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Сундуков С.К., Нигметзянов Р.И., Приходько В.М., Фатюхин Д.С., Кольдюшов В.К. Сравнение методов ультразвуковой обработки поверхностей, полученных послойным синтезом, на примере сплава Ti6Al4V............. 6 Кейт Н., Кулкарни А.П., Дама Й.Б. Сравнительная оценка трения и износа альтернативных материалов, используемых для производства фрикционных композиционных материалов тормозных систем................................ 29 Наумов С.В., Панов Д.О., Соколовский В.С., Черниченко Р.С., Салищев Г.А., Белинин Д.С., Лукьянов В.В. Влияние режимов аргонодуговой сварки на структуру и свойства сварных соединений из сплава ВТИ-4 (Ti2AlNb).............................................................................................................................................................................. 43 Джатти В.С., Сингараджан В., Сайятибрагим А., Джатти В.С., Кришнан М.Р., Джатти С.В. Улучшение характеристик электроэрозионной обработки сплавов NiTi, NiCu и BeCu с использованием многокритериального подхода на основе функции полезности........................................................................................................................... 57 Стельмаков В.А., Гимадеев М.Р., Никитенко А.В. Обеспечение точности формы отверстий, полученных при чистовой обработке методом растачивания............................................................................................................... 89 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Патил Н., Агарвал С., Кулкарни А.П., Сараф А., Ране М., Дама Й.Б. Экспериментальное исследование наноСОЖ на основе оксида графена при сверлении композиционного алюмоматричного материала, армированного частицами SiC, в условиях минимального количества смазочно-охлаждающей жидкости........................................ 103 Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Никитенко А.В., Улисков М.В. Прогнозирование шероховатости поверхности при фрезеровании сфероцилиндрическим инструментом с использованием искусственной нейронной сети....................................................................................................................................................................................... 126 Осипович К.С., Сидоров Е.А., Чумаевский А.В., Никонов С.Н., Колубаев Е.А. Условия изготовления биметаллических образцов на основе железных и медных сплавов методом проволочного электронно-лучевого аддитивного производства.................................................................................................................................................. 142 Бабаев А.С., Савченко Н.Л., Козлов В.Н., Семёнов А.Р., Григорьев М.В. Работоспособность композиционной керамики Y-TZP-Al2O3 при сухом высокоскоростном точении термически упрочнённой стали марки 40Х........... 159 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Муратов К.Р., Мамадалиев Р.А. Морфологические изменения поверхности деформированной конструкционной стали в коррозионно-активной среде............................................................................................ 174 Черниченко Р.С., Панов Д.О., Наумов С.В., Кудрявцев Е.А., Салищев Г.А., Перцев А.С. Влияние гетерогенной структуры, сформированной деформационно-термической обработкой, на механическое поведение аустенитной нержавеющей стали...................................................................................................................................... 189 Панов Д.О., Черниченко Р.С., Наумов С.В., Кудрявцев Е.А., Салищев Г.А., Перцев А.С. Влияние холодной радиальной ковки на структуру, текстуру и механические свойства легкой аустенитной стали................................ 206 Дешпанде А., Кулкарни А.П., Анерао П., Дешпанде Л., Соматкар А. Комплексное численное и экспериментальное исследование трибологических характеристик композиционного материала на основе ПТФЭ.................. 219 Воронцов А.В., Панфилов А.О., Николаева А.В., Черемнов А.В., Княжев Е.О. Влияние ударной обработки на структуру и свойства никелевого сплава ЖС6У, полученного литьем и электронно-лучевым аддитивным производством............................................................................................................................................................................... 238 Мисоченко А.А. Мартенситные превращения в сплавах на основе TiNi в процессе прокатки с импульсным током..................................................................................................................................................................................... 255 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 270 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 279 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 03.06.2025. Выход в свет 16.06.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 35,0. Уч.-изд. л. 65,1. Изд. № 77. Заказ 150. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 2 2025 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 27 No. 2 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Sundukov S.K., Nigmetzyanov R.I., Prikhodko V.M., Fatyukhin D.S., Koldyushov V.K. Comparison of ultrasonic surface treatment methods applied to additively manufactured Ti-6Al-4V alloy................................................................ 6 Kate N., Kulkarni A.P., Dama Y.B. A comparative evaluation of friction and wear in alternative materials for brake friction composites............................................................................................................................................................... 29 Naumov S.V., Panov D.O., Sokolovsky V.S., Chernichenko R.S., Salishchev G.A., Belinin D.S., Lukianov V.V. Microstructure and mechanical properties of Ti2AlNb-based alloy weld joints as a function of gas tungsten arc welding parameters............................................................................................................................................................................. 43 Jatti V.S., Singarajan V., SaiyathibrahimA., Jatti V.S., KrishnanM.R., Jatti S.V. Enhancement of EDM performance for NiTi, NiCu, and BeCu alloys using a multi-criteria approach based on utility function................................................ 57 Stelmakov V.A., Gimadeev M.R., Nikitenko A.V. Ensuring hole shape accuracy in fi nish machining using boring...... 89 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Patil N., Agarwal S., Kulkarni A.P., Saraf A., Rane M., Dama Y.B. Experimental investigation of graphene oxide-based nano cutting fl uid in drilling of aluminum matrix composite reinforced with SiC particles under nano-MQL conditions............................................................................................................................................................................. 103 Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Nikitenko A.V., Uliskov M.V. Prediction of surface roughness in milling with a ball end tool using an artifi cial neural network................................................................................................................. 126 Osipovich K.O., Sidorov E.A., Chumaevskii A.V., Nikonov S.N., Kolubaev E.A. Manufacturing conditions of bimetallic samples based on iron and copper alloys by wire-feed electron beam additive manufacturing......................... 142 Babaev A.S., Savchenko N.L., Kozlov V.N., Semenov A.R., Grigoriev M.V. Performance of Y-TZP-Al2O3 composite ceramics in dry high-speed turning of thermally hardened steel 0.4 C-Cr (AISI 5135)...................................................... 159 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Muratov K.R., Mamadaliev R.A. Morphological changes of deformed structural steel surface in corrosive environment......................................................................................................................................................... 174 Chernichenko R.S., Panov D.O., Naumov S.V., Kudryavtsev E.A., Salishchev G.A., Pertsev A.S. Eff ect of heterogeneous structure on mechanical behavior of austenitic stainless steel subjected to novel thermomechanical processing............................................................................................................................................................................. 189 Panov D.O., Chernichenko R.S., Naumov S.V., Kudryavtsev E.A., Salishchev G.A., Pertsev A.S. Eff ect of cold radial forging on structure, texture and mechanical properties of lightweight austenitic steel................................................ 206 Deshpande A., Kulkarni A.P., Anerao P., Deshpande L., Somatkar A. Integrated numerical and experimental investigation of tribological performance of PTFE based composite material.................................................................... 219 Vorontsov A.V., Panfi lov A.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.V., Knyazhev E.O. Eff ect of impact processing on the structure and properties of nickel alloy ZhS6U produced by casting and electron beam additive manufacturing........ 238 Misochenko A.A. Martensitic transformations in TiNi-based alloys during rolling with pulsed current........................... 255 EDITORIALMATERIALS 270 FOUNDERS MATERIALS 279 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 29 ТЕХНОЛОГИЯ Сравнительная оценка трения и износа альтернативных материалов, используемых для производства фрикционных композиционных материалов тормозных систем Нарен Кейт 1, a, Атул Кулкарни 1, b, *, Йогирадж Дама 2, c 1 Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Махараштра, Пуне – 411048, Индия 2 Технологический университет доктора Бабасахеба Амбедкара, Лонере, Райгад, Махараштра, 402103, Индия a https://orcid.org/0009-0001-1502-8570, naren.kate@viit.ac.in; b https://orcid.org/0000-0002-6452-6349, atul.kulkarni@viit.ac.in; c https://orcid.org/0009-0008-5404-4347, yogirajdama@dbatu.ac.in Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 2 с. 29–42 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-29-42 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Тормозные системы – ключевой элемент безопасности автомобилей, обеспечивающий остановку и безопасное управление. Их эффективность имеет решающее значение для обеспечения безопасности пассажиров и других ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.81:621.89 История статьи: Поступила: 17 января 2025 Рецензирование: 17 февраля 2025 Принята к печати: 17 марта 2025 Доступно онлайн: 15 июня 2025 Ключевые слова: Безасбестовые альтернативные материалы Фрикционные материалы тормозных колодок Композиционные материалы Износ Схема «штифт – диск» АННОТАЦИЯ Введение. В настоящем исследовании рассматриваются научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР), направленные на разработку безасбестовых фрикционных композиционных материалов для тормозных систем (ФКТС) с целью повышения безопасности и эффективности работы автомобильных тормозных систем. Изучена эволюция ФКТС от материалов на основе асбеста к более безопасным заменителям и проведен анализ с целью разработки альтернативных комбинаций. Подчеркнута важная роль основных компонентов – волокон, связующих, модификаторов трения и наполнителей – в создании долговечных фрикционных композиционных материалов тормозных систем. Композиционный материал на основе базальтового волокна с наполнителем из карбоната кальция сравнивается с композиционным материалом на основе арамидного волокна с наполнителем из сульфата бария посредством оценки на испытательном стенде по схеме трения «штифт – диск». На основании результатов испытаний установлено, что альтернативные композиционные материалы перспективны для применения в тормозных системах. Настоящая работа предоставляет основу для дальнейшей разработки экологически чистых фрикционных композитов тормозных систем путем выбора оптимальных составов, а также определяет подход к последующим исследованиям, которые будут проводиться с целью изменения компонентов и их соотношения при создании композиционных материалов. Это исследование поможет в дальнейшем улучшить функциональность тормозных систем в автомобилях. Цель работы: данное исследование направлено на разработку безасбестовых фрикционных композиционных материалов для автомобильных тормозных систем (ФКТС) с целью повышения безопасности и эффективности их работы. Исследуются экологически чистые альтернативы асбесту, анализируются роли волокон, связующих, модификаторов трения и наполнителей. Целью исследования является определение оптимальных составов для создания прочных, экологически безопасных тормозных материалов, открывающих путь для дальнейшего внедрения инновационных решений в практику. Методы исследования: для оценки износа, трения и долговечности, а также оценки пригодности разрабатываемых материалов с целью использования в тормозных системах применяется метод трения по схеме «штифт – диск». Исследование посвящено анализу влияния компонентов (волокон, связующих, модификаторов трения и наполнителей) на свойства фрикционных композиционных материалов тормозных систем. Экспериментально изучены два состава: базальтовое волокно с карбонатом кальция и арамидное волокно с сульфатом бария. Результаты и обсуждение: результаты исследования свидетельствуют об эффективности использования базальтового волокна с карбонатом кальция и арамидного волокна с сульфатом бария в качестве компонентов фрикционных композитов тормозных систем. Показано, что данные материалы обеспечивают высокие показатели износостойкости и фрикционных характеристик. Подчеркивается потенциал дальнейшей оптимизации составов для повышения экологичности и улучшения эксплуатационных свойств тормозных систем. Полученные результаты также подчеркивают важность выбора компонентов для разработки безопасных и экологически устойчивых фрикционных композитов. Для цитирования: Кейт Н., Кулкарни А.П., Дама Й.Б. Сравнительная оценка трения и износа альтернативных материалов, используемых для производства фрикционных композиционных материалов тормозных систем // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 2. – С. 29–42. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-29-42. ______ *Адрес для переписки Кулкарни Атул П., профессор Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Пуне – 411048, Махараштра, Индия Тел.: 91-2026950419, e-mail: atul.kulkarni@viit.ac.in
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 30 ТЕХНОЛОГИЯ участников дорожного движения. В дисковых тормозных системах эффективность торможения определяется трением между тормозной колодкой и диском. Следовательно, выбор подходящих материалов для фрикционных композитов тормозных накладок является определяющим фактором достижения высоких тормозных характеристик [1]. Фрикционные композиты тормозных накладок с остоят из волокон, связующих, модификаторов трения и наполнителей, определяющих их важнейшие трибологические свойства [2, 3]. Для предотвращения интенсивного износа и ухудшения фрикционных характеристик необходим тщательный подбор материалов [4, 5]. Эволюция безасбестовых фрикционных композитов Асбест благодаря своим превосходным фрикционным и износостойким свойствам традиционно используется в качестве основного компонента тормозных накладок. Однако из-за серьезных рисков для здоровья его применение было ограничено [6, 7]. В последние годы активно разрабатываются альтернативные материалы для замены асбеста [8–10]. Основываясь на применении металлических наполнителей, Кумар и Биджве (Kumar и Bijwe) [11] исследовали влияние рабочих параметров на трение во фрикционных композитах. В исследовании проанализированы фрикционные характеристики безасбестового органического композита при динамически изменяющихся давлении и скорости. Было установлено, что медный порошок эффективно снижает чувствительность фрикционных свойств к изменению рабочих параметров. Дальнейшие исследования подчеркнули важность понимания зависимости фрикционных свойств от состава композита и позволили определить способы повышения эффективности и долговечности фрикционных материалов [12]. Бханудас Баччхав с соавторами (Bhanudas Bachchhav et al.) [13] изучали износостойкость безасбестовых фрикционных материалов при скольжении по диску из серого чугуна. Результаты исследования позволили получить информацию о скорости износа материалов и облегчить выбор подходящих фрикционных материалов для тормозных систем [10–13]. Армирующие компоненты во фрикционных композитах Введение армирующих компонентов улучшает механические и трибологические свойства фрикционных композитов [1]. Прахбу с соавторами (Prabhu et al.) исследовали влияние армирования бимодальными частицами. Композиты, армированные муллитом, продемонстрировали более высокие характеристики, чем композиты с кремнеземным наполнителем [14]. Абразивные компоненты во фрикционных композитах Выбор абразивных компонентов играет решающую роль в определении износостойкости фрикционных композитов. Тедж Сингх и Амар Патнаик (Tej Singh и Amar Patnaik) [15] исследовали влияние различных абразивов на эффективность безасбестовых фрикционных материалов. Экспериментально было установлено, что фрикционные композиты, содержащие оксид алюминия, обладают более высокими эксплуатационными характеристиками. Результаты исследования предоставляют ценные сведения для выбора абразивных компонентов при разработке высокоэффективных безасбестовых фрикционных композиционных материалов [3–5]. Новые материалы для фрикционных композитов тормозных накладок Недавние исследования демонстрируют преимущества включения новых материалов в состав тормозных композитов [10–13]. Властимил Матейка (Vlastimil Matějka) [16] оценил влияние g-C3N4 на формирование бессвинцовых фрикционных композитов тормозных колодок. Проведены обширные исследования по разработке эффективных безасбестовых материалов [15–19]. Введение высокопрочных компонентов и оптимизированных абразивов демонстрирует перспективу улучшения трибологических свойств [20–22]. Использование инновационных материалов, таких как графитовый нитрид углерода (g-C3N4), открывает возможности для разработки экологичных и высокоэффективных материалов тормозных колодок [3–17]. Трибологические испытания по схеме «штифт – диск» позволяют оценить износ, трение и долговечность, определяя пригодность материалов для использования в тормозных системах [23–25].
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 31 TECHNOLOGY Представленное исследование вносит вклад в развитие знаний о фрикционных композитах тормозных накладок посредством анализа предшествующей литературы, фокусируясь на их фрикционных свойствах и износостойкости и предлагая альтернативные композиционные решения для тормозных систем. Результаты работы также определяют перспективы дальнейших исследований в области оптимизированного выбора фрикционных материалов для применения в тормозных системах. Обзор литературы Состав фрикционных материалов тормозных накладок Фрикционные материалы, используемые в автомобильных тормозных накладках, представляют собой сложные смеси, которые состоят из множества компонентов, предназначенных для обеспечения необходимых фрикционных свойств и износостойкости. Их можно классифицировать на четыре основные группы: – связующие – обеспечивают когезию всех остальных ингредиентов; – армирующие волокна – повышают прочность матрицы композита; – модификаторы трения – обеспечивают требуемый уровень смазки, стабилизируют коэффициент трения и регулируют формирование трибологических пленок на поверхности контакта; – наполнители – в основном используются для снижения себестоимости композита и частичной модификации характеристик фрикционного материала [2, 3]. На рис. 1 схематично представлены ключевые функции основных компонентов фрикционного композита тормозной накладки. Выбор каждого ингредиента определяется необходимостью соответствия его свойств предъявляемым функциональным требованиям. Волокна Волокна играют важнейшую роль в составе фрикционных материалов тормозных накладок, обеспечивая необходимую прочность и долговечность в условиях высоких нагрузок, возникающих при торможении. Введение армирующих волокон способствует повышению общей прочности материала [3]. При выборе волокон для композитов тормозных колодок учитываются такие характеристики, как высокая прочность, стабилизация трения, износостойкость, низкая теплопроводность, шумопоглощение и совместимость со связующими [7]. В качестве армирующих волокон в составе тормозных колодок могут использоваться арамидные и базальтовые волокна. Арамидные волокна, обеспечивающие высокую прочность и износостойкость, оптимальны для условий интенсивного торможения. Базальтовые волокна благодаря исключительной термостойкости рекомендованы для высокотемпературных режимов торможения [9, 10]. Наполнители Наполнители – важные компоненты фрикционных композитов, способствующие снижению Рис. 1. Ключевые функции основных компонентов фрикционных композитов тормозных систем Fig. 1. Key roles of crucial components of brake friction composites
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 32 ТЕХНОЛОГИЯ шума и вибраций, а также повышению износостойкости. Введение наполнителей позволяет улучшить эксплуатационные характеристики фрикционных композитов тормозных колодок. К числу наиболее распространенных неорганических наполнителей относятся карбонат кальция, вспученный вермикулит, слюда, сульфат бария, каолиновая глина и титанаты щелочных металлов. Карбонат кальция (CaCO3) позволяет снизить себестоимость и повысить износостойкость, что увеличивает срок службы тормозных колодок. Данный наполнитель снижает потери материала при торможении и повышает общую износостойкость. Сульфат бария (BaSO4), обладающий высокой термической стабильностью, часто используется в качестве наполнителя, поскольку способен выдерживать экстремально высокие температуры, возникающие в процессе торможения [5–11]. Связующие Основная функция связующих веществ – обеспечение когезии компонентов композита и адгезии к другим элементам конструкции. Связующие обеспечивают необходимую структурную целостность материала тормозной колодки при воздействии термических и механических нагрузок. Связующее должно обладать хорошей текучестью при прессовании и отверждении для обеспечения равномерного распределения и связывания компонентов. Фрикционные композиты характеризуются хорошей адгезией и высокой термостойкостью, которые обеспечиваются применением полимерных связующих. Выбор типа полимера имеет большое значение для эффективной работы тормозной системы в широком диапазоне условий эксплуатации [2–10]. Модификаторы трения Модификаторы трения – это добавки, влияющие на характеристики трения и износа тормозных колодок. Модификаторы играют важную роль в регулировании фрикционных свойств, таких как уровень шума, информативность педали тормоза и абразивность (агрессия) по отношению к контртелу. Для обеспечения эффективной работы тормозной системы необходимо поддерживать оптимальное соотношение смазывающих и абразивных компонентов в составе фрикционного материала [2–10]. Графит играет важную роль в снижении износа фрикционных материалов. Он повышает стабильность коэффициента трения в широком диапазоне температур, минимизирует шум и предотвращает проскальзывание, обеспечивая более плавное торможение [3–6]. Выбор оптимальных комбинаций компонентов На рис. 2 представлены ожидаемые свойства компонентов, определяющие их пригодность для использования во фрикционных композитах тормозных систем. Для выбора оптимальных комбинаций компонентов фрикционных композиционных матеРис. 2. Ожидаемые свойства компонентов фрикционных композитов тормозных систем Fig. 2. Expected properties of components in brake friction composites
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 33 TECHNOLOGY риалов тормозных накладок существуют следующие критерии: – высокая эффективность торможения – обеспечение необходимого тормозного усилия, минимизация шума и снижение выбросов пыли и твердых частиц; – высокая эксплуатационная надежность (долговечность) – устойчивость к износу, высоким температурам и воздействию окружающей среды. Композиты на основе арамидных волокон с медным наполнителем обладают хорошей эксплуатационной надежностью благодаря высокой износостойкости меди и прочности арамидного волокна. Данная комбинация обеспечивает высокую эффективность торможения, а также снижает шум и выбросы пыли [7]. Использование базальтового волокна в сочетании с карбонатом кальция обеспечивает приемлемый уровень эксплуатационной надежности за счет высокой термостойкости базальта и износостойкости карбоната кальция [8]. На рис. 3, а и 3, б представлены образцы арамидного и базальтового волокна соответственно. Механические свойства арамидных и базальтовых волокон приведены в табл. 1 [9]. Методы На основании результатов анализа данных из литературы, а также учитывая роль и свойства компонентов, для проведения экспериментальных испытаний на изнашивание предложены две композиции фрикционных материалов тормозных накладок: ФКТС1 и ФКТС2. Трибологические испытания материалов на трение и износ реализованы по кинематической схеме «штифт – диск». Выбранные составы разработаны с учетом уникальных свойств каждого компонента, что позволяет создать прочный, долговечный, термостойкий и экономичный фрикционный материал. Каждый компонент играет важную роль в обеспечении необходимых характеристик тормозной системы. а б Рис. 3. Листы арамидного волокна (а); листы базальтового волокна (б) Fig. 3. Aramid fi ber (а); basalt fi ber (б) Sheets Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Механические свойства арамидного и базальтового волокна [22] Mechanical properties of aramid and basalt [22] Свойства / Properties Арамидное волокно / Aramid Базальтовое волокно / Basalt Временное сопротивление, ГПа / Tensile strength (GPa) 2,9…3,4 3,0…4,84 Модуль упругости, ГПа / Elastic modulus (GPa) 70…112 79,3…93,1 Плотность, г/см3 / Density (g/cm3) 1,43 2,90
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1