Исследование трения скольжения латуни Л63 с разным структурным состоянием

Цель работы — исследование влияния термической обработки на триботехнические характеристики латуни Л63 со структурой, сформированной после равноканального углового прессования (РКУП).

Объектом исследования является латунь марки Л63 в различных структурных состояниях и с отличающимися механическими характеристиками. Структура и свойства формировались путём интенсивной пластической деформации методом РКУП и низкотемпературного отжига. Методом просвечивающей электронной микроскопии исследовали структуру образцов. Механические свойства оценивали при растяжении, определяли твёрдость образцов. Трение скольжения реализовывали на трибометре по схеме шарик–диск без применения смазочных материалов. Регистрировали коэффициент трения, амплитуду вибрации и акустическую эмиссию в трибоконтакте. Металлографию использовали для изучения состояния приповерхностного слоя материала после трения. Поверхность трения и износ латуни изучали методом конфокальной лазерной сканирующей микроскопии.

Установлено, что РКУП при комнатной температуре повышает прочность латуни Л63 в 2,1—6 раз и нанотвёрдость на 53—78 % относительно горячекатаного прутка. Последующий отжиг снижает эти показатели. Коэффициент трения в паре сталь—латунь после РКУП уменьшается на 7—11 %, после отжига — возрастает на 12—28 %, но остаётся на 3—13 % ниже, чем у исходного крупнозернистого материала. Износостойкость после 1—2 проходов РКУП повышается на ~ 40,0—47,5 %, после 3 проходов — снижается на ~ 10 %. Наибольший эффект даёт отжиг при 200 °C (рост износостойкости на 74—86 %), отжиг при 300 °C — на 36—68 % выше исходного уровня. Виброметрия позволила выявить корреляцию амплитуды виброускорения с износом и коэффициентом трения, что связано с процессами формирования частиц износа и адгезионного схватывания. Установлено, что доминирующими механизмами изнашивания являются: адгезионное схватывание и усталостное разрушение, затрагивающее слой механически перемешанного материала.

1. Valiev R.Z., Islamgaliev R.K., and Alexandrov I.V. Bulk Nanostructured Materials from Severe Plastic Deformation // Progress in Materials Science. — 2000 (45), 103—189. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(99)00007-9

2. Suryadi S., Napitupulu R.A.M., Dedi P., Suhadi A.S., and Siradj E.S. Effect of Equal Channel Angular Pressing and Post Heating on Microstructure and Hardness of Cu-Zn 70/30 // Advanced Materials Research. — 2013 (789), 373—378. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.789.373

3. Dutkiewicz J., Masdeu F., Malczewski P., and Kukuła A. Microstructure and Properties of α+β Brass after ECAP Processing // Archives of Materials Science and Engineering. — 2009 (39/2), 80—83

4. Song K.H., Kim H.S., and Kim W.Y. Enhancement of Mechanical Properties and Grain Refinement in ECAP 6/4 Brass // Reviews on Advanced Materials Science. — 2011 (28), 158—161

5. Kim H.S., Kim W.Y., and Song K.H. Effect of Post-Heat-Treatment in ECAP Processed Cu–40%Zn Brass // Journal of Alloys and Compounds. — 2012 (536), 200—203. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.11.079

6. Volokitina I.E. Effect of Preliminary Heat Treatment on Deformation of Brass by the Method of ECAP // Metal Science and Heat Treatment. — 2021 (63), 163—167. https://doi.org/10.1007/s11041-021-00664-y

7. Radhi H.N., Mohammed M.T., and Aljassani A.M.H. Influence of ECAP Processing on Mechanical and Wear Properties of Brass Alloy // Materials Today: Proceedings. — 2021 (44), 2399—2402. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.461

8. Radhi H.N., Mohammed M.T., and Aljassani A.M.H. Development of Microstructure, Mechanical and Wear Characteristics of the Brass Alloy Processed by ECAP // Kufa Journal of Engineering. — 2024 (15), 1—15. https://doi.org/10.30572/2018/KJE/150201

9. Filippov A.V., Tarasov S.Yu, Fortuna S.V., Podgornykh O.A., Shamarin N.N., and Rubtsov V.E. Microstructural, Mechanical and Acoustic Emission-Assisted Wear Characterization of Equal Channel Angular Pressed (ECAP) Low Stacking Fault Energy Brass // Tribology International. — 2018 (123), 273—285. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2018.03.023

10. Niels H. Hall–Petch Relation and Boundary Strengthening // Scripta Materialia. — 2004 (51), 801—806. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2004.06.002

11. Alawadhi M.Y., Aloraier A.S., Alaskari A.M., Alazemi A.A., and Huang Y. Effects of Short-Term Annealing on the Thermal Stability and Microstructural Evolution of Oxygen-Free Copper Processed by High-Pressure Torsion // Materials. — 2024 (17), 5886. https://doi.org/10.3390/ma17235886

12. Hase A., Morita M., and Onodera K. Analysis of Seizure-Resistance-Improvement Mechanism of Polymer Additives by Acoustic Emission Sensing // Tribology International. — 2023 (184), 108441. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2023.108441.

13. Olejnik P. and Desta Y.D. Friction-Induced Interactions: Acoustic Emissions, Vibrations, and Wear – a Multiscale Review // Nonlinear Dynamics. — 2025 (113), 24101—24140. https://doi.org/10.1007/s11071-025-11397-5

14. Filippov A.V., Rubtsov V.E., and Tarasov S.Yu. Acoustic Emission Study of Surface Deterioration in Tribocontacting // Applied Acoustics. — 2017 (117), 106—112. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2016.11.007

15. Popov V.L. Contact Mechanics and Friction. — Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag. — 2010. https://doi.org/10.1007/978-3-642-10803-7

16. Tarasov S.Yu., Filippov A.V., Kolubaev E.A., and Kalashnikova T.A. Adhesion Transfer in Sliding a Steel Ball Against an Aluminum Alloy // Tribology International. — 2017 (115), 191—198. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2017.05.039