Влияние интенсивной пластической деформации и низкотемпературного отжига на поведение меди М1 при трении скольжения без смазочного материала

Методом равноканального углового прессования и последующего отжига получили образцы меди М1 с различным структурным состоянием. Методами просвечивающей электронной микроскопии и металлографии исследовали структуру образцов до и после проведения испытаний на трение скольжения. В ходе испытаний на растяжение и наноиндентирования определили механические характеристики образцов. В процессе трения по схеме шарик—диск регистрировали коэффициент трения, вибрацию и акустическую эмиссию для выявления особенностей влияния структурного состояния материала на динамику трения. Метод конфокальной лазерной сканирующей микроскопии использовали для оценки износа.

Установлено, что увеличение числа проходов РКУП и отжиг несущественно, не более 8 %, влияют на коэффициент трения скольжения в паре сталь—медь. Показано, что увеличение числа проходов РКУП позволяет снизить износ меди М1 на 26—93 %. После отжига при температуре 200 °С дополнительно снижается износ, на 5—8 %, по сравнению с образцами без отжига. Отжиг при 300 °С приводит к увеличению износа на 37—65 %, по сравнению с образцами без отжига. Низкая пластичность и высокая твёрдость материала в сильнодеформированном состоянии приводят к формированию толстого приповерхностного слоя, состоящего из смеси окислившихся частиц износа, оксидов меди и фрагментов разрушенной поверхности трения. Отжиг при температурах 200 °С и 300 °С способствует менее выраженному разрушению поверхности образцов, а также окислению и смешиванию с частицами износа в более тонком приповерхностном слое. Полученные в работе результаты указывают на существенное влияние структурного состояния как на механические свойства, так и на особенности процесса трения скольжения и износа меди М1.

1. Moshkovich A. and Rapoport L.S. The Effect of the Structural Parameters on the Friction and Wear Properties of Some FCC Metals // Journal of Mate-rials Research and Technology. — 2023 (24), 3913—3924. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.04.034

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

3. Filippov A.V., Tarasov S.Y., Podgornykh O.A., Fortuna S.V., Shamarin N.N., and Vorontsov A.V. Wear, Vibration and Acoustic Emission Characteri-zation of Sliding Friction Processes of Coarse-Grained and Ultrafine-Grained Copper // Wear. — 2019 (424–425), 78—88. https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.02.014

4. Sadykov F.A., Barykin N.P., and Aslanyan I.R. The Influence of Strain-Heat Processing on Copper Wear // Wear. — 1997 (212), 160—164. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(97)00164-6

5. Zhang Y.S., Wang K., Han Z., and Liu G. Dry Sliding Wear Behavior of Copper with Nano-Scaled Twins // Wear. — 2007 (262), 1463—1470. https://doi.org/10.1016/j.wear.2007.01.012

6. Yao B., Han Z., and Lu K. Correlation between Wear Resistance and Subsurface Recrystallization Structure in Copper // Wear. — 2012 (294–295), 438—445. https://doi.org/10.1016/j.wear.2012.07.008

7. Iglesias P., Bermúdez M.D., Moscoso W., and Chandrasekar S. Influence of Processing Parame-ters on Wear Resistance of Nanostructured OFHC Copper Manufactured by Large Strain Extrusion Machining // Wear. — 2010 (268), 178—184. https://doi.org/10.1016/j.wear.2009.07.009

8. Yao Bin, Han Zhong, and Lu Ke. Impurity Effect on Wear Resistance of Ultrafine-Grained Copper // Journal of Materials Science & Technology. — 2012 (28), 481—487. https://doi.org/10.1016/S1005-0302(12)60086-3

9. Filippov A.V., Rubtsov V.E., and Tara-sov S.Yu. Acoustic Emission Study of Sur-face Deterioration in Tribocontacting // Applied Acoustics. — 2017 (117A), 106—112. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2016.11.007

10. Huang K. and Logé R.E. A Review of dynamic Recrystallization Phenomena in Metallic Materials // Materials & Design. — 2016 (111), 548—574. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.09.012

11. Niels Hansen. Hall–Petch Relation and Boundary Streng¬the-ning // Scripta Materialia. — 2004 (51), 801—806. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2004.06.002

12. 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 Mi-crostructural Evolution of Oxygen-Free Copper Processed by High-Pressure Torsion // Materials. — 2024 (17), 5886. https://doi.org/10.3390/ma17235886

13. Weidner A., Vinogradov A., Vollmer M., Krooß P., Kriegel M.J., Klemm V., Chumlya-kov Y., Niendorf T., and Biermann H. In situ Characterization of the Functional Degradation of a Orientated Fe–Mn–Al–Ni Single Crystal under Compression Using Acoustic Emission Measure-ments // Acta Materialia. — 2021 (220), 117333. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117333

14. Savchenko N.L., Filippov A.V., Tarasov S.Y., Dmitriev A.I., Shilko E.V., and Grigoriev A.S. Acoustic Emission Characterization of Sliding Wear under Condition of Direct and Inverse Trans-formations in Low-Temperature Degradation Aged Y-TZP and Y-TZP-AL2O3 // Friction. — 2018 (6), 323—340. https://doi.org/10.1007/s40544-018-0226-6

15. Filippov A.V., Tarasov S.Yu., Fortuna S.V., Pod-gornykh O.A., Shamarin N.N., and Rubtsov V.E. Microstructural, Mechanical and Acoustic Emis-sion-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

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