Влияние частиц алюминидов титана на триботехнические характеристики сплава Al–40Sn при трении без смазочного материала по стали

Исследована структура и триботехнические характеристики спечённого сплава Al–40Sn, упрочнённого частицами Al3Ti различной объёмной концентрации. Композиционные образцы спекались при 710 °С в течение 1 часа, а затем доуплотнялись в закрытой пресс-форме при температуре 250 °С и давлении около 300 МПа. Испытания на износостойкость проводились на триботестере «Tribotechnic» в отсутствие смазки по схеме «палец—диск» при постоянной скорости скольжения 0,6 м/с, повышая нагрузку через каждые 1000 м пути трения. В качестве контртела использовали стальной диск из закалённой стали марки 40Х твёрдостью 48—50 HRC. Установлено, что концентрация твёрдых частиц 32 об. % обеспечивает максимальную износостойкость спечённых образцов Al–Al3Ti–Sn. Дальнейший рост содержания алюминидов до 40 об. % приводит к формированию значительного количества хрупких контактов между твёрдыми частицами, что отрицательно сказывается на износостойкости исследуемых материалов. Сделан вывод, что для повышения износостойкости композитов данной системы следует добиваться равномерного размещения частиц твёрдой фазы по периметру матричных зёрен. Обнаружено, что величина интенсивности изнашивания композитов Al–Al3Ti–Sn возрастает с увеличением давления на поверхность трения, тогда как значение коэффициента трения снижается и практически не зависит от состава исследуемых материалов. Рассмотрен механизм изнашивания композиционных образцов гибридного фазового состава при трении без смазочного материала по стальному диску. Изнашивание композитов данной системы осуществляется двумя основными механизмами: деформационно-окислительный износ посредством пластической деформации тонкого поверхностного слоя и его охрупчивания мелкими оксидными частицами, а также усталостный износ путем вовлечения в деформацию сдвигом зёрен верхнего слоя образца с последующим их отслоением по оловянным прослойкам, исчерпавшим ресурс пластичности.

1. Podrabinnik P., Gershman I., Mironov A., Kuznetsova E., and Peretyagin P. Tribochemical Interaction of Multicomponent Aluminum Alloys During Sliding Friction with Steel // Lubricants. — 2020 (8), 24

2. Bassani P., Molteni M., and Gariboldi E. Microstructural Features and Thermal Response of Granulated Al and A356 Alloy with Relevant Sn Additions // Materials & Design. — 2023 (229), 111879

3. Sadawy M., Metwally H., Abd El-Aziz H., Adbelkarim A., Mohrez W., Mashaal H., and Kandil A. The Role of Sn on Microstructure, Wear and Corrosion Properties of Al-5Zn-2.5Mg-1.6Cu-xSn Alloy // Materials & Design. — 2022 (9), 096507

4. Wang D., Wu X., Gao K., Wen S., Wu H., Qiu J., Wei W., Huang H., Zhou D., and Nie Z. Study on the Microstructure and Wear Behavior of Mg-Containing Al-12Sn-4Si Alloys // Journal of Materials Research and Technology. — 2022 (18), 338—351

5. Zeng M.Q., Hu R.Z., Song K.Q., Dai L.Y., and Lu Z.C. Enhancement of Wear Properties of Ultrafine-Structured Al–Sn Alloy-Embedded Sn Nanoparticles Through in situ Synthesis // Tribology Letters. — 2019 (67), 84

6. Li S., Li Y., Guo H., Wen Z., and Zhu Z. Effect of Electromagnetic Stirring Frequency on Tribological Performance and Corrosion Resistance of Al-Sn Bearing Alloy // Materials Today Communications. — 2022 (32), 103898

7. Rusin N.M., Skorentsev A.L., and Kolubaev E.A. Effect of Equal Channel Angular Pressing on Mechanical and Tribological Properties of Sintered AlSn Composites // Journal of Materials Engineering and Performance. — 2020 (29), 1955—1963

8. Confalonieri C., Casati R., and Gariboldi E. Effect of Process Parameters on Laser Powder Bed Fusion of Al-Sn Miscibility Gap Alloy // Quantum Beam Science. — 2022 (6), 17

9. Heydari V., Alizadeh M., and Pashangeh Sh. Investigation into Microstructural and Mechanical Properties of Al–Sn Alloy Fabricated Using Accumulative Roll Bonding Combined with Heat Treatment // Journal of Materials Research and Technology. — 2023 (26), 3481—3495

10. Hernandez O. and Gonzalez G. Microstructural and Mechanical Behavior of Highly Deformed AlSn Alloys // Materials Characterization. — 2008 (59), 534—541

11. Русин Н.М., Скоренцев А.Л., Власов И.В. Влияние железа на триботехнические свойства спечённых сплавов Al–Sn // Трение и износ. — 2022 (43), № 4, 502—514

12. Rusin N.M. and Skorentsev A.L. Mechanical Properties of Al–Sn Composites Alloyed with Titanium // Physics of Metals and Metallography. — 2025 (126), 91—100

13. Straumal B., Molodov D., and Gust W. Grain Boundary Wetting Phase Transitions in the Al–Sn and Al–Sn–Pb Systems // Materials Science Forum. — 1996 (207–209), 437—440

14. Evans E.B., McCormick M.A., Kennedy S.L., and Erb U. The Effect of Inclusion Size on Grain Boundary Wetting in A1–Sn Alloys // Applied Physics A Solids and Surfaces. — 1987 (42), 269—272

15. Крагельский И.В. Трение и износ. — М.: Машиностроение. — 1968