автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Формирование структуры и механические свойства спеченной алюминиевой бронзы

! 1а правах рукописи

?гб оа

г 2 ПН ? ^

Коросгелева Елена Николаевна

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ II МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТШтеНЛОЙ АЛЮМИ11ИЕВОЙ БРОНЗЫ

05.16.01 - металловедение и термически обработка металлов

Автореферат

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск 2000

1 Л' "7 7

Работа выполнена в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Савицкий А.П.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, Овчареико В.Е.

кандидат технических наук, доцент Овечкин Б.Б.

Сибирский физико-технический институт при ТГУ

Защит состоится "// 2000 г. в ч. ЗР мин. на

заседании диссертационного совета Д 003.61.01 при Институте физики прочности и материаловедения СО РАН по адресу: 634021, г. Томск, пр. Академический 2/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики прочности и материаловедения СО РАН.

Автореферат разослан ООО г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять по указанному адресу, факс: (382-2) 259576;

Е-шаЛ: ispms@ispms.tomsk.su

Ученый секретарь днссертацнонпого совета доктор физико-математических наук

Кульков С.Н.

K391.504.5-1A0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объект исследования и актуальность темы. Активное развитие порошковой ме-аллургии позволило довольно заметно упростить и удешевить технологические провесы изготовления детален, но при переходе на порошковую технологию встает во-ipoc о достижении необходимых физико-механических характеристик получаемых плавов. В настоящее время уровень прочности порошковых материалов не всегда казывается достаточным. Поэтому главной целыо научных исследовашш в области [роизводства спеченных конструкционных деталей является улучшение механиче-ких свойств материалов - от этого зависит дальнейшее расширение их применения в азличных отраслях промышленности.

Анализ ситуации п области антифрикционных материалов и сплавов показыва-т, что ряд деталей для узлов трения изготавливаются исключительно способом по-ошковой металлургии. Сплавы на основе меди, прежде всего оловянистые и свннцо-истые бронзы, обладают хорошей прирабатываемостыо и высокой теплопроводно-тыо, что позволяет использовать их при высоких скоростях скольжения. Но основ-ым недостатком данных материалов является высокая цена на порошки меди и, осо-енно, олова. В связи с этим актуален поиск замены олова на более дешевую легн-угощуто добавку, которая бы не ухудшала качества антифрикционного материала, [аиболее перспективным металлом для этой цели является алюминий, стоимость ко-эрого на порядок меньше стоимости олопа.

Тот факт, что порошковые сплавы на основе меди с добавкой алюминия пока це не нашли широкого промышленного применения, делает актуальным более де-1лыюе исследование процессов сплавообразования системы Cu-Al в ходе спекания определение физико-механических и триботехническнх свойств полученных спла-зв, обусловленных формирующейся при данном процессе структурой. При этом вдует иметь ввиду, что неоднородное распределение легирующих элементов в спешном материале обуславливает его специфическое поведение в условиях механиче-<ого нагруження.

Хотя уже сложились и существуют выверенные научные положения, касаю- . :нсся процесса спекания, по слитком общим их характер не всегда позволяет зара-:е определить, какие факторы вносят существенный вклад в объемные изменения

спекаемых тел на конкретном этапе спекания. В частности, это касается процесс, спекания с участием жидкой фазы для систем с существенной растворимостью ком понентов в твердой и жидкой фазах. Данный факт обуславливает актуальность-даль нейших исследований процесса жидкофазного спекания подобных систем, к которыл относится и система Cu-Al.

Использование теоретических разработок в области жидкофазного спекант позволяет достаточно корректно прогнозировать объемные изменения спекаемш прессовоки, что является благоприятной предпосылкой для получения спеченных материалов заданной структуры.

Поскольку исследования спечешшй алюминиевой бронзы были ограничены пс содержанию алюминия и температурам спекания, а полученные сплавы демонстрировали невысокие механические свойства, то сформировалось мнение о низких потребительских свойствах данных порошковых материалов независимо от содержания алюминия. Для улучшения его свойств в основном прибегают к дополнительному ле-гированшо третьими компонентами типа железа, никеля, марганца и др., что приводит к нежелательным объемным изменениям - увеличению размеров прессовок. В связи с этим анализ возможности контролирования объемных изменений образцов в процессе спекания алюминиевой бронзы, легированной дополнительными компонентами, и исследование механических свойств полученных материалов представляется весьма важным.

Решению указанных вопросов посвящена настоящая работа. Основной целыо диссертационной работы является экспериментальное исследование закономерностей спекания порошковой системы Cu-Al, влияния дополнительного легирования ее третьими компонентами на объемные изменения прессовок и формирование структуры, обуславливающей механические и триботехнические свойства спеченных материалов.

В соответствии с целями исследования были постаилены следующие конкретные задачи:

1. Построить экспериментальные кривые зависимости усадки образцов ог содержания второго компонента в системе Cu-Al для разных времен и температур спекания. На основе апробированных соотношений, описывающих обьсмные

изменения порошковых тел при жидкофазиом спекании, рассмотреть характер протекания процесса сплавообразования в данной системе.

2. Проанализировать эволюцию микроструктуры порошковых сплавов при спекании в зависимости от состава и температуры спекания.

3. Оценить влияние дополнительных легирующих компонентов на характер объемных изменений прессовок системы Cu-Al при спекании.

4. Провести анализ механических и трнботехиических свойств полученных порошковых сплавов.

5. На основании экспериментальных исследований разработать порошковую алюминиевую бронзу оптимального состава, демонстрирующую высокие механические и трнботехиические свойства.

6. Провести испытания спеченных деталей в промышленных условиях с целью рекомендации их к дальнейшему применению в производстве.

Научная новизна.

Показано, что основные объемные изменения прессовок системы Cu-Al не завершаются в момент протекания экзоэффекта при спекании, вызванного взаимодействием компонентов в результате появления жидкой фазы. Установлено, что для возникновения усадки необходимо последующее повышение температуры спекания при соответствующей его продолжительности. Проведенные исследования объемных изменений прессовок в процессе жидкофазного показали, с каким знаком и в каких пределах прессовки исследуемых сплавов изменяют своп размеры при спекании в зависимости от состава, времени и температуры спекания. Данные результаты позволили определить оптимальный состав порошкового сплава, прессовки которого не меняют свои размеры в процессе спекания при заданной температуре. Определено влияние Fe, Ni, Si, графита и соединений FeP, FeAl3 на характер объемных изменений прессовок системы Cu-Al при спекании. Анализ закономерностей спекания многокомпонентных порошковых смесей позволил решить проблему упрочнения алюминиевой бронзы некоторыми добавками, и том числе железом, не вызывай нежелательных изменений размеров образцов при спекании. Проведенный анализ поведения спеченных порошковых материалов системы Cu-Al при механических испытаниях в зависимости от их состава н температуры спекания позволил определить оптимальный состав

сплавов, обуславливающий высокие механические и триботехнические свойства спеченных материалов на основе алюминиевой бронзы. Практическая ценность

Использование конкурирующих процессов усадки и роста порошковых тел системы Cu-Al при спекании позволило получить изделия из алюминиевой бронзы с заданными пористостью и структурой. Состав порошкового сплава дает возможность сохранять размеры деталей при спекании, а достаточно высокие механические свойства спеченной алюминиевой бронзы - основание рекомендовать ее для промышленного применения в качестве антифрикционного материала. Новый порошковый сплав на основе алюминиевой бронзы защищен патентом Российской Федерации № 2077784 от 07.04.1994г. Получено положительное решение на выдачу патента на спеченный антифрикционный материал на основе алюминиевой бронзы, легированной интерметаллидами, по заявке №98118475 от 21.03.2000г. Полученные порошковые сплавы прошли успешные производственные испытания в узлах трения промышленного оборудования на электроламповом, нефтеперерабатывающем, текстильных, пищевых и транспортных предприятиях, о чем свидетельствуют акты испытаний в приложении. Кроме того, порошковые сплавы системы Cu-Al использовались в качестве модельных объектов исследования в рамках проектов приоритетного направления "Компьютерное конструирование новых материалов" Государственной научно-технической программы России "Новые материалы". Результаты исследования поведения спеченных сплавов при деформировании могут служить дополнительной экспериментальной базой для дальнейшего развития теории пластического течения структурно-неоднородных материалов в рамках физической мезомеханики. Основные положения, выдвигаемые для защиты:

1. Совокупность экспериментальных результатов по исследованию влияния состава порошковых смесей и режимов их спекания на структуру, механические и трибо-технические свойства спеченных сплавов па основе алюминиевой бронзы.

2. Результаты анализа поведения спеченных материалов при механических испытаниях.

3. Способ повышения трнботехннческих свойств спеченной алюминиевой бронзы путем легирования иптерметаллидными частицами FeAlj.

: 7

Методы исследования

Для получения однородных механических смесей различного состава из элементарных порошков смешивание проводили не менее 5 часов. Образцы для спекания получали методом холодного двухстороннего прессования на машине МС-500 в цилиндрической пресс-форме с "плавающей" матрицей. Сырые прессовки спекали в вакууме при давлении не выше 10"' Па в электропечи СНВЭ-1.3.1/16 в диапазоне температур от 600 до 1000 °С, время выдержки при заданной температуре составляло от 5 до 60 минут. Для определения механических и триботехшгческих свойств спеченных материалов использовалось стандартное оборудование. Испытания на прочность образцов при растяжении (ГОСТ 1497-73) и сжатии (ГОСТ 2503-80) проводились на установке "Instron-1185". Определялась твердость спеченных материалов по Бринел-лю в соответствии с ГОСТом 9012-59 с использованием шарового индентора диаметром 5 мм. Испытания спеченных сплавов на трение проводилось на серийной машине трения 2070 СМТ-1 по схеме «диск-колодка» в условиях трения скольжения со смазкой. Вращающийся диск был выполнен из закаленной стали 45 (48-50 HRC), колодки - из исследуемого порошкового материала. Фотографирование структуры проводилось с помощью металлографических микроскопов МИМ-10 и "Neophot—21" с увеличением 125 , 500 и 750Х. Для уточнения фазового состава спеченных образцов проводился рентгенофазовый анализ методом дифрактометрии. Для съемок использовали рентгеновские дифрактометрьг "ДРОН-З" и "ДРОН-УМ" Съемку проводили в фильтрованном ("ДРОН-УМ") и монохроматизированном ("ДРОН-3") Сика -излучениях.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на заседаниях семинара лабораторт! порошковой металлурги! и твердых сплавов ИФПМ СО РАН. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всесоюзной конференции "Пути повышения качества и надежности деталей из порошковых материалов" (Барнаул, 1991г.), First Russian-Chinese Symposium "Actual problems of modem materials science", (Tomsk, 1992г.), I конференция "Материалы Сибири", (Новосибирск 1995г.), Intern. Workshop "Materials Instability under Mechanical Loading", (St-Petersburg, 1996г.), на IV всероссийской научно-технической конференции "Механика летательных аппаратов и современные материалы" (Томск 1998г.), на

конференции молодых ученых "Физическая мезомеханлка материалов" (Томск 1998г.), Int. Confer. Matrib'99. (Zagreb, Croatia 1999г.), на Научной конференции "Ме-тапдеформ-99" (Самара, 1999г.), V Russian-Chinese Int. Symposium, (Daikalsk, 1999г.).

Обоснованность и достоверность экспериментальных результатов и выводов, сформулированных в диссертации, обеспечивается корректностью постановки задачи, выбором экспериментальных методов исследования и используемого оборудования, проведением соответствующих расчетов, сопоставлением с опубликованными результатами других авторов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения н списка литературы. Объем диссертации составляет 218 страниц, 6 таблиц и 64 рисунка. Список литературы содержит 238 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулирована цель работы, перечислены новые результаты, раскрыта их практическая ценность, представлены положения, выносимые на защиту, и описана структура диссертации.

В первой главе дается краткий обзор литературных данных, посвященных исследованию основных закономерностей жидкофазного спекания, затрагивающие как движущие силы процесса, так и возможные пути реализации свободной энергии при спекании. Рассмотрены физические процессы, определяющие формирование структуры спеченных материалов и различные модели поведения порошковых тел при спекании.

Спрогнозировать конечный результат спекания той или иной системы в рамках большинства предлагаемых моделей жидкофазного спекания бывает чрезвычайно сложно из-за необходимости использования громоздкого математического аппарата и трудно определяемых физических параметров. Поэтому весьма актуальны модели, позволяющие количественно прогнозировать обьемные изменения прессовок при спекании с использованием и расчетах доступных параметров. В этом смысле для анализа поведения прессовок системы Си-А1 при спекании удобно использовать модель двухкомпопептного порошкового тела, предложенную А. П. Савицким, где по

объемным изменениям образцов можно судить о характере диффузионного взаимодействия компонентов. Данная модель позволяет качественно объяснить изменения объема порошковых тел в результате диффузионного взаимодействия компонентов при спекании, привлекая для расчетов такой макропараметр, как концентрация взаи-моденствугоШих элементов. В рамках данного подхода был сделан ряд упрощающих допущений, связанных с условием хорошей смачиваемости жидкой фазой твердых частиц, с определяющей ролью преимущественного диффузионного потока в знаке изменения объема частиц твердой фазы, постоянством формы и взаимным расположением частиц, а также пренебрежением изменением объема порошкового тела в результате твердофазного спекания, перегруппировкой частиц, действием газов в замкнутых порах, расплавлением и кристаллизацией добавки и отклонением закона изменения удельного объема твердой фазы при образоватш интерметаллндов.

Согласно данной модели, при условии преимущественной диффузии жидкой фазы в твердую зависимость объемных изменений прессовок от исходной концентрации реагирующих компонентов записывается в виде:

(1-J7,X1-C-CJ

У0 (l-tf/70)(l-C)(l-Cs-CLr

где AV/V0- относительная усадка прессовок при спекании, С - атомная доля добавки, образующей расплав, Cs и CL~ концентрации компонентов в твердой и жидкой фазах соответственно, a R - коэффициент перегруппировки, который показывает долго пористости, остающуюся в прессовке после перегруппировки частиц. Предполагается, что объемные изменения порошковых тел в результате диффузионного сплавооб-разования при заданной температуре и достаточной продолжительности жидкофазно-го спекания завершаются в силу достижения системой химического равновесия при данном соотношении твердой и жидкой фаз. Согласно этой модели, при сплавообра-зовании в системе Cu-Al следует ожидать рост прессовок. Величина этого роста, обусловленного преимущественной диффузией алюминия в частицы меди, связывается с количеством проднффундировавшего алюминия в частицы твердой фазы. Однако ряд факторов, сопровождающих спекание реальных тел, таких как продолжительность и температура спекания, наличие окислов и тесных контактов между частицами меди, затрудняющих полное смачивание этих частиц и возможность перегруппировки, в

данной модели не учитываются. Кроме того, на границе взаимодействующих фаз всегда образуется диффузионная зона со значительным градиентом концентраций. Это обстоятельство может привести к тому, что на границе раздела могут зародиться промежуточные фазы, наличие которых оказывает существенное влияние на кинетику процессов сплавообразовакия и, следовательно, на динамику объемных изменений спекаемого тела.

В данной главе также уделено внимание научным подходам к оценке влияния структурных факторов на прочностные свойства спеченных сплавов, которые можно отнести к специфическому классу неоднородных материалов, выступающих в качестве своеобразного предельного случая неоднородной среды с максимально различающимися свойствами составляющих фаз - твердой и поровой.

Точное математическое решение задачи о зависимости механических свойств от пористости для реального порошкового тела остается на сегодняшней день довольно трудным. Большое кол!гчествсг развитых моделей отражают сложность проблемы, а в ряде случаев указывают на неоднозначность решений, поскольку трудно учесть одновременно влияние пористости, прочности межчастичных контактов, размера зерна и других структурных факторов.

Поскольку спеченная алюминиевая бронза рассматривается как альтернатива антифрикционным материала на основе оловяннстой бронзы, то дан обзор основным критериям при выборе материалов антифрикционного назначения.

Исходя из вышесказанного сформулированы цель и задачи исследований, проведенных в данной работе.

Во второй главе приведены характеристики используемых в работе порошков меди и алюминия, описаны методики получения спеченных материалов и проведения исследований их фнзико-механических свойств.

В третьей главе приведены экспериментальные результаты исследования объемных изменений прессовок н их микроструктуры, формирующейся в результате сплавообразования при спекании системы Cu-Al, охватывающие широкий интервал температур и концентраций алюминия. С целью проверки применимости выражения (1) для количественного описания зависимости объемных изменений, претерпеваемых образцами в ходе спекания, от содержания добавки в пределах важного с практической точки зрения интервала концентраций алюминия н системе Cu-Al,

построена экспериментальная кривая. Поскольку предполагалось, что основные объемные изменения прессовок протекают непосредственно в момент диффузионного сплавообразоваши, обусловленного присутствием жидкой фазы, и с ее нечерпанием заканчиваются, то для фиксирования наибольшего значения указанных изменении время спекания решено ограничиться 5 минутами, так как система Cu-Al относится к системам с исчезающей жидкой фазой.

Рис. 1, демонстрирующий зависимость усадки от состава образцов, спеченных при 900°С в течение 5 минут, подтверждает концепцию о преимущественном потоке алюминия из жидкой фазы в твердую медь, о чем свидетельствует близость кривых, полученных экспериментально и теоретически, путем рассчета по выражению (1).

Продолжительность спекания также оказывает влияние на значения усадки спеченных образцов, о чем свидетельствует рис. 2, где для сравнения приведены кривые для 30-минутного спекания при той же температуре. Снижение величины усадки прессовок при спекании в течение 30 минут оказалось меньше, чем в случае пятиминутного спекания. Наблюдаемое повышение усадки после роста медных частиц, легированных гипоминием, обусловлено их твердофазным спеканием.

При анализе объемных изменений, связанных с различной продолжительностью спеканйя, следует принимать во внимание и температуру спекания. На рис. 3 приведены результаты объемных изменений прессовок, спеченных при 850 °С с 5, 30 и 60-мннутной выдержкой. Если при 900°С максимальное снижение величины усадки образцов наблюдается в первые пять минут спекания, то при 850 °С при 5-минутной выдержке медные частицы, насыщаемые алюминием, также испытывают рост, который продолжается и при 30-мппутной выдержке независимо от состава (кривая 2 на рис.3).

Рис.1. Экспериментальная (У) кривая зависимости усадки от состава спеченных при 900 °С в течение 5 минут прессовок Cu-Al н теоретические кривые, рассчитанные по выражению (1) для R=I (2) и R=0.9 (3).

Рнс.2. Зависимость усадки от состава спе- Рис.3. Зависимость усадки от состава спе-

ченных при 900 "С прессовок Cu-Al с 5 (/) и ченних при 850 °С прессовок Cu-Al с 5 (1),

30 (2) минутной выдержкой. 30 (2) и 60 (3) минутной выдержкой.

Лишь по прошествии 60 минут начинают превалировать процессы твердофазного спекания и возрастает степень усадки.

У образцов всех исследованных составов при низких температурах спекания даже после 60-минутной выдержки происходит максимальное снижение величины усадки, увеличивающееся с достижением температуры спекания до 800-850 °С. И лишь при температуре выше 900 °С значение усадки для образцов всех составов возрастает. При этом характер зависимости объемных деформаций от содержания алюминия сохраняется.

Из рис. 4 следует, что фактически все кривые зависимости объемного роста спекаемых прессовок системы Cu-Al от температуры имеют максимум. По положению максимума роста относительно оси температур все сплавы можно условно разделить на две группы, отличающиеся по составу. К первой qjyrine относятся сплавы, концентрация алюминия в которых не превышает предела его растворимости в меди

Рис. 4. Зависимость усадки от температуры спекания прессовок Cu-Al разного состава: 110; 2-13, 3-20; V-24 ат.% Al.

в твердом состоянии. Другую группу составляют сплавы, по своему составу соответствующие двухфазным.

В соответствии с процессом сплавообразования меняется микроструктура прессовок. После спекания прессовок, независимо от их состава н температуры, просматривается общая тенденция залечивания первичных междендритных пор. Диффузионные процессы при жидкофазном спекании приводят к насыщению меди алюминием, в результате чего объем медных частиц увеличивается. На основе общей картины металлографических наблюдений все исследуемые составы можно разделить на три группы (рис. 5). В области концентраций, отвечающей твердому раствору, общая картина поровой и зеренной структуры практически мало меняется (рис.5-а). При достижении концентрации алюминия переходной области от твердого раствора к двухфазной происходит диспергирование дендритных частиц основы и выделение хотя и в незначительных количествах, но уже фиксируемых рентгеновским анализом участков второй фазы (рис. 5-6). Когда по своему составу (от 24 до 30 ат. % А1) сплав соответствует двухфазному, то струму])пая картина меняется кардинальным образом (рис. 5-е).

а б в

Рис.5. Микроструктура спеченных при 1000 °С образцов алюминиевой бронзы разного состава: о-15, 6-20, s-ЗО ат.% Al.

Можно отметить, что температура спекания не оказывает существенного влияния на распределение и характер пористости. Но при этом отмечается укрупнение зерен внутри компактных областей с ростом температуры спекания за счет ее гомогенизирующей роли.

Проведение комплексного анализа поведения порошковой системы Cu-A! при спекании явилось основой для дальнейшей модификации спеченной алюминиевой бронзы путем легирования дополнительными компонентами.

Для повышения свойств спеченной алюминиевой бронзы в качестве легирующих добавок использовались порошки Ре, N1, 51, графита и соединения РеР, РеЛ13. Количество введенного легирующего компонента обусловлено свойствами диаграммы фазового равновесия выбранной системы. Эксперименты показали, что добавление перечисленных компонентов к порошковой смеси меди и алюминия приводит к снижению усадки прессовок (таблица 1).

Таблица 1. Влияние различных добавок на усадку спеченных при 1000 "С прессовок системы С.1/-А1.

Состав смеси, ат.%, AV Состав смеси, ат.%, AV Состав смеси, ат.%, AV

'о К К

Cu-20А1 5.8 (Cu-19Al)-5 Fe 3.2 (Си-19А1)-2 С 2.1

Си-9 № 7.5 (Cu-19 Al)-10 Fe -6.2 (Си-19А!)-5 С -1.6

(Си-19 Al)-5 Ni -3.4 (Си-19 Al)-5 FeP 3.6 (Си-19А1)-9 С -6.2

(Си-19 AI)-9 Ni -6.3 (Cu-19 А1)-Ю FeP -5.5 (Си-19А1)-20 С -7.8

Введение в качестве легирующей добавки соединения FeP оказалось более эффективным,чем использование порошка чистого железа. Прессовки из данной трех-компоиентной смеси претерпевали практически аналогичные объемные изменения, что и при введении железа, но при этом в спеченном состоянии демонстрировали лучшие результаты при механических и триботехнических испытаниях. Это позволило рекомендовать данный материал в качестве антифрикционного сплава. Такое улучшение свойств сплава можно объяснить, во-первых, более высокой дисперсностью самого порошка фосфорного железа (менее 50-80 мкм, тогда как железный порошок имел размер частиц порядка 60-120 мкм), во-вторых, благоприятным влиянием фосфора как активирующей добавки при спекании медной матрицы.

Интересными оказались результаты исследования спекания прессовок из смесей порошков меди и алюминия с добавлением иптсрметаллидных частиц состава FeAlv В данном случае можно добиться стабилизации размеров прессовок, легированных РеАЬ, если их объемное содержание не будет превышать 10 и 20 об. % и температура спекания при этом составит 975-1000°С (рис. 6). Структура легированных

интерметаллидными частицами РеАЬ порошковых смесей меди и алюшшия приведе-

ДК

на на рис. 7.

Одним из наиболее распространенных литых сплавов из числа бронз являются алюмнниево-никелевые бронзы. Как известно, система медь-никель образует непрерывный ряд твердых растворов, и при спекании данной системы происходит уменьшение величины усадкл прессовок [Б.Я. Пинес, А.Ф. Сиренко]. Однако добавление апюмшшя к смеси меди с никелем приводит к значительному снижению усадки таким образом, что в конечном итоге образцы увеличивают свои размеры даже при высоких температурах

спекания.

а б в

Рис.7. Микроструктура спеченных при 950 "С образцов алюминиевой бронзы, легированной ишер-металлидными частицами FeAb в количестве 5 (л), 40 (б) и 60 об,% (в).

Другим не менее перспективным легирующим компонентом в системе Cu-Al

является кремнии. Как показывает дшцзамма состояния систем Cu-Si и Al-Si, здесь возможно образование эвтектики при достаточно низких »температурах (852 и 577 °С соответственно). И если растворимость меди в кремнии практически отсутствует (менее 0,0008 ат.%), то сам кремщш имеет широкую область растворимости в меди, достигая 11,2 аг.%. Предел растворимости Si в алюминии при температуре плавления эвтектики тоже равен почти 12 ат.%. Таким образом, порошковая смесь Cu—Al-Si представляет собой тройную систему с взаимодействующими компонентами.

Рис. 6. Влияние объемного содержания частиц РеА1з на усадку прессовок из алюминиевой бронзы, спеченных при 950 (/), У75 (2) и 1000°С (3).

Стоит отметить, что при добавлении у г

У

теме возможно образование при спекании ю

ряют форму (рнс.8).

Использование графита в качестве

избытка жидкой фазы, в результате чего

5

прессовки не только усаживаются, но и те-

0

этом следует учитывать, что большое

содержание графн-товых частиц делает материал чрезвычайно хрупким и пористым.

Приведенные выше результаты показывают, что в исследованных системах выбранное соотношение компонентов и режимов спекания позволяет контролировать объемные изменения образцов и форми-рование микроструктуры, которая могла бы обеспечить удовлетворительные меха-нические и триботех!шческне свойства спеченных материалов. Данные исследования позволили определить наиболее предпочтительные компоненты для дополтггельного легирования и предельное их объемное содержание с точки зрения минимального отклонения размеров спеченных образцов от исходных. Но для внедрения полученных материалов в массовое производство, прежде всего, необходимо определение их механических свойств.

В четвертой главе приведены результаты исследования поведения порошковых материалов при механических испытаниях. Дается анализ деформационных кривых нагружения спеченных сплавов в зависимости от состава и температуры спекания.

В настоящей работе испытания образцов спеченной алюминиевой бронзы проводили преимущественно в условиях статического сжатия как более "мягкого" по сравнению с другими видами испытаний. На рис. 9 показано, как отражается состав порошковой смеси на ход кривых течения спеченной при 1 ООО °С в течение часа алюминиевой бронзы. Видно, что характер кривых нагружения спеченных материалов для большинства составов соответствует принципу стадийности пластического течения.

CT, МП а СГ20МПа

Рис. 9. Кривые «напряжение-деформация» Рис. 10. Влияние концентрации алюминия на при сжатии спеченных при 1000 °С образцов значения напряжения течения при сжатии на разного состава: I- 6; 2 - 15; 3 - 18; -/ - 20, 5 20 % спеченных при разных температурах -24 ат.% Al образцов из алюминиевой бронзы I - 750, 2

— 850; 3 - ЮОО°С

На рис. 10, 11 и 12 показаны зависимости механических свойств ог состава алюминиевой бронзы, спеченной при разных температурах, где просматривается общий характер влияния содержания алюминия на механические характеристики материала: плавное возрастание значений а2о н твердости I1B в области твердого раствори и резкое их увел1гчение для двухфазных материалов. Пластичность при этом имеет

обратную зависимость (рис. 12).

Рис.И. Влияние концентрации алюминия па Рис.12. Влияние концентрации алюминия на

значения твердости спеченных при разных значения пластичности спеченных при раз-

температурах образцов: 1 - 750; 2 - 850; 3 - пых температурах образцов из алюминиевой

900, 4 - 1000 °С бронзы: 1 - 750; 2 - 850, 3 - 1000 "С.

Говоря о порошковом сплаве, необходимо учитывать влияние пористости на механические свойства. В качестве примера на рис. 13 приведена зависимость и2о спеченных образцов сплавов системы Cu-Al от пористости.

Гис. 13. Влияние пористости на значения ою Рис.14. Влияние пористости на значения ап

спеченных при 1 ООО °С образцов разного со- спеченных при 600 (1) и 1000 °С (2) образцов

става: I - Сл. 2 - Си-6 ат.% А1; 3 - Си-24 ат.% состава Си- 19 ат.% А1.

А!.

Видно, что кривые данной зависимости для сплавов разного уровня легирован-ности алюминием имеют разный наклон.

Но не только состав определяет характер зависимости механических свойств от содержания пор. Температура спекания как основной фактор реализации процесса сплавообразования накладывает свой отпечаток на уровень зависимости механических характеристик от пористости. На примере спеченного при 600 и 1000°С сплава Си-19 ат.% А1 можно видеть, как температура спекания влияет на характер зависимости от пористости (рис.14).

Так как спеченная алюминиевая бронза исследовалась с целью изучения возможности повышения ее потребительских свойств путем дополнительного легирования различными компонентами, то также рассмотрено влияние данных добавок на механические и трпботехннческие свойства.

Использование порошковой технологии позволяет изготавливать из сплавов на основе указанных металлов разнообразные детали, пригодные к эксплуатации без дальнейшей механической обработки. В качестве добавок, улучшающих антифрикционные свойства спеченных бронз, чаще всего используются частицы твердой смазки

типа графита, Сар и других. Переходные металлы добавляют в эти сплавы с целью повышения механических свойств матрицы.

В таблице 2 приведены результаты механических испытании алюминиевой бронзы, легированной исследуемыми в данной работе добавками. Для сравнеия приведены характеристики используемой в промышленности порошковой оловянистой бронзы Бр 0-10.

Таблица 2. Механические свойства спеченных материалов на основе атюмшше-юи бронзы, содержащие Ге и ГеР, 5/ и графит.

Состав, ат.% НВ, МПа ь ^ растив МПа <5, % Коэффициент трения со смазкой [„р Максимальная допустимая нагрузка Рт„, МПа

Си-19 А1 557 213 15.0 0.06 6.0

Сп-19 А1-5 Бе, 801 226 6.0 0.08 7.0

Си-19 А1-5 БеР 801 215 5.7 0.06 9.0

Си-19 А1-2 Б!. 1210 321 6.0 0.08 3.0

Си-19 А1-4С 484 117 5.3 0.06 10.0

БрО-Ю 350 160 3.5 0.05 4.0

На рис. 15 показано влияние содержания интерметаллидиых частиц на механи-[еские свойства спеченной при 1000 °С алюминиевой бронзы. Представленные ре-ультаты позволяют определить оптимальное количество легирующих добавок, по-воляющее достигать приемлемого уровня механических свойств.

Но высокие механические характеристики материала не всегда гарантируют го хорошие триботсхпическне свойства. Поэтому были проведены триботехнические спытания полученных сплавов, которые выявили составы, обеспечивающие наибо-ее высокие эксплуатационные свойства. При этом обнаружено положительное влия-ие добавок твердых интерметаллидиых частиц РеА1з при испытании спеченных ма-гриалов в условиях трения.

На рис. 16 приведены зависимости коэффициента трения со смазкой от при-падываемой нагрузки для некоторых материалов.

СТ, МП а

ЕУО /

30

20

10

0.12

0.06

200

30 о 400 800 1200 1600 рдг

10

20

Рнс.15. Зависимость механических свойств (прочности на сжатие и пластичности) спеченной алюминиевой бронзы от содержания ннтерметаллидных частиц РеАЬ.

Рис. 16 Зависимость коэффициента трения от прикладываемой нагрузки на образцы разного состава: 1 - литая БрОЦ-Ю-2; 2 - (Си-20 ат.% А1)-6 об.% С, 3 - (Си-20 ат.% А1)-10 об.% РеА13.

о/

Кривая 1 соответствует литой оловянистой бронзе марки БрОЦ-Ю-2, выбранной в качестве эталона, кривая 2 показывает поведение при трешш порошкового сплава на основе алюминиевой бронзы с добавлением графита, кривая 3 соответствует сплаву, содержащему ннтерметаллид. Оба порошковых материалов были спечены при 1000 °С. Видно, что введение алюмшшдов железа благоприятно сказывается на коэффициенте трения.

Его значения в достаточно широком интервале нагрузок оказываются ниже, чем у всех остальных исследованных в работе сплавов. Такой минимальный коэффициент трения достигается при содержании шггерметаллидов 10 об. % в матрице с 20 ат. % алюминия.

В приложении приведены отчеты по испытаниям деталей, спеченных из исследуемых материалов, в промышленных установках различных предприятий. Детали изготавливались в основном для узлов трения промышленного оборудования ряда текстильных предприятий России и Киргизии, на установках Томского электролампового завода и Томского нефтехимического комбината. Опытные партии деталий использовались в узлах рулевых колес троллейбусов Томского и Новокузнецкою трамвайно-троллейбусных парков, па оборудовании табачных фабрик Бийска п

С.-Петербурга. В качестве иллюстрации использования данных материалов приведены акты испытаний в узлах трения промышленного оборудования и транспорта.

Работа выполнена в лаборатории порошковой металлургии и твердых сплавов Института физики прочности и материаловедения СО РАН. Данная диссертационная работа выполнена в рамках приоритетного направления "Компьютерное конструирование новых материалов" Государственной научно-технической программы России "Новые материалы" и проектов Федеральной целевой программы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы".

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенные исследования объемных изменений прессовок системы Cu-Al в процессе жидкофазного спекания показали, что они не завершаются в результате эк-зоэффекта, вызванного реакцией компонентов в момент появления жидкой фазы. Для возникновения или увеличения усадки необходимо повышение температуры спекания при соответствующей его продолжительности.

2. Полученные результаты позволяют контролировать объемные изменения прессовок при спекании и получать образцы с сохранением их исходных размеров.

3. Спекание при высоких температурах повышает прочность, пластичность и твердость порошковых сплавов Cu-Al.

4. Прочность двухфазных спеченных материалов более чувствительна к пористости, чем сплавов, состав которых соответствует твердому раствору алюминия в меди, также более чувствительна к пористости прочность сплавов, спеченных при низких температурах спекания.

5 Изменение степени усадки образцов в процессе спекания при лешровании порошками компонентов из числа Fe, Ni, Si, С, FeP, FeAl3 обусловлено взаимодействием добавок с компонентами матрицы. Анализ влияния дополнительного легирования позволил определить тип добавок и их предельное объемное содержание, позволяющее избежать нежелательного объемного роста образцов в процессе спекания.

6. Определено оптимальное объемное содержание в спеченной алюминиевой бронзе иитерметаллидных частиц и графита, которое соответствует 10 об. %, обеспечивающее наиболее эффективный вклад в повышение трнботехнических свойств материала.

7. Результаты промышленных испытаний показали, что спеченная алюминиевая бронза успешно заменяет более дорогую оловянистуго бронзу в условиях трения со смазкой при низких и умеренных нагрузках.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Коростелева E.H., Савицкий А.П., Русин U.M. Объемные изменения при диффузионном сплавообразованни в порошковой системе Cu-Al. // Перспективные Maie-рналы. - 1999. - №5. - С. 80-84.

2. Савицкий А.П., Коростелева E.H. Спеченный антифрикционный материал на основе меди. Патент № 2077784. приор, от 07.04.1994. Регистр.20.04.1997.

3. Савицкий А.П., Коростелева E.H. Механические свойства спеченной безоловяшш-стой бронзы // Пути повышения качества и надежности деталей из порошковых материалов: Тезисы докл Всесоюзная конференция. Барнаул. - 1991. - С. 24.

4. Коростелева E.H., Русин Н.М. Влияние антифрикционных добавок на механические и триботехнические свойства сплавов на основе меди // Механика летательных аппаратов и современные материалы: сборник докладов V Всероссийской научно-технической конференции молодежи. Томск: Изд. Томского госуиивсрсите-та. —1998. -С. 154-155.

5. Коростелева E.H., Савицкий А.П., Русин Н.П. Спеченные антифрикционные материалы на основе алюминиевой бронзы / Заявка на выд. пат. №98118475,. Приор, от 12.10.98 Реш. о выдачи патента от 21.03.2000.

6. Kopocienena E.H., Савицкий А.П., Русин Н.М. Влияние добавок FeAljH графита на триботехнические свойства спеченной алюминиевой бронзы. // Перспективные материалы. - 1999. - №4. - С. 58-62.

7. Sliilko E.V., Korostelcva E.N. Self-organization Effects at the Process of Deformation of Powder Materials// Materials Instability under Mechanical Loading: Abstracts of Intern. Workshop, St-Pelcishmg, -1996.-P.32-33.

8. Псахье С.Г., Шилько Е В., Дмитриев А.И., Коростелев С.Ю., Смолин А.Ю., Коро-стелепа Е.Н. Эффекты самоорганизации в процессе деформирования порошковых материалов. // Письма в ЖТФ,- Т.22,- вып. 12 - 1996. - С. 69-75.

9. Korosteleva E.N., Rusiii N.M., Shadanova E.N. Behaviour of sintered alloys on the base of copper under mechanical loading// Abstracts of V Russian-Chinese Int. Symposium., Baikalsk, Russia, -I999.-P.175.

lO.Savitskii A.P., Rusin N.M., Korosteleva E.N. Aluminum bronze and wear resistant aluminum alloys obtained by sintering / Abstracts of First Russian-Chinese symposium "Actual problems of modem materials science", Tomsk, - 1992. - P. 39.

11. Коростелева E.H., Русин H.M. Механические свойства спеченных медных сплавов, легированных алюминием. // Сб. трудов конференции "Металлдеформ - 99", Самара - 1999.

12. Коростелева Е.Н., Матолыгии А.А., Русин II.М., Савицкий А.П. Влияние температуры спекания и концентрации вводимого алюминия на физико-механические свойства Си-А1. // Тезисы докл. Конференции молодых ученых. "Физтеская ме-зомеханика материалов", Томск, - 1998. - С.63-64.

13. Савицкий А.П., Коростелева Е.Н. Спеченная алюминиевая бронза конструкционного назначения // I конференция "Материалы Сибири": Тез. докладов. - Новосибирск. - 1995. - С. 49-50.

14. Korosteleva E.N., Savitskii А.P., Rusin N.M. Effect of Fe3Al and graphite on tribotech-nical properties of sintered aluminum bronze. // Int. Confer. Matrib'99. Zagreb. Croatia. - 1999. March.

Введение

Глава 1. Основные закономерности процесса жидкофазного спекания порошковых материалов и их физико-механические свойства п. 1.1. Движущие силы спекания порошковых систем с взаимодействующими компонентами 13 п. 1.2. Механизм объемных изменений образцов в процессе спекания с участием жидкой фазы 24 п. 1.3. Механические свойства порошковых материалов 3 8 п. 1.4. Порошковые антифрикционные материалы 50 п. 1.5 .Постановка задачи

Глава 2. Материал и методика исследования п.2.1. Используемые материалы п.2.2. Методика приготовления образцов 64 п.2.3. Методика исследований механических и триботехнических свойств п.2.4. Структурные исследования

Глава 3. Объемные изменения образцов Cu-Al при спекании. п.3.1. Сплавообразование при спекании системы Cu-Al в зависимости от состава смеси 72 п.3.2. Влияние продолжительности спекания на объемные изменения прессовок порошковой системы Cu-Al 89 п.3.3. Влияние температуры спекания на объемные изменения образцов спеченной алюминиевой бронзы п.3.4. Эволюция структуры порошковых сплавов системы Си-А1 в процессе спекания 109 п.3.5. Влияние легирующих добавок на объемные изменения при спекании прессовок Си-А

Глава 4. Поведение спеченных материалов при механических и трибо- 139 технических испытаниях. п.4.1. Поведение спеченных порошковых сплавов системы Си-А при деформировании. 139 п.4.2. Влияние концентрации алюминия и температуры спекания на механические свойства спеченных материалов системы Си-А1. 151 п.4.3. Влияние легирующих добавок на механические и триботехнические свойства спеченной алюминиевой бронзы

Объект исследования и актуальность темы. Создание новых порошковых материалов и улучшение свойств уже известных сплавов требует привлечения прогрессивных методов порошковой металлургии, относящейся к наукоемким отраслям производства. Развитие ее технологических приемов опирается на новые научные данные по физикохимии и механике дисперсных систем и пористых тел. Научные исследования в области порошковой металлургии тесно связаны с теоретическими разработками в области физики прочности и пластичности, физико-химической механики материалов, кинетики фазовых превращений и диффузии [18].

Активное развитие порошковой металлургии позволило довольно заметно упростить и удешевить технологические процессы изготовления деталей, но при переходе на порошковую технологию встает вопрос о достижении необходимых физико-механических характеристик получаемых сплавов. Проблема исследования механических свойств спеченных материалов с целью достижения их приемлемого уровня остается на сегодняшний день одной из самых актуальных. В настоящее время уровень прочности порошковых конструкционных материалов не всегда оказывается достаточным. Поэтому главной целью научных исследований в области производства конструкционных деталей является повышение прочности материалов - от этого зависит дальнейшее расширение их применения в различных отраслях промышленности [9-16]. Повышение прочностных характеристик порошковых материалов в основном достигается за счет увеличения плотности прессовок [1720]. Помимо этого, существенный вклад в упрочнение вносится рациональным комплексным легированием, оптимальной термической обработкой и введением в порошковый сплав твердых частиц [21-24].

Анализ ситуации в области антифрикционных материалов и сплавов показывает, что ряд деталей для узлов трения изготавливаются исключительно способом порошковой металлургии [12, 15, 26]. При этом практическое массовое использование находят несколько устойчивых групп порошковых материалов. Прежде всего, это дешевые материалы на основе железа, которые используются при умеренных и высоких нагрузках в узлах трения [15]. Относительно низкие теплопроводность и коррозионностойкость таких сплавов ограничивает сферу их применения.

Сплавы на основе меди, прежде всего оловянистые и свинцовистые бронзы, обладают хорошей прирабатываемостью, высокой теплопроводностью, что позволяет использовать их при высоких скоростях скольжения [26-32]. Но их основным недостатком является высокая цена на порошки меди и, особенно, олова. В связи с этим ведутся поиски замены олова на более дешевую легирующую добавку, которая бы не ухудшала качества антифрикционного материала. Наиболее перспективным металлом для этой цели является алюминий, стоимость которого на порядок меньше стоимости олова.

В широком ряду порошковых сплавов спеченная алюминиевая бронза вполне может занять свое достойное место в качестве антифрикционного материала. Тот факт, что порошковые сплавы на основе меди с добавкой алюминия пока еще не нашли широкого промышленного применения, делае^ актуальным более детальное исследование процессов сплавообразования системы Cu-Al в ходе спекания и определение физико-механических и триботехнических свойств полученных сплавов, обусловленных формирующейся при данном процессе структурой.

Известно [3-5, 33-35], что при создании любого материала методом традиционной порошковой металлургии следует учитывать ряд особенностей и закономерностей спекания, присущих конкретной системе. Хотя уже сложились и существуют выверенные научные положения, касающиеся как процесса спекания, так и формирования структуры получаемого материала [1, 3-4, 7, 35], однако слишком общий их характер не всегда позволяет заранее определить, какие факторы вносят существенный вклад в объемные изменения спекаемых тел на конкретном этапе спекания. В частности, это касается процесса спекания с участием жидкой фазы для систем с существенной растворимостью компонентов в твердой и жидкой фазах. Данный факт обуславливает актуальность дальнейших исследований процесса жидкофазного спекания.

Поскольку традиционно считалось, что присутствие жидкой фазы способствует уплотнению спеченного материала (на примере W-Cu, WC-Co, W-Ni-Cu и других систем), то многие теории спекания строились, принимая во внимание только процессы усадки [7, 8, 35-46]. В то же время существует целый класс материалов, претерпевающих в ходе спекания не только усадку, но и объемный рост [5, 17, 47, 48]. К числу таких систем относится и система Cu-Al.

Исследованию процессов спекания сплавов системы Cu-Al посвящено довольно много публикаций [17, 47, 49-56]. Первые работы по анализу поведения прессовок из порошков меди и алюминия в процессе спекания были выполнены еще в конце пятидесятых - начале шестидесятых годов, когда еще только формировалась сама наука о спекании порошковых тел [17, 49, 50,56]. Но в ранних исследованиях использовались в основном лишь узкие интервалы, как по составу, так и по температурам спекания сплавов системы Cu-Al. Данное обстоятельство не позволило в полном объеме проанализировать характер поведения прессовок при спекании, а также дать оценку механических свойств получаемых порошковых сплавов в более широкой области концентраций алюминия.

Поскольку исследования спеченной алюминиевой бронзы были ограничены по содержанию алюминия и температурам спекания, а полученные сплавы демонстрировали невысокие механические свойства [57], то сформировалось мнение о низких потребительских свойствах данных порошковых материалов независимо от содержания алюминия. Для улучшения его свойств в основном прибегали к дополнительному легированию третьими компонентами типа железа, никеля, марганца и др. [12, 15, 20, 21, 23, 28, 29,58-64]. Введение дополнительных элементов зачастую приводило к нежелательным объемным изменениям - росту прессовок, что в свою очередь требовало применения дополнительных операций по уплотнению заготовок [20, 23].

Использование теоретических разработок в области жидкофазного спекания позволяет достаточно точно оценивать объемные изменения спекаемых прессовок и контролировать структурные изменения порошкового сплава [5]. Это является благоприятной предпосылкой для получения спеченных материалов заданной структуры.

Детальный анализ поведения материалов на основе алюминиевой бронзы при спекании позволяет объективно контролировать объемные изменения образцов и образование структуры, которая обуславливает в дальнейшем физико-механические свойства порошкового сплава.

Важной структурной составляющей спеченных материалов являются поры [2, 4, 11,65-73]. Хотя их влияние на механические свойства спеченных материалов изучается уже давно и подробно [1, 2, 4, 17,19, 67, 74], но роль пор как мезо- и макросоставляющей структуры еще недостаточно изучена. При изучении механических свойств порошкового тела зачастую опускался фактор микроструктуры, связанной с фазовым составом спеченного сплава [67, 75, 76]. Между тем, обычное неоднородное распределение легирующих элементов в спеченном порошковом материале обуславливает его специфическое поведение в условиях механического на-гружения [72,77-81]. Это дает возможность использовать деформируемые пористые спеченные материалы в качестве реальных объектов для развития физической ме-зомеханики структурно-неоднородных сред [82,83].

Существует несколько научных подходов к рассмотрению влияния пористости на механические характеристики порошковых сплавов [9, 11, 72, 75,76, 84-87]. Основным методом улучшения механических свойств сплавов является снижение объемной доли пор, то есть максимальное уплотнение материала [17-20, 23].

С другой стороны, присутствие пор в некотором количестве благоприятно сказывается на свойствах материалов триботехнического назначения, где поры являются эффективными резервуарами для смазки. Следовательно, необходим комплексный подход в исследовании поведения спеченных материалов при механических испытаниях, учитывающий не только фазовый состав порошкового сплава, но и присутствие пор.

В связи с этим в рамках настоящей экспериментальной работы проведены исследования процессов спекания и структурообразования порошковой алюминиевой бронзы разного состава при разных температурах, обуславливающие объемные изменения прессовок, и рассмотрено их поведение при механических испытаниях.

Решению указанных вопросов и посвящена настоящая работа.

Основными целями диссертационной работы являются следующие: 1. Исследование закономерностей спекания порошковой алюминиевой бронзы и анализ объемных изменений спекаемых прессовок, обусловленных процессами сплавобразования в системе Cu-Al в широком интервале концентраций алюминия и температур спекания.

2. Изучение влияния легирующих добавок простого (Fe, Ni, Si и графит) и сложного (FeP, FeAl3) состава на характер объемных деформаций порошковой алюминиевой бронзы.

3. Исследование механических и триботехнических свойств спеченной алюминиевой бронзы с целью установления возможности ее практического применения в узлах трения промышленного оборудования и транспорта.

В соответствии с целями исследования были поставлены следующие конкретные задачи:

1. Построить экспериментальные кривые зависимости усадки образцов от содержания второго компонента в системе Cu-Al для разных времен и температур спекания. На основе апробированных соотношений, описывающих объемные изменения порошковых тел при жидкофазном спекании, рассмотреть характер протекания процесса сплавообразования в данной системе.

2. Проанализировать эволюцию микроструктуры порошковых сплавов при спекании в зависимости от состава и температуры спекания.

3. Оценить влияние дополнительных легирующих компонентов на характер объемных изменений прессовок системы Cu-Al при спекании.

4. Провести анализ механических и триботехнических свойств полученных порошковых сплавов.

5. На основании экспериментальных исследований разработать порошковую алюминиевую бронзу оптимального состава, демонстрирующую высокие механические и триботехнические свойства.

6. Провести испытания спеченных деталей в промышленных условиях с целью рекомендации их к дальнейшему применению в производстве.

Научная новизна.

1. Показано, что объемные изменения прессовок системы Cu-Al не завершаются в момент протекания экзоэффекта при спекании, вызванного взаимодействием компонентов в результате появления жидкой фазы. Установлено, что для возникновения усадки в данной системе необходимо последующее повышение температуры спекания при соответствующей его продолжительности.

2. Определено, с каким знаком и в каких пределах прессовки исследуемых сплавов изменяют свои размеры при спекании в зависимости от состава и температуры спекания. Данные результаты позволили определить оптимальный состав порошкового сплава, прессовки которого не меняют свои размеры в процессе спекания при заданной температуре.

3. Рассмотрено влияние Fe, Ni, Si, графита и соединений FeP и FeAl3 на характер объемных изменений прессовок системы Cu-Al при спекании. Анализ закономерностей спекания многокомпонентных порошковых смесей позволил решить проблему упрочнения алюминиевой бронзы некоторыми добавками, в том числе железом, не вызывая нежелательных изменений размеров образцов при спекании.

4. Проведенный анализ поведения спеченных порошковых материалов системы Cu-Al при механических испытаниях в зависимости от их состава и температуры спекания позволил определить оптимальный состав сплавов, обуславливающий высокие механические и триботехнические свойства спеченных материалов на основе алюминиевой бронзы.

Практическая ценность

Использование конкурирующих процессов усадки и роста порошковых тел системы Cu-Al при спекании позволило получить изделия из алюминиевой бронзы с заданными пористостью и структурой. Состав порошкового сплава дает возможность сохранять размеры деталей при спекании, а достаточно высокие механические свойства спеченной алюминиевой бронзы - основание рекомендовать ее для промышленного применения в качестве антифрикционного материала. Новый порошковый сплав на основе алюминиевой бронзы защищен патентом Российской Федерации № 2077784 от 07.04.1994г. Получено положительное решение на выдачу патента на спеченный антифрикционный материал на основе алюминиевой бронзы, легированный интерметаллидами по заявке №98118475 от 21.03.2000г. Полученные порошковые сплавы прошли успешные производственные испытания в узлах трения промышленного оборудования на электроламповом, нефтеперерабатывающем, текстильных, пищевых, и транспортных предприятиях, о чем свидетельствуют акты испытаний в приложении. Кроме того, порошковые сплавы системы Cu-Al использовались в качестве модельных объектов исследования в рамках проектов приоритетного направления "Компьютерное конструирование новых материалов" Государственной научно-технической программы России "Новые материалы". Результаты исследования поведения спеченных сплавов при деформировании могут служить дополнительной экспериментальной базой для дальнейшего развития теории пластического течения структурно-неоднородных материалов в рамках физической мезомеханики.

Основные положения, выдвигаемые для защиты:

1. Совокупность экспериментальных результатов по исследованию влияния состава порошковых смесей и режимов их спекания на структуру, механические и триботехнические свойства спеченных сплавов на основе алюминиевой бронзы.

2. Результаты анализа поведения спеченных материалов при механических испытаниях.

3. Способ повышения триботехнических свойств спеченной алюминиевой бронзы путем легирования интерметаллидными частицами FeAl3.

Обоснованность и достоверность экспериментальных результатов и выводов, сформулированных в диссертации, обеспечивается корректностью постановки задачи, выбором экспериментальных методов исследования и используемого оборудования, проведением соответствующих расчетов, сопоставлением с опубликованными результатами других авторов. Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на заседаниях семинара лаборатории порошковой металлургии и твердых сплавов ИФПМ СО РАН. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всесоюзной конференции "Пути повышения качества и надежности деталей из порошковых материалов" (Барнаул, 1991), First Russian-Chinese Symposium "Actual problems of modern materials science", (Tomsk, 1992), I конференция "Материалы Сибири", (Новосибирск, 1995), Intern. Workshop "Materials Instability under Mechanical Loading", (St-Petersburg, 1996), на IV всероссийской научнотехнической конференции "Механика летательных аппаратов и современные материалы" (Томск 1998), на конференции молодых ученых "Физическая мезомеханика материалов" (Томск 1998), Int. Confer. Matrib'99. (Zagreb, Croatia 1999), на Научной конференции "Металдеформ-99" (Самара, 1999 г.), V Russian-Chinese Int. Symposium, (Baikalsk, 1999).

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 14 работах.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы. Объем диссертации составляет 218 страниц, 6 таблиц и 64 рисунка. Список литературы содержит 238 наименований.

Основные результаты, полученные в настоящей работе, и выводы можно сформулировать следующим образом.

1. Проведенные исследования объемных изменений прессовок системы Cu-Al в процессе жидкофазного спекания показали, что они не завершаются в результате резкого скачка температуры, вызванного интенсивным сплавообразовани-ем в момент появления жидкой фазы. Для возникновения или увеличения усадки необходимо повышение температуры спекания при приемлемой его продолжительности.

2. Полученные результаты позволяют контролировать объемные изменения прессовок при спекании и получать образцы с сохранением их исходных размеров.

3. Для улучшения механических свойств спеченной алюминиевой бронзы, где содержание меди снижено до 75 об.% за счет увеличения доли дешевых добавок, необходимо повысить температуру спекания по сравнению с температурным режимом получения оловянистой бронзы на 100-150 °С.

4. Прочность двухфазных спеченных материалов более чувствительна к пористости, чем сплавов, состав которых соответствует твердому раствору алюминия в меди. Также более чувствительна к пористости прочность сплавов, спеченных при низких температурах спекания.

5. Изменение величины усадки образцов в процессе спекания при легировании порошками компонентов из числа Fe, Ni, Si, С, FeP, FeAl3 обусловлено взаимодействием добавок с компонентами матрицы. Анализ влияния дополнительного легирования позволил определить тип добавок и их предельное объемное содержание, позволяющее избежать нежелательного объемного роста образцов в процессе спекания.

6. Определено оптимальное объемное содержание в спеченной алюминиевой бронзе интерметаллидных частиц и графита, которое соответствует 10 об.%, обеспечивающее наиболее эффективный вклад в повышение триботехнических свойств материала.

188

7. Результаты промышленных испытаний показали, что спеченная алюминиевая бронза успешно заменяет более дорогую оловянистую бронзу в условиях трения со смазкой при низких и умеренных нагрузках.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Федорченко И.М., Андриевский РА. Основы порошковой металлургии. Киев: Изд-во АН УССР.1963 -420с.

2. Балынин М.Ю., Кипарисов С.С. Основы порошковой металлургии. М.: Металлургия., 1978.- 184 с.

3. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М.: Наука., - 1984. - 310с.

4. German R.M. Powder Metallurgy Science Т. P. Industries Federation Neujersey. 280p.

5. Савицкий А.П. Жидкофазное спекание систем с взаимодействующими компонентами // Новосибирск, Наука., 1991. - 183с.

6. Парицкая Л.Н. Диффузионные процессы в дисперсных системах // Порошковая металлургия.-1990.-№ 11-С .44-5 8.

7. Скороход В.В., Солонин С.М. Физико-металлургические основы спекания по-рошков.-М.: Металлургия, 1984- 159с.

8. Скороход В.В., Солонин Ю.М., Уварова И.В. Химические, диффузионные и реологические процессы в технологии порошковых материалов. Киев.: Науко-ва думка., - 1990.-248 с.

9. Трощенко В.Т., Руденко В.Н. Прочность металлокерамических материалов и методы ее определения.-Киев.: Техника,-1965 -189с.

10. Ю.Радомысельский И.Д., Сердюк Г.Г., Щербань Н.И. Конструкционные порошковые материалы.-Киев.: Техника.-1985.-152с.

11. Н.Бальшин М.Ю. Научные основы порошковой металлургии и металлургии во-локна.-М.: Металлургия.-1972.-335с.

12. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы К.: Наукова думка., 1980.- 400с.

13. Витязь П.А., Капцевич В.М., Шелег В.Г. Критерии эффективности пористых порошковых материалов и пути их повышения // Порошковая металлургия. -1989.-№13.-С. 83-90.

14. Григорьев А.К., Рудской А.И. Деформация и уплотнение порошковых материа-лов.-М.: Металлургия, 1992.-192с.

15. Зозуля В.Д. Эксплуатационные свойства порошковых подшипников. Киев.: Наукова думка. 1989. - 288с.

16. Петросян Г. Л. Пластическое деформирование порошковых материалов.-М.: Металлургия, 1989.—168с.

17. Итин В. И. Особенности жидкофазного спекания, структура и прочностные свойства металлокерамических сплавов медь-алюминий // Дисс. канд. физ.-мат. наук. Томск, 1965.- 244 с.

18. Итин В.И., Савицкий А.П., Козлов Ю.И., Савицкий К.В. Влияние температуры спекания на механические свойства сплава Cu-Al, приготовленного методом многократного прессования и спекания// Изв. ВУЗов. Физика.-! 965.-№3.-С. 124-128.

19. Савицкий А.П. Механические и рекристаллизационные свойства металлокера-мической меди и некоторые особенности высокотемпературного спекания. // Автореферат, к.ф.-м.н. Томск. 1965. - 14с.

20. Анциферов В.Н., Шацев A.A., Платонов В.Б. Оптимизация состава порошковой алюминиевой бронзы // Заводская лаборатория 1992. - №8 - С. 31-32.

21. Анциферов В.Н., Смышляев Т.В., Шацов A.A. Самосмазывающийся псевдосплав на основе меди для изделий антифрикционного и конструкционного назначения. // Трение и износ. 1996. - №4.-С. 497-502.

22. Альтман В.А., Дукан Б.И., Мемелов В.А., Осипова Е.Г. Спекание антифрикционных материалов, содержащих твердые смазки // Порошковая металлургия.-1989.-№11. С.70-74.

23. Мирошников В.Н., Федорченко И.М. Исследование влияния пористости на прочностные свойства металлокерамических бронз // Физико-химическая механика материалов.-1966.-№1.-С.58-60.

24. Ловщенко З.М., Ловщенко Ф.Г., Ковалевский Г.Ф., Колмыков Ю.И. Оптимизация получения дисперсноупрочненных сплавов на основе меди. // Порошковая металлургия., 1956. - №4. - С. 56-64.

25. Федорченко И.М., Гайдученко А.К., Пушкарев В.В., Губанчикова Т.В. Унификация спеченных антифрикционных материалов // Порошковая металлургия. -1977. -№4.-С. 65-69.

26. Баранов Н.Г. Классификация, свойства, области применения порошковых антифрикционных материалов // Трение и износ. 1991. - Т.1. - №5. - С. 904-914.

27. Баранов Н.Г. Антифрикционные порошковые материалы для высокоскоростных узлов трения // Порошковая металлургия. -1988.-№3.-С. 29-38.

28. Баблоян А.В., Горбач С.П., Зухер М.С. и др. Спеченные антифрикционные материалы на основе меди / А.С. №1462826 (СССР) 1986.-7.

29. Анциферов В.Н., Шацев А.А. Трение и изнашивание порошковой алюминиевой бронзы оптимального состава. // Трение и износ, 1996. - №2-С. 213-217.

30. Федорченко И.М., Баранов Н.Т., Агеева B.C. и др. Триботехнические характеристики порошковых композиционных материалов на основе меди при высокоскоростном трении // Порошковая металлургия.-!986.-№7.-С.52-56.

31. German R.M. Phase diagrams in liquid phase sintering treatments. // "J,Metals" -1996. №8.- C. 26-29.

32. Райченко А.И. Диффузионные расчеты для порошковых смесей/ Киев.: Наукова думка, 1969 -102с.

33. Ивенсен В.А. Феноменология спекания. М.: Металлургия., - 1985. - 246 с.

34. Lenel F.V. Sintering in the presence of a liquid phase // Trans. AIME.-1948.-Vol 175.-p.878-905

35. Kingery W.D. Densification during sintering in the presence of a liquid phase // J.Appl.Phys.- 1959.- Vol.30., N 3. p.301-306.

36. Cannon H.S., Lenel F.V. Some observations on the mechanism of liquid phase sintering // Pulvermetallurgie. I. Plansee seminar " De re metallica". 1953.- P.106-121.

37. Kellam D., Nicholson S. Pore Shape Changes During the Initial stages of Sintering. // Jom, of Amer. Ceram. Society. 1971. - №2. - P. 127-128.

38. Lawley A. Physicochemical Considerations in Powder Metallurgy. // Jom, of Amer. Ceram. Society. 1990. - №4. - P. 12-14.

39. Сорокин B.B. Исследование уплотнения при спекании металлокерамических сплавов. // Порошковая металлургия. 1966. - №11. - С. 23-27.

40. Еременко В.Н., Найдич Ю.В., Лавриненко И.А. Спекание в присутствии жидкой металлической фазы / Киев.: Наукова думка, 1968.-е. 123.

41. Найдич Ю.В., Лавриненко И.А., Еременко В.Н. Изучение роли капиллярных явлений в процессе уплотнения при спекании в присутствии жидкой фазы // Порошковая металлургия. -1964. -№1. -С.5-11.

42. Найдич Ю.В., Лавриненко И.А. Изучение процессов уплотнения при жидкофаз-ном спекании в системе CrC-Cu-Ni // Доклады VII Всесоюзной научно-технической конференции по порошковой металлургии Ереван, 1964.-С.35-38.

43. Никольская Л.И., Русанов Б.В., Фридберг И.Д. О функции пористости, учитывающей контакты частиц в прессовках. // Порошковая металлургия. 1988. -№6. - С.23-27.

44. Пинес Б.Я., Сухинин А.И. О спекании неоднородных тел. 2. Спекание спрессованных смесей порошков. Концентрационная зависимость усадки // Журнал техн. Физики.-!956.-Т.26.-№9.-С.2100-2107.

45. Емельянова М. А. Закономерности жидкофазного спекания медных сплавов и разработка способа изготовления изделий из алюминиевой бронзы // Дисс. канд. техн. наук. -Якутск.-1996.-182 с.

46. Савицкий А.П., Марцунова Л.С., Гопиенко В.Г. и др. Предотвращение роста брикетов при спекании сложных систем. // Порошковая металлургия. 1981. -№2.- С. 30-33.

47. Савицкий К.В., Итин В.И., Куликов В.А., Савицкий А.П. и др. Исследование ме-таллокерамического сплава медь-алюминий // Изв. ВУЗов. Физика, 1965. №2. С.139-144.

48. Савицкий К.В., Итин В.И., Козлов Ю.И. Исследование механизма спекания металлокерамических сплавов меди с алюминием в присутствии жидкой фазы. //

49. Порошковая металлургия. 1966. - №1. - С. 5-11.

50. Euler K.J., May J. Inductive liquid phase sintering of Cu-Al bronzes // Powder Metal.Int. -1980,- Vol.20.,- №5.- p.15-17.

51. Lee D., Yoon D.N. Transient Liquid Phase Sintering of Cu-Al Alloy. // Powder metallurgy int., 1988. - v20. - №5. P. 15-18.

52. Mitani Hiroyasu. Исследование спекания алюминиевых бронз. // "Фунтай оеби фумацияниц, J. Jap. soc. Powder and Powder Met." 1973,20, -№1, - C. 1-9.

53. Protopopescu A. Cjntributution á l'etude du frittage des matériaux Cu-Al, en presence de la phase liquide. "Metallurgia ital." 1969. -61, №11. - C.540-549.

54. Аккушкарова K.A., Угасте Ю.Э., Пименов B.H., Гуров К.П. Исследование диффузии роста фаз в системе Cu-Al. // Научные труды. Всесоюзного заочного машиностроительного института 1975.Т.12, ч.1, С.47-51.

55. Круглов Ф.В. Изучение образования фаз при спекании смеси порошков алюминия и меди. // Сб. трудов Вопросы физики твердого тела. Челябинск, 1966. С. 88-95.

56. Савицкий А. П., Емельянова М. А. Способ изготовления спеченных изделий из алюминиевой бронзы / A.C. 1346334 (СССР). 1987.

57. Крячек В. М., Шведков Е. Л. Металлокерамические фрикционные материалы на основе алюминиевой бронзы (Сообщ. 1) // Порошковая металлургия. 1969. -№-9-. - С. 60-65.

58. Крячек В. М., Шведков Е. Л. Металлокерамические фрикционные материалы на основе алюминиевой бронзы (Сообщ. 2) // Порошковая металлургия. 1969. - № 10.- С. 66-70.

59. Куимов С.Д., Пузанов О.Г. Спеченные антифрикционные материалы на основе меди. A.C. №1730857 (СССР) 1990.61.3аболотный Л.В., Неженцев Ю.И., Сердюк В.А. Спеченные антифрикционные материалы на основе меди. A.C. №1612613 (СССР) 1989.

60. Гребень A.M., Тюфилин Г.М., Смысь И.Г. и др. Спеченные антифрикционные материалы на основе меди и способы его получения / A.C. №1455743 (СССР) -1987.

61. Перельман О.М., Боброва С.Н., Мельникова М.Ю. и др. Порошковая бронза для деталей нефтедобывающего оборудования. //. Цветные металлы 1990. - №7. -С. 94-97.

62. Мирошников В.Н. Исследование технологии изготовления бронз методом порошковой металлургии // Порошковая металлургия. -1966.-№2, -с.40-46.

63. Пинес Б.Я., Сиренко А.Ф. Некоторые закономерности механических свойств у образцов, полученных спеканием металлических порошков. II Испытания при повышенных температурах. // ЖТФ. 1956. - Т.26., вып.Ю. - С. 2378-2386.

64. Пинес Б.Я., Сиренко А.Ф. Некоторые закономерности механической прочности и пластичности тел, полученных спеканием порошков металлов. // ЖТФ.-1956.-т.26.-вып.9.-с.2076-2085.

65. Поляков В.В. Физические свойства и деформационное поведение пористых металлов//Дисс. Д.ф.-м.н. Tomck.-I995.-319с.68. .Николенко А.Н. Мезоструктура порошковых материалов. // Порошковая металлургия. 1995. - №11/12 - С. 88-94.

66. Hamluddin М. Prediction of mechanical properties of porous materials and cermets. Critical analysis// Powder Met.Int.-1987.-v.l9.-№6.-P.25-27.

67. Бальшин М.Ю., Федотов С.Г. Контактные и упругие характеристики порошковой меди// Изв. АН СССР. Металлы.-1965.-№1.-С166-172.

68. Ковальченко М.С. О механических свойствах спеченных материалов. // Порош------ковая металлургия. 1991. - №3. - С. 101-106.

69. Мильман Ю.В. Влияние структурных факторов на механические свойства материалов порошковой металлургии// Новые технологические процессы в порошковой металлургии. Сб.научн.труд. ИПМ АН УССР. Киев.-1986.-с.4-12.

70. Пршедомирская E.H., Кукота Ю.П., Слепцов В.Н. Прочностные характеристики пористых материалов из тугоплавких соединений // Порошковая металлур-гия.-1966.-№3.-с.84-92.

71. Савицкий А.П., Козлов Ю.И., Итин В.И., Савицкий К.В. и др. Влияние пористости на механические свойства металлокерамической меди и сплава медь алюминий // Изв.ВУЗов, Физика, 1964.- №5.- с.34-37.

72. Щербань Н.И. Влияние пористости на механические свойства материалов, полученных методами порошковой металлургии // Порошковая металлургия 1973.-№9.-С.57-73.

73. Щербань Н.И. Структурные и теоретические аспекты механических свойств порошковых материалов // Новые технологические процессы в порошковой металлургии. Сб.научн.труд. ИПМ АН УССР. Киев.-1986.-с.12-23.

74. Карелин Ф.Р., Корнеев Л.И., Мелентьев И.В., Скурихин М.Н., Ушаков В.К. Особенности пластической деформации гетерогенных порошковых материалов// Новые технологические процессы в порошковой металлургии. Сб.научн.труд. ИПМ АН УССР. Киев.-1986.-с.59-65

75. Радомысельский И.Д., Мильман Ю.В., Иващенко Ю.Н. и др. Исследование сегрегации примесных элементов в пористом спеченном железе// Порошковая металлургия.-1986.-№3.-С.96-100.

76. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов. В 2х томах. // Под ред. Панина В.Е. Новосибирск.: Наука., - 1995. - С. 297-320.

77. Панин В.А. Основы физической мезомеханики. // Физическая мезомеханика. -1998.-№1.-С. 5-22.

78. Бейгельзимер Я.Е. Пластическая деформация пористых тел при малой пористости. // Порошковая металлургия. 1987. - №3. -С. 11-13.

79. Бейгельзимер Я.Е., Гетманский А.П. Модель развития пластической деформации пористых тел в приближении теории протекания // Порошковая металлургия. 1988. - №10. - С. 17-20.

80. Мильман Ю.В. Механические свойства спеченных материалов. I. Прочностные характеристики спеченных материалов // Порошковая металлургия. -1991 .-№ 1 .-с.34-45.

81. Мильман Ю.В., Иващенко Р.К., Захарова Н.П. Механические свойства спеченных материалов. II. Влияние пористости на пластичность порошковых сплавов// Порошковая металлургия. -1991.-№3.-с.93-100.

82. Пинес Б.Я., Гегузин Я.Е. Само диффузия и гетеродиффузия в неоднородных пористых телах// ЖТФ.-1953.-Т.23-№9.-С. 1559-1572.

83. Гегузин Я.Е. Исследование спекания смесей металлических горошков. Система медь-никель. Изомерные порошки // Физика металлов и металловедение,-1956.1. Т2.-№3.-С.406-407.

84. Федорченко И.М. Исследование в области активированного спекания (сообщение 1)// Порошковая металлургия.-1962.-№2.-С.27-37.

85. Федорченко И.М. Исследование в области активированного спекания (сообщение 2)// Порошковая металлургия.-1962.-№3.-С.17-23.

86. Lenel F.V. Sintering with a liquid phase. The physics of powder metallurgy. N.Y., 1951. - Vol.14. -P.238-255.

87. Price J.H.S., Smithells C.J., Williams C.V. Sintered alloys. I. Copper-nickel-tungsten alloys sintered with a liquid phase present // J. Inst. Met.-1938.-Vol. 62.-N 1.-P.239-254.

88. Савицкий K.B., Итин В.И., Савицкий А.П. др. Роль контактного плавления при спекании металлокерамического сплава // Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах.-Нальчик: Кабардино-Балкарское изд-во, -1965.-С.171-176.

89. Савицкая JI.K., Савинцев П.А. Исследование поверхностных явлений при контактном плавлении металлов // Поверхностные явления в расплавах и процессахпорошковой металлургии.-Киев: Изд-во АН УССР, -1963.-С.273-280.

90. Савицкая JI.K., Савицкий А.П Термодинамика и механизм контактного плавления металлов // Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах.-Нальчик: Кабардино-Балкарское изд-во, -1965.-С.454-460.

91. Савицкая JI.K. Расчет скорости контактного плавления эвтектичесих систем // Изв. ВУЗов. Физика.-1962.-№6.-С.132-138.98. .Kingery W.D. Sintering in the presence of a liquid phase // Ceramic fabrication processes. 1958. -p.131-143.

92. Kingery W.D., Narasimhan M.D. Densiflcation during sintering in the presence of a liquid phase. 2. Experimental // Ibid. p.601-608.

93. ЮО.Итин В.И., Найбороденко Ю.С. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений / Томск.: Изд-во ТГУ.-1989.-216с.

94. Найбороденко Ю.С., Итин В.И., Савицкий К.В. Реакции на межфазовых границах и их влияние на процесс спекания. I. Экзотермический эффект при спекании порошков. // Порошковая металлургия. 1970. - №7. - С. 49-56.

95. Скороход В.В. Порошковые материалы на основе тугоплавких металлов и соединений. -Киев: Техника, 1982.-167с.

96. Савицкий А.П., Бурцев Н.Н., Жданов В.В. Образование расплава в системе титан-алюминий при температуре среды ниже точки плавления алюминия // Порошковая металлургия.-1981.-№10.-С.83-85. .

97. Савицкий А.П., Ким Е.С., Марцунова Л.С. Усадка брикетов при жидкофазном спекании // Порошковая металлургия.-1980.-№9.-С.9-13.

98. Савицкий А.П., Марцунова Л.С. Влияние растворимости в твердой фазе на объемные изменения алюминия при жидкофазном спекании // Порошковая металлургия,- 1977.-№5.-С. 14-19.

99. B6hm A., Jungling Т., Kieback В. Swelling effects and densiflcation during reaction sintering of Ti-Al elemental powder mixtures //Proceedings of Conference on PM and particular materials. -Washington, July, 1996. - S. 1051-1058.

100. Ю7.Герцрикен С.,Файнгольц M. Вычисление коэффициента диффузии в смеси порошков//ЖТФ.-1940.-Т.10.-№7.-С.574-577.

101. Weinbaum S. Alloyng of metal powders by diffusion // J. Appl. Phys. 1948.1. Vol.19.-N 10.-P.897-900.

102. Ю9.Пинес Б.Я., Сиренко А.Ф., Сухинин Н.И. Исследование по жаропрочным спла-вам.-М.: Из-во АН СССР.-1958.-3.-326с.

103. Ш.Солонин С.М. Концентрационная зависимость усадки при спекании двухком-понентных систем с диаграммой состояния эвтектического типа // Порошковая металлургия.-1973.- № 2.-С.51-55.

104. ИЗ.Petzow G., Kaysser W.A., Amtenbrink М. Liquid phase and activated sintering. // Sintering-theory and practice. Material Science Monographs.-1982.-v.14.- P. 27-36.

105. Драчинский A.C., Кущевский A.E., Подрезов Ю.Н., Фирстов С.А. Деформационное упрочнение и разрушение порошкового железа// Порошковая металлургия,-1984.-№10.-С.78-83.

106. И8.Радченко П.Л., Подрезов Ю.И., Паничкина В.В., Скороход В.В. Связь структу-рообразования при спекании с механическими свойствами спеченного вольфрама. // Порошковая металлургия. 1990. - №8. - С. 36-41.

107. Киркпатрик С. Перколяция и проводимость // Теория и свойства неупорядоченных материалов.-М.: Мир, 1977.-С.249-292.

108. Сторожевский И.М. Статистический анализ соотношения открытой и закрытой пористостей в спеченных материалах// Порошковая металлургия. -1990.-№6.-С.36-40.

109. Petri М.С., Solomon А.А. Pore-grain boundary interactions during sintering of pure nickel under variable pressure// Scr. Met. et Mater.-1990.-v.24.-№l.-P.45-50.

110. Хейфиц Л.И., Неймарк A.B. Многофазные процессы в пористых средах.-М.: Химия,- 1982.-320С.

111. Дульнев Г.Н., Новиков В.В. Процессы переноса в неоднородных средах.-Л.: Энергоатомиздат, 1991.-248с.

112. Гай М.И., Маневич Л.И., Ошмян В.Г. О перколяционных эффектах в механических системах//ДАН СССР.-1984.-т.276.-№6.-С.1389-1391.

113. Kantor Y., Webman I. Elastic properties of random percolating systems// Phys.Rev.Let.-1984.-v.52.-№21-P.1891-1894.

114. Benguigui L. Experimental study of the elastic properties of a percolating systems// Phys.Rev.Let.-1984.-v.53 .-№21-P.2028-2030.

115. ГЗО.Новиков В.И., Трусов Л.И., Лапотов B.H., Гелейшвили Т.П. Особенности процессов переноса массы при спекании ультрадисперсных порошков. // Порошковая металлургия., 1983. - №7. - С. 39-46.

116. Новиков В.В. Упругие свойства пористых металлов // ФММ-1984.-Т.58.-В.З.-С.596-604.

117. Ш.Крючков Ю.Н. Описание прочности пористых тел с позиций теории перколя-ции// ИФЖ. 1991.- т.60.- №1.- С. 111-114.

118. Панин В.Е., Гриняев Ю.В., Данилов В.И. и др. Структурные уровни пластической деформации и разрушения. Новосибирск.: Наука, 1990, 255с.

119. Панин В.Е. Физические основы механики среды со структурой // Изв. ВУЗов. Физика.-1992.-№4.-С.5-18.

120. Панин В.Е. и др. Новые материалы и технологии. Конструирование новых материалов и упрочняющих технологий.-Новосибирск: Наука.-1993.-152с.

121. Плят Ш.Н., Рапопорт Ю.М., Чофнус Е.Г. К вопросу о зависимости модуля упругости некоторых гетерофазных систем от пористости // ИФЖ.-1958.-т.1.-№6.-С.96-97.

122. Степанов Г.В., Зубов В.И. Упругое сжатие пористых металлов // Проблемы прочности.-1989.-№6 -С.36-40.

123. Артамонов АЛ., Даниленко В.А., Кашталян Ю.А. О зависимости коэффициента Пуассона пористого железа от пористости // Порошковая металлургия,-1964.-№1 .-С.42-43.13 9.Грин Р. Д. Теория пластичности пористых тел// Механика-1973 .-№4 .-С. 109-120.

124. Михайлов О.В., Штерн М.Б. Учет разносопротивляемости растяжению и сжатию в теориях пластичности пористых тел// Порошковая металлургия.-1984. -.№5 .-С. 11-17.

125. Друянов Б.А. Прикладная теория пластичности твердых тел.-М.: Машиностроение, 1989.-168с.

126. Демьянов Б.Ф., Поляков В.В., Фадеев A.B. Изучение деформационной структуры пористых металлов методом реплик// Новые порошковые материалы и тех-нологии.-Барнаул: Изд-во АТУ, 1993.-С.59-61.

127. Поляков В.В., Сыров Г.В. Особенности формирования зон скольжения в пористых металлах// Изв.вузов.Физика-1995.-№5.-С. 124-126.

128. Пустовойт Ю.И. Повышение эффективности приработки пористых самосмазывающихся подшипников // Порошковая металлургия.-1990.-№6.-С.77-83.

129. Зозуля В.Д., Мащенко Л.В. Работоспособность порошковых подшипников при граничном самосмазывании // Порошковая металлургия.-1984.-№11.-С.77-83.

130. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машгиз. 1962. - 385с.

131. Польцер Г., Майсснер Ф. Основы трения и изнашивания. М.: Машинострое-ние.-1984.-264с.

132. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях. М.: Машиностроение.-1986.- 224с.

133. Баранов Н.Г., Лоцко Д.В., Клименко С.В. Физико-химические процессы при трении порошковой меди по керамическим покрытием. // Порошковая металлургия. 1991. - №3. - С. 68-73.

134. Баранов Н.Г., Иващенко Ю.Н., Косско И.А. Строение и химический состав поверхностных слоев порошковой меди после трения // Порошковая металлургия,1990.-№12.-С.69-74.

135. Cambronero L.E., Pous J., Vera В., Ruiz-Roman J.M., Ruiz-Rrieto J.M. Characterisation of nickel bronze graphite. Cjmposites for Friction Applications. // Proceedings of P.M. Word Congress. 1998. - P. 349-354.

136. Дьяченко Л.И., Падерно В.И., Баранов Н.Г. и др. Структура поверхности трения медных и медно-графитовых материалов //Порошковая металлургия, -1987.-№12-С. 66-71.

137. Баранов Н.Г., Агеева B.C., Ильницкая А.И., Мокровецкая B.C. Влияние содержания графита на механические и триботехнические характеристики медно-графитовых материалов // Порошковая металлургия. -1987.-№6.-С.65-69.

138. Ильинская А.И., Баранов Н.Г., Заболотный Л.В., Крылова Н.А. Структура, механические и триботехнические характеристики порошковых антифрикционных материалов медь никель - фтористый кальций. // Порошковая металлургия.,1991.-№11.-С. 55-59

139. Тодоров Р.П., Статева П.П. Антифрикционные свойства порошковых материалов, легированных серой // Порошковая металлургия .-1985.-№8.-С. 102-105.

140. Ненахов А.В. Получение и свойства металлофторопластовых антифрикционных материалов на основе распыленных порошков бронзы // Порошковая металлургия.-1985.-№9.-С.30-34.

141. Карапетян Г.Х., Акопов Н.Л., Карапетян Ф.Х., Манукян Н.Н. Определение оптимального количества твердой смазки композиционных антифрикционных материалов // Порошковая металлургия. 1988. - №6. - С. 85-88.

142. Баранов Н.Г., Падерно В.Н. Исследование механизма формирования поверхностных пленок при трении медно-графитовых материалов. // Трение и износ. -1989. -№4.-С. 662-667.

143. Ш.Алюминиево-никелевые бронзы. Под ред. Е.Туши. М.: Металлургия. 1966. -с.71.

144. Смирягин А. П., Смирягина Н. А., Белова А. В. Промышленные цветные металлы и сплавы. М.: Металлургия. - 1974. - 488 с.

145. ГОСТ 493-79. Группа В51. М.: 1979. 6с.

146. Материалы в машиностроении.// под ред. Л.П Луженкова. М.: Машиностроение. - 1967. -Т. 1. - 304с.165 .Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургиздат., -1962.-Т.1.- 608с.

147. Дриц M. Е. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди. М.: Наука, 1979 - 242 с.

148. Yukimasa T., Takemori S. A review of métal powder production. // Metallurgical review of MMIJ., 1989. - vol. 6. -№2. - P. 38-53.

149. Коркин C.A., Мурашова И.Б., Помосов A.B., Никольский И.Ю. Влияние голь-ванодинамического режима электролиза на свойства медного порошка и прочность изготовленных из него прессовок. // Порошковая металлургия. 1986. -№11.-С. 4-7.

150. Кожанов В.Н., Смирнов Б.Н. и др. Изучение морфологии поверхности медного электролитического осадка в процессе его роста. II Формирование закованного слоя. // Порошковая металлургия. 1989. - №8 - С. 12-18.

151. Андриевский Р.А., Зеер С.Э. Изменение свойств ультрадисперсных порошков никеля и меди при хранении // Порошковая металлургия. 1985. - №10. - Сю 74-78.

152. Давыденкова А.В., Сергеев В.Л., Чернов В.А., Кузнецова З.В., Киселева Е.В. Влияние содержания кислорода на физико-механические свойства деталей изпорошковой латуни // Порошковая металлургия. 1988. - №9. - С. 96-98.

153. Estrada J.L., Duszczyk J. Heating sequence and hydrogen evolution in aluminium powders. // P.M. Aluminium Alloys. 1994. - P. 1583-1586.

154. Ефимов А.И. и др. Свойства неорганических соединений: Справочник / Л.: Химия.-1983. 300с.176.3олоторевский B.C. Механические свойства металлов М.: Металлургия. -1983. -352с.

155. Худсон Д. Статистика для физиков. М.: Мир., - 1970. - 296 с.

156. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. М.: Машиностроение. -1974.-Т.2.-368 с.

157. Федорченко И.М., Кушевский А.Е., Мозоль Т.Ф., Рейтор В.А. Анализ достоверности результатов испытания порошковых материалов на твердость по Бре-нелю // Порошковая металлургия. 1985. - №3. - С. 79-82.

158. Пушкарев В.В., Полотай В.В. Государственный стандарт на метод определения триботехнических свойств порошковых антифрикционных материалов // Порошковая металлургия. 1986. - №8. - С.85-89.

159. Баранова Л.В., Демина Э.Л. Металлографическое травление металлов и сплавов. Справочник М.: Металлургия. - 1986. - 256 с.

160. Гегузин Я.Е. Диффузионная зона. М.: Наука. - 1979. - 343с.

161. Гуров К.П., Карташкин Б.А., Угасте Ю.Э. Взаимная диффузия в многофазных металлических системах/ Под ред. К.П. Гурова.-М.: Наука-1981.-350с.

162. Козлов Ю.И., Итин В.И. Реакционная диффузия в смеси порошков меди и алюминия // Порошковая металлургия. 1973. - №6. - С. 20-28.

163. Сучков A.M. Медь и ее сплавы. М.: Металлургия., - 1967. - 248 с.

164. Rieger В., Schatt W., Sauer Ch. Combined mechanical activation and Sintering with a short-time occurrence of a liquid phase // Int. Journ. of Powder Metallurgy and Powder Technology, -1983. vl9. - №1. P.29-41.

165. Коростелева E.H., Савицкий А.П., Русин H.M. Объемные изменения при диффузионном сплавообразовании в порошковой системе Cu-Al // Перспективные материалы. 1999. - №5. - С. 80-84.

166. Савицкий А.П., Итин В.И., Козлов Ю.И., Жданова В.Н., Куликов В.А. Сопротивление сжатию металлокерамической меди при повышенных температурах // Изв. ВУЗов. Физика.-1964.-№4.-С35-40.

167. Итин В.И., Козлов Ю.И., Савицкий К.В., Братчиков А.Д. Активизация уплотнения при спекании некоторых металлокерамических сплавов. II. Влияние никеля на кинетику усадки сплавов Cu-Al. // Порошковая металлургия. 1969. - №9. -С. 23-29.

168. Ерошенкова И.Т., Оленичева В.Г., Петрова Л.А. Диаграммы состояния металлических систем: Вып. 24. 1978. - 280с.

169. Савицкий А.П., Коростелева E.H. Спеченный антифрикционный материал на основе меди. Патент № 2077784. приор, от 07.04.1994. Регистр.20.04.1997.

170. Русин Н.М. Закономерности спекания и свойства алюминиевых сплавов с добавками переходных металлов / Диссертация к.т.н.-Томск.-1996,- 210 с.

171. Коростелева E.H., Савицкий А.П., Русин Н.П. Спеченные антифрикционные материалы на основе алюминиевой бронзы / Заявка на выд. пат. №98118475,.

172. Приор, от 12.10.98. полож. реш. о выдачи патента от 21.03.2000.

173. Коростелева E.H., Савицкий А.П., Русин Н.М. Влияние добавок FeAl3 и графита на триботехнические свойства спеченной алюминиевой бронзы. // Перспективные материалы. 1999. - №4. - С. 58-62.

174. Панин B.C., Лихачев В.А. Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск.: Наука., - 1985. - 229 с.

175. Панин В.Е. Современные проблемы пластичности и прочности твердых тел. // Изв. ВУЗов, Физика, 1998. - №1. - С. 7-34.

176. Псахье С.Г., Шилько Е.В., Дмитриев А.И., Коростелев С.Ю., Смолин А.Ю., Ко-ростелева E.H. Эффекты самоорганизации в процессе деформирования порошковых материалов. // Письма в ЖТФ Т.22 - вып. 12 - 1996. - С. 69-75.

177. Shilko E.V., Korosteleva E.N. Self-organization Effects at the Process of Deformation of Powder Materials// Materials Instability under Mechanical Loading: Abstracts of Intern. Workshop, St-Petersburg, 1996.-P.32-33.

178. Конева H.A., Козлов Э.В. Природа субструктурного упрочнения // Изв.вузов. Физика.-1982.-№8.-С.З-14.

179. Панин В.Е., Дударев Е.Ф., Бушнев Л.С. Структура и механические свойства твердых растворов замещения М.:Металлургия.-1971.-205с.

180. Шаркеев ЮП., Лапскер И.А., Конева H.A., Козлов Э.В. Схема развития скольжения в зернах поликристаллов —с ГЦК решеткой// ФММ.-1985.-т.60.-в.4.-С.816-821.

181. Мак-Лин Д. Механические свойства металлов.-М.: Металлургия, 1965.-432с.

182. Иванова Б.С. Синергетика: Прочность и разрушение металлических материалов. М.: Наука., - 1992. - 159 с.2Ю.Поляков В.В., Головин А.В. Упругие характеристики пористых металлов // ФММ.-1995.-т.79.-в.2.-С.57-60.

183. Капцевич В.М.,. Шелег В.К., Савич В.В., Сорокина А.Н., Мазюк В.В. Влияние морфологии частиц исходных порошков на свойства пористых материалов. // Порошковая металлургия., 1990. - №4. - С. 62-68.

184. Савицкий К.В., Куликов В.А., Итин В.И., Козлов Ю.И., Савицкий А.П. Температурная зависимость механических свойств металлокерамических сплавов меди с алюминием. // Порошковая металлургия. 1965. - №2. - С. 78-82.

185. Korosteleva E.N., Rusin N.M., Shadanova E.N. Behaviour of sintered alloys on the base of copper under mechanical loading // Abstracts of V Russian-Chinese Int. Symposium., Baikalsk, Russia, -1999.-P.175.

186. Savitskii A.P., Rusin N.M., Korosteleva E.N. Aluminum bronze and wear resistant aluminum alloys obtained by sintering / First Russian-Chinese symposium "Actualproblems-ofmodenrmaterials science", Tomsk, 1992. - P. 39.

187. Коростелева E.H., Русин H.M. Механические свойства спеченных медных сплавов, легированных алюминием. // Сб. трудов конференции "Металлдеформ -99", Самара 1999.

188. Анселл С. Механические свойства двухфазных сплавов // Физическое металловедение / под ред. Р.Кана.-М.: Мир, -1968.-Вып,3.-С.327-370.

189. Бестерци М., Шлесар М., Лугитик Я. Закономерности разрушения дисперсно-упрочненных материалов. // Порошковая металлургия. 1987. - №2. - С.100.104.

190. Griffits Т. J., Ghanizdeh A. Determination of elastic constants for porous sintered iron powder compacts// Powder met.-1986.-V.29.-№2.-P. 129-133.

191. Eudier M. The mechanical properties of sintered low-alloy steels // Powd. Met.-1962.-N 9.-P.278-290.221 .Бабушкин Г.А. Упругие модули многофазных материалов. // Физика металлов и металловедения. 1986. - 61, №6. - С. 1103-1113.

192. Ledoux L., Prioul С. Influence of pore morphology on the monotonic and cyclic propeties of sintered iron // Metal Powder Rept.-1989.-v.44.-P.43 8-442.

193. Солонин C.M., Мартынова И.Ф., Скороход B.B., Клименко Н.В., Фридман Г.Р., Котенев В.И. Исследование сверхупругого поведения при циклической деформации порошкового никелида титана. // Порошковая металлургия. 1988. - №8.- С. 26-30.

194. Мартынова И.Ф., Скороход В.В., Фридман Г.Р. Деформация пористого спеченного материала титан-никель при одноосновном сжатии. // Порошковая металлургия. 1984. - №1. - С. 76-80.

195. Варлимонт X., Дилей JI. Мартенситные превращения в сплавах на основе меди, серебра и золота. М.: Наука., - 1980. - 208 с.

196. Jean R.D., Wu T.Y., Leu S.S. The effect of powder Metallurgy on Cu-Al- Ni shape memory alloys. // Scripta Metallurgy et Materialia., 1991. - vol. 25. - P. 883-888.

197. Савицкий А.П., Коростелева E.H. Спеченная алюминиевая бронза конструкционного назначения //1 конференция "Материалы Сибири", Новосибирск. 1995.- С. 49-50.

198. Давыденкова А.В., Радомысельский И.Д. Получение и свойства конструкционных деталей из порошков меди и его сплавов. // Порошковая металлургия., -1982.-№3. С. 44-53.

199. Колесниченко Л.Ф., Фущич О.И., Панасюк А.Д. и др. Контактное взаимодействие структурных составляющих композиционных антифрикционных материалов на основе меди // Порошковая металлургия.-1984.-№4.-С.82-86.

200. Радченко А.И., Буренков Г.Л., Морозов А.С., Зозуля В.Д. и др. Композицион208ные спеченные антифрикционные материалы А.С. №1580830 (СССР). 1988.-8.

201. Гуревич Л.М., Кеймер А.К. Оптимизация состава спеченных сплавов системы Cu-Sn-Al. // МТОМ. 1990. - №5. - С. 28-30.

202. Шведков Е.Л. Самосмазывающиеся антифрикционные материалы // Порошковая металлургия.-1983.-№6.-С.37-51.

203. Карапетян Г. X., Акопов Н. Л. и др. Износостойкие порошковые материалы с интерметаллидным упрочнением. 1. Беспористые материалы антифрикционного назначения // Порошковая металлургия, 1987, № 4, с. 75-79.

204. Карапетян Г. X., Акопов Н. Л. и др. Износостойкие порошковые материалы с интерметаллидным упрочнением. 2. Износостойкие пористые материалы // Порошковая металлургия, 1987, № 5, с. 85-88.

205. Албегачиев А. Ю., Браун Э. Д., Сорокин Г. М. Расчет и испытание фрикционных пар. М.: Машиностроение, 1974, с. 102-107.

206. Композиционные материалы. Механика композиционных материалов. // Под ред. Сендецки Д. в 8 т. М.: Мир., - 1978. -Т.1.-564 с.

207. Промышленные испытания опытных партий деталей из сплавов на основеалюминиевой бронзы

208. Испытания спеченных деталей в узлах трения промышленного оборудования проводились на ряде предприятий как Томска, так и в ряде других городов.

209. РОСС И Й С К А ЯГ Ф Е Д:Е Р. А Ц.Й. Я. КОМИТЕТ,РОС-СШ- '■ ••• --на изобретение."Спеченный антифрик.цио-нный:"ма^т^^п^нч1;^"^»стве-мат"ериаловедени.я. .1. Автор —- ,. У: Ко росте йеаа:; -.г Е^енар Ник ал .

210. П риоритет изобретение- Хх??х'хХх>с-х х :

211. Дата постуллёния^явюГв'1Р<^ : : ■''. >— . 7 'апреля 1994г- :1. Заявка