автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств порошковых алюминиевых сплавов

<изиизиъ1? сиъри'пьзгшэзиъ ЧРИПИЭЗЦЪ ьч дьвпиэзиъ - -е О Л ЪиЮипиГПЬВЗПЬЪ

'»<йзиизиъь чьвичии йиовири^ьзичиъ <ииишириъ

риризиъ аррапр пиаизыр

ШЗПИГРЪР ФПСЬ<ШЦЭП1" ЫЦОеЪЬРР чипльзчиоеь бч <изчгн-0зт-ъъьрр эьчичпрпиго

Ь. 16.01 - «Сцгирш^тп^гий Ь1 ЦпйицпчЬдЬпй й]гирЬр» йшийикфтгир^йр тЬ|иСф1|ш1(шС| а|илгнр]гн.ййЬр|1 рЬЦйшйтЬ шит(1ЙшО|1 ИицдйшС! идлЬЬш|ипшир]шй

иьииаьп Р! ¡э 0&

о

ьрьчиъ - 2000

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКА АРМЕНИЯ АРМЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

БАБАЯН ГРИГОР РАФАЕЛОВИЧ

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОРОШКОВЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.01 -"Материаловедение и композиционные материалы"

Е Р Е В А Н - 2000

Uinbtiiufununipjiuü pbúujü ЬшитшшЦй! t <ujjiuuiniuüh 'ПЬшшЦшй

¿SaipmaipiuqfimiuljiuCi hiuüiuiuiupurtiniú 'Чшгтпйш^шй oüqrtfiúwtunuübp

URinjiutnuip i-iujqúiul|bpujnipjni.O'

- inb|u. qfim. iinljump, щрпфЬипр

ъ. ч. ииъптзиъ

- inb|u qfiui. апЦшпр, щрпфЬипр

Q. U. <ПЧиЬФЗиЪ

- mb|u. q|m pbljüiuóni

и. <. <гмиьФзиъ

- «<iujujuuuu(jfi qruCiujilnp übintuirupqfiuuj|i qhtnui -üai|ijuiq6ujjhCi fiüuinfimnLUi»

ilu^inuiujünipjnitjQ Ijuijiutiiuini. t «16» hmühuh 2000p. ó. 12-fiü 031 úiuuíiujqhmiuljujü funphprjh Ghuinniú <ujjiuuuuuüti 'ПЬтшЦшй áiupinuipaiqfruiiuliujti ЬанЗицишршйтй: <uuugbti 375009, bpUuíi, SbpjuiD ф. 105:

UinbCimtununipjmDD МшрЬф t бшйпршйиц <41tí< -h qpiuqujpijuünuj: Ubti6mq(ipQ шпшдЦшб t «1f>» úiujfiufi 2000p. Uiuuüujqlunujljiuci (unphpqh чЬиниЦшй

ешртпщшр, inb|uti. qfriri. pbijüuj&ni, rtngbtiiL. Q. QULUSSUb

Тема диссертации утверждена в Государственном ин?к£нерном университете Армении

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор

МАНУКЯН Н. В. доктор технических наук, профессор

ОВСЕПЯН Г. С. кандидат технических наук

ОВСЕПЯН А. О. "Армянский научно-проектный институт цветной металлургии" Защита состоится "16" июня 2000 г. в 12 час. на заседании специализированного совета 031 Государственного Инженерного университета Армении по адресу: Ереван, ул. Теряна 105. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГИУА. Автореферат разослан "1?" мая 2000 г.

Ученый секретарь специализированного _

совета канд. тех. наук, доцент —^ ГАПСТЯН Л. Г.

К¿91. 33,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы- Развито современной техники непосредственно связано с разработкой перспективных технологий и созданием новых материалов с заданным комплексом свойств. В этой связи порошковой металлургии отводится особая роль. Это прежде всего касается антифрикционных материалов. Дели в том, что около 80% частей машин выходят из строя в результате преждевременного износа пар трения.

Подшипниковые материалы в зависимости от условий работы должны обладать: хорошей прирабатываемостыо и антикоррозионными свойствами, низким коэффициентом 'фения, высокой износостойкостью и теплопроводностью, ударной вязкостью. К материалам, удовлетворяющим этим требованиям, относятся сплавы меди, в основном оловянистые бронзы, однако онг1 дефицитны и не всегда отвечают современным требованиям. К сожалению, алюминиевые и титановые сплавы еще не нашли промышленного применения и узлах трения, так как они отличаются харак терным мас-сопереносам па сопрягаемые поверхности деталей. Между тем по удельной прочности и антикоррозионным свойствам, а также но ряду другим показателям, они значительно превосходят сплавы меди, железа, никеля и других металлов.

Первоначально спеченные антифрикционные материалы рассматривались только в качестве заменителей таких традиционных материалов, как баббиты и бронзы. Решалась задача замены в массовом производстве подшипников из цветных металлов менее дефицитными. Однако быстрое развитие машиностроения выдвинуло новую задачу, а именно, - создание антифрикционных материалов, обладающих способностью работать при высоких скоростях и больших нагрузках, а также в различных активных срезах. Так, в современной авиации и автомобилестроении важнейшей стала проблема использования триботехнических материалов для работы узлов

трения без смазки. Потребность в деталях трения, работающих без смазки, значительна возросла в пищевой, текстильной и бумажной промышленности. В этой связи алюминиевые сплавы привлекают особое внимание.

Промышленность Армении располагает мощной производственной базой применительно к технологии порошковой металлургии. Только в Ереване имеются три специализированных предприятий, не считая цехов и участков. К сожалению, только Завод чистого железа на сегодня действующий. Кроме этих предприятий, функционирует Канакерский алюминиевый завод,' на котором можно организовать производство металлокерами-ческих деталей машин на основе алюминия, тем более что завод работае т периодически, т.е. с большими простоями. Имеющиеся отходы производства следует утилизировать, т.е. из них путем плавки и последующего распыления можно получать порошки алюминия и его сплавов. Именно с этих позиций обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируются дели и задачи исследования.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание порошковых алюминиевых сплавов с повышенной износостойкостью и (I) и малым коэффициентом трения (Г). Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи;

• анализ алюминиевых сплавов и выбор основных компонентов, обеспечивающих растворный и интерметаллидный механизмы упрочнения;

• установление закономерностей твердофазных реакций, протекающих при спекании порошковых композиций, и экспериментально-теоретические исследования процессов структурообразования при горячей экструзии;

• исследование упрочняющей термической обработки, включающей закалку и старение;

• определение триботехнических характеристик металлокерамических алюминиевых сплавов , а также оптимизация структуры и состава;

• разработка технологии полупения изделий из порошковых алюминиевых сплавов экструзией, составление технологического регламента для опытно-промышленного внедрения.

Научная новизна работы:

• дан анализ антифрикционных металлокерамических материалов, в.основу получения которых положен принцип жидкофазнвго спмосмазыванпя. Показано, что твердофазное самосмазывание обеспечивает успешную работу узлов трения в условиях различных сред и нагрузок. В качестве антифрикционных присадок целесообразно использовать сульфиды, селёниды и тел-луриды. Графит проявляет смазочные свойства только лишь в структурно-свободном состоянии. -

Разработан новый класс порошковых <А1 - Си - Сг> сплавов с растворным а-А1 [Си] и интерметаллидньш АЬСи упрочнением для деталей узлов трения.

Сочетание растворного и интерметаллидиого механизмов упрочнения и введение в <А1 - Си - Сг> сплав твердых сматывающих веществ (например Мсбг) подавляют явление схватывания, характерные для А1 и его сплавов, и позволяют получать принципиально новые алюминиевые сплавы с гетерогенной структурой < А1 [Си] ~ АЬСи - Мо5г>, отвечающей требованиям молекулярно-механической теории трения и износа.

• обосновывается целесообразность компактирования алюминиевых сплавов горячей экструзией, сочетающей процессы формования и спекания;

• исследованы структуры и свойства экструдированных алюминиевых сплавов, включая термическую обработку (отжиг, закалку, старение);

• изучены процессы трения и износа <А1 - Си - Сг - Мо5г> сплавов В условиях жидкостной смазки и сухого трения. Выявлено, что смазывающее действие Мсбг проявляется только в случае интерметаллидиого упрочнения алюминиевых сплавов;

• разработаны оптимальные составы сплава < А1 - Си - Сг - Мсб2> и реко-

мепдованы параметры трения.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработана технология получения <А1 - Си - Сг> и <А1 - Си - Сг - Мо5г> сплавов. Составлен техцол о гичсскин регламент с технико-экономическим обоснованием, а также проект участка мощностью 10 тонн изделий в год для внедрения результатов исследований в производство.

Ожидаемый экономический эффект на 1 тонну продукции составляет 13965000...14673750 драмов в год. Получаемые сплавы по своим прочностным и антифрикционным свойствам соответствуют требованиям международных стандартов.

Основные положения, выносимые на защиту:

• новые металлокерамические алюминиевые сплавы со структурой <А1[Си] - АЬСи - МоЭг^, отличающиеся высокими триботехническими характеристиками;

• закономерности структурообразования при спекании и экструзии порошковых алюминиевых сплавов в зависимости от температуры и деформации;

• механизм дисперсионного твердения разработанных алюминиевых сплавов и параметры термического упрочнения, включающие закалку и старение;

• результаты фрикционных испытаний спеченных алюминиевых сплавов, полученные по контактному взаимодействию <матрица - твердые включения^

технология получения порошковых алюминиевых сплавов с интерметал-лидным упрочнением экструзией.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации обсуждались на республиканских научных семинарах (1998,1999), годовых конференциях ГИУА, а также на всеармянском симпозиуме "Мы на пороге XXI века" (2000 г.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 5 работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка из 97 наименований и включает 124 страниц машинописного текста, 29 рисунка и 33 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан анализ порошковых алюминиевых сплавов и изделий из них, на основе которого сделан вывод о том, что существующие методы упрочнения деталей машин из алюминиевых сплавов приемлемы только для легких режимов работы, а потому но решают проблему анти-фрикцнонности алюминия, как ценного металла для деталей узлов трения.

Исследования в области порошковой металлургии алюминия подтверждают возможность создания нового класса алюминиевых сплавов с требуемым комплексом триботехнических свойств.

Именно в этом аспекте формулируются цели и задачи исследования.

Во второй главе дана характеристика исходных материалов, а также осуществлен выбор контрольно-измерительной аппаратуры. Приведена методика экспериментальных исследований.

Алюминий отличается большой теплопроводностью и коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. Плотность шпоминия составляет 2,7 г/см3, температура плавления - '660 "С, кристаллическая решетка - ГЦК, не имеет аллотропических превращений. Механические свойства отожженного алюминия высокой чистоты (99,98% А1) следующие: сть = 58 МПа, 002 = 20 МПа, 5 = 40= 85%, НВ = 250 МПа.

Примеси по-разному влияют на алюминий: магний и марганец снижают теплопроводность, железо - коррозионную стойкость. Наибольшую растворимость в твердом алюминии имеет 7л\ (82,8%), затем следуют (14,9%), Си (5,67%) и и (4,0%). При снижении температуры (ниже линии со-лидуса, т.е. в твердом состоянии) пределы растворимости уменьшаются.

Именно это обстоятельство является одним из основных факторов, обеспечивающих возможность значительного повышения прочности и твердости алюминиевых сплавов посредством закалки и последующего старения.

Характерной чертой сплавов на основе алюминия является разнообразие интерметаллических фаз, образующихся благодаря тому, что алюминий является трехвалентным элементом и имеет высокий электроотрицательный потенциал. Стабильность этих фаз и ширина интервала концентрации определяется размерным фактором и валентностью. В двойных системах некоторые фазы могут иметь точный стехиометрический состав (АБь). В других системах соединения существуют в узком интервале концентраций, не соответствующем их формуле (CuAb).

Основу промышленных алюминиевых сплав составляют пять элементов: Zn, Mg, Cu, Mn, Si, которые используются в различных сочетаниях (двойные, тройные и т.д. системы <А1 - Ме>). Наиболее часто применяют два способа повышения прочности алюминиевых сплавов:

• образование дисперсных выделений (дитерсоидов, < 1 мкм) или посредством твердого раствора (для термически неупрочняемых сплавов);

• растворение легирующих элементов (перевод в твердый раствор) и последующее вьщеление их в виде субмикроскопических когерентных частиц (дисперсионно шареющие сплавы).

Дисперсоиды образуют Мп, Сг и Zr, частицы которых путем закрепления границ зерен повышают прочность и вязкость сплава и улучшают его коррозионную стойкость. В литейных сплавах Si незначительно повышает прочность вследствие того, что при кристаллизации большая часть его выделяется в виде грубых частиц. Применение кремния объясняется тем, что сплавы <А1 - Si> обладают высокой жидкотекучесгью и нечувствительны к образованию горячих трещин. Отметим, что Si, Zn, Sn, Pb, Bi с алюминием образуют простые системы эвтектического и монотектического типа, а следовательно, не образуют интерметаллических соединений.

Б системе <А1 - Си> минимальная растворимость Си в Al в твердом состоянии составляет ~ 5,7% при температуре ~ 548 °С. С понижением температуры растворимость снижается и при комнатной температуре колеблется в пределах 0,2...0,5% Си. Это говорит о том, что <А1 - Си> сплавы, ограниченные линией DF, могут термически упрочняться!

Многие промышленные сплавы алюминия содержат медь либо в качестве основного компонента, либо в сочетании с другими легирующими элементами в количествах 1,0...10,0% Си. Часто Си применяют с Mg. При температуре 5'18°С образуется эвтектика <А1 - CuAh>, состоящая из <А1 -33,2% Си> и находящая в равновесии с алюминиевым твердым раствором [сх-А1 (Си)], содержащим 5,7% Си. Медь в интерметаллической фазе CuAh колеблется в пределах 52,5.. .53,7% Си при температуре эвтектики и 53,2...53,9% Си - при 400°С. В обоих случаях имеет место недостаток меди для полного соответствия стехиометрическому составу.

Сплавы <А1 - Си>, содержащие 2...10% Си, в сочетании с другими легирующими элементами образуют важное семейство сплавов. Как литейные, так и деформируемые сплавы этой системы восприимчивы к закалке и старению. Максимальное упрочнение достигается при содержании 4...6% Си.

Согласно структурной теории материалов в качестве смазочных веществ могут быть применены лить природные графит и дисульфид молибдена, обладающими слабыми межслойными связями. Кристаллическая решетка M0S2 гексагональная с параметрами: а - 3,2610-'0 м, с = 12,3-1010 м. Твердость по шкале Мооса 1,1..Л,5 ед. Термическая стабильность: в вакууме 1373 К, аргоне 1708 К, воздухе 723 К. В водороде M0S2 диссоциирует в температурном интервале 1073...1373 К. Оюистая структура M0S2 обеспечивает хорошую адгезию с поверхностью металла и высокие антифрикционные свойства пар трения. Коэффициент трения M0S2 составляет 0,02...0,03. Всем этим требованиям отвечает природный M0S2, полученный из руд Кафан-ского и Каджаранского месторождений (Армения) гидрометаллурпгческой

переработкой.

Таким образом, для получения антифрикционных порошковых сплавов на основе алюминия приняты следующие композиции: <А1 - Си -МоЭ2> и < А1 - Си - Сг - МоЭ2>.

В третей главе приведены результаты исследований процессов экструзии и формирования структуры и свойств порошковых алюминиевых сплавов.

Эксперименты проводились на сплавах следующих составов:

1. <А1 - 2,5% Си>;

2. <А1 - 5,0% Си>;

3. <А1 - 7,5% Си>; .

4. <А1 - 5,0% Си - 0,35% Сг>;

5. <А1 - 5,0% Си - 0,70% Сг>;

6. <А1 - 7,5% Си - 3,0% Мо5г>;

7. < А1 - 7,5% Си - 6,0% Мо5г>;

8. < А1 - 7,5% Си - 9,0% Мо&>.

Во избежание сегрегации компонентов в шихту вводили машинное масло в количестве 0,3...0,4%. Продолжительность смешивания составляла 5 ч, что обеспечивало получение однородной шихты. Из этих шихт прессовали цилиндрические заготовки диаметром 21 и высотой ~ 40 мм. Удельная нагрузка колебалась в пределах 3,0...3,5 щ/см2; относительная плотность составляла ~ 85%. В качестве смазки использовались спиртовая суспензия стеарата цинка, которую наносили на рабочие поверхности пресс-инструмента. С целью исключения схватывания заготовок со стенками контейнера их зачехляли в керамические оболочки (стаканчики), для чего был разработан специальный состав.

К сожалению, в ряде публикаций не всегда верно интерпретируется стадийность экструзии. Ошибочно считается, что процесс экструзии состоит из двух этапов: уплотнение заготовки до беспористого состояния и исте-

и

чение (формоизменение) компактного металла. Между тем пористость зависит от степени деформации, т.е. от коэффициента вытяжки Х~ (?к/ Рм), где Рк - площадь контейнера по диаметру; Им - площадь матрицы (сечения получаемого изделия). Для каждого металла и сплава существует свое критическое значение к,г, при котором обеспечивается компактирование пористой заготовки. Если К < Хкр., то в этом случае экструдированное изделие будет пористым, если А. 5 Хкр. - беспористым.

Сформулировано условие, реализация которого гарантирует получение беспористых порошковых материалов и изделий при экструзии:

Р,

> ехр

где Рэ - удельное давление при экструзии; к - коэффициент, учитывающий сопротивление материала деформированию, численно равный 2,5...3,5; оьэ -прочность материала на разрыв при температуре экструзии; ш = Ь* / Ок, где Ь* - длина (высота) заготовки, - диаметр заготовки (контейнера); { -коэффициент трения заготовки о стенки контейнера; и - коэффициент Пуассона материла заготовки.

Поскольку экструзия металлокерамического алюминия исследована только лишь для сплавов типа САП (спеченный алюминиевый порошок), причем при больших обжатиях (Я = 15...25), то, естественно, изучение процессов экструзии порошкового алюмгатя и его сплавов при малых вытяжках (X = 1,5,...,6,0) представляет определенный научный и практический интерес. Эксперименты проводились на образцах без зачехления, чтобы не исказит!. силовые параметры; температура экструзии составляла ~ 500°С, выдержка-0,5ч.

График уплотнения й деформирования (рис. 1) построен для алюминия <А1> и сплава < А1 - 5,7% Си> с бсспористой структурой, т.е. при "к = 4. Динамика процесса экструзии пористой заготовки состоит из четырех стадий. На первой стадии (I) происходит уплотнение заготовки до ~ 95%. Со-

ответственно возрастают удельные давления, вследствие чего происходит вытеснение части металла в зону матричной воронки. На второй стадии (И) удельные давления достигают своих максимальных значений; заготовки уплотняются до 99...100%, т.е. практически до компактного состояния. На III стадии устанавливается ламинарное истечение металла из матрицы, давление падает. IV стадия является завершающей и отвечает нестационарному течению металла.

Как и следовало ожидать, с увеличением температуры экструзии давление заметно падает. Из анализа полученных данных следует, что удельные давления алюминия и ето сплавов колеблются в пределах 2,0...3,0 т/см1. Оптимальным температурным интернатом экструзии является 500...550°С.

1,50

~ 1,25 S ,о

£ 1,00 ®

' I 0,75 ш

« 0,50 0,25 0

0 5 10 15 20 25 30 35 Перемещение пуансона, мм

Рис. 1. Динамика экструзии пористой заготовки (Я = 4):

1 - из алюминия (< А1>); 2 - из сплава <А1 - 5,7% Си>.

Металлография алюминия и его сплавов, получаемых методами порошковой металлургии, недостаточно изучена. В зависимости от состава сплава и скорости охлаждения, а также наличия пористости и посторонних примесей, образуется большое разнообразие структур, выявление которых значительно усложняется. Совершенно не исследованы процессы термической обработки спеченных алюминиевых сплавов, включая старение.

Учитывая эти и другие особенности, нами выполнен полный струк-

туриый анализ разрабатываемых сплавов, используя оптическую »1 электронную микроскопию, микрорентгеноспектралъный и рентгенографический анализы. С этой целью по оптимальным режимам экструзии (Т, = 530...540°С, Тэ = 0,5 ч, ам = 110СС, >., = 4) были получены опытные партии алюминия и его сплавов, из которых по стандартной методике изготавливали шлифы. Для травления шлифов брали типовые реакшвы, в частности расшор Келлера. После экструзии образцы подвергали термической обработке - отжигу и закалке с последующим старением. Отжиг проводили при температуре 500...520°С продолжительностью - 5 ч. Из отожженных заготовок механической обработкой изготавливали экспериментальные образцы, затем нагревали до 500...520°С, выдерживали при этой температуре ~ 1,5 ч и закаливали в воде. Закаленные образцы подвергали искусственному (Тс=150°С, 1с = 1,5 ч) и естественному (8 дней и 4 месяца) старению. Чтобы исключить отрицательное воздействие атмосферы, термообработку образцов проводили в среде осушенного (точка россы - 45°С) аргона марки А.

По результатам механических испытаний (рис. 2 и 3), более предпочтительным оказался сплав состава <А1 - (5,0...7,5)% Си - 0,35% Сг>, который принят нами за базовый «глав для фрикционных испытаний.

Были проведены испытания на трение и износ с целью определения антифрикционных свойста алюминиевых сплавов. Для установления оптимальных составов изучали влияние условий работы (трение сухое и со смазкой) и содержания МоЭг на антифрикционные свойства. Трение осуществлялось но схеме: подвижная колодка - вращающийся диск. Образцы в течение 1,5...2,0 ч прирабатывали при нагрузке Р = 2 кгс и скорости скольжения V = 1 м/с. Критерием окончания приработки служило уменьшение и последующая стабилизация момента трения. Результата экспериментов представлены в табл. 1.

Анализ испытаний показывает, что полученные алюминиевые сплавы при сухом трении неработоспособны, так как коэффициенты трения у

О 2,5 5 7,5

Содержание меди, % -♦-отжиг , -"—закалка

старение 8дн. —»—старение 4 мес

Рис. 2. Зависимость твердости от содержания меди в сплавах системы < А1 - Си>.

900

0,35

Содержание хрома, % -отжиг —«—закалка

-старшие 8аш. • —старение4 мсс

Рис. 3.

Зависимость твердости от содержания хрома в сплавах системы < А1 - 0,5% Си - Сг>.

Таблица 1. Результата испытаний на машине трения и износа

Образцы Натруша 1 кг Нагрузка 3 кг Натруска 5 кг

Оо»р< 0*ОНТр/ ( ( <2обР, С^коетр/ {

г г г г г 2

Сухое трепке

А1 - 7,5% Си - 3,0% МоЭ2 0,0343 0,0162 0,43 0,0(740 0,0301 0,39 0.0591 0,0727 0,48

А1 - 7,5% Си - 6,0% Мсйг 0,0318 0,0153 0,58 0,0535 0,0255 0,47 0,0792 0,0371 0,4«

А1 - 7,5% Си - 9,0% Мс«2 0,0455 0,0205 0,48 0,1003 0,0126 0,46 0,1089 0,01X2 0,55

Греане со смазкой

А1 - 7.5% Си - 3,0% Мсвг 0,09 0,10 0,09

А1 - 7,5% Си - 6,0% МоЭ2 0,02 0,02 0,04

А1 - 7,5% Си - 9,0% Мсв2 0,06 0,09 0,09

них достаточно большие I - 0,39...0,58. Это объясняется структурным несовершенством испытуемых сплавов. Высокая степень окисленности алюминиевого порошка (поверхностные пленки А1тОз) препятствовала сплавооб-разованию, в частности растворному и интерметаллидному упрочнению. Дело в том, что смазывающее действие МоЗг проявляется только в случае интерметаллидного упрочнения сплавов. Для трения со смазкой получены довольно высокие результаты, т.е. ( = 0,02...0,04 (<А1 - 7,5% Си - 6,0% МоЭ2> сплав) при минимальном износе, практически нефиксируемом при режимных испытаниях. Это говорит о том, что явление схватывания, присущее алюминию и его сплавам, практически подавлено.

В четвертой главе разработана технология получения порошковых алюминиевых сплавов, выявлена номенклатура деталей, выполнен технико-экономический расчет. Даны практические рекомендации по внедрению разработанной технологии в производство.

Комплекс выполненных исследований позволил оазоаботать техноло-

гию получения <А1 - Си - Сг> и <А1 - Си - Сг - МоЗг> сплавов (рис. 4), положив в ее основу горячие методы контактирования (экструзию и штамповку).

Си А1 Сг

Увлажнитель I __МоЬ'г

См с тиванис

Прессование (П * Ж..15«Ь}

Рафинирование (вакуумное)

Нанесение заицопко-смазсчных покрытий (гачех.тенш)

Спеклние

Горячая Горячая

штамповка экструзия

Отжиг

Закалка Старение

Финнимая обработка _ |

Готовое и " ь ни (продукт)

Рис. 4. Технология получения <А1 - Си - Сг>

и <А1 - Си - Ст - МоЭа> сплавов и изделий из них.

Разработанная технология получения алюминиевых сплавов конструкционного (<А1 - Си - Сг>) и антифрикционного (<А1 - Си -- Сг - МоБ2>) назначений основьгоается на применении промышленных металлических порошков, традиционных способов переработки их в изделия и использовании стандартного оборудования, что осуществимо в условиях обычного специализированного производства (участки, цехи, предпри-

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Дан анализ антифрикционных металлоксрамических материален, п основу получения которых положен принцип жидкофазного самосмазывания.

Механические свойства порошковых материалов вследствие пористости (15...25%) снижаются в 2...3 раза, в особенности оь, НВ и КС, что неадекватно эффекту самосмазывапия. Кроме того, структурная пористость отрицательно влияет на теплофизические VI триботехнические характеристики материата.

Показано, что тв^>дофазное самосмазывтше обеспечивает успешную работу узлов трения в условиях различных сред и нагрузок. В качестве антифрикционных присадок целесообразно использовать сульфиды, селепи-ды и теллуриды. Графит проявляет смазочные свойства только лишь в структурно-свободном состоянии.

2. Разработан новый класс порошковых <А1 - Си - Сг> сплавов с растворным а-А1 [Си] VI интерметаллидным А1гСи упрочнением для деталей узлов трения. Оптимальное содержание Си отвечает диаграмме состояния <А1 - Си>, в частности эвтектическому составу с 5,7% Си (при температуре 548°С).

3. Сочетание растворного и интерметаллидного механизмов упрочнения и введение в <А1 - Си - Сг> сплав твердых смазывающих веществ (например МоБг) подавляют явление схватывания, характерное для А1 и его сплавов, и позволяют получать принципиально новые алюминиевые сплавы с гетерогенной структурой < А1 [Си] - АЬСи - Мо&>, отвечающей требованиям молекулярно-механической теории трения и износа;

Наличие в сплаве твердых смазывающих веществ (Мо5г и др.) обеспечивает положительный градиент механических свойств по глубине ко1 (тактируемых слоев за счет образования вторичных структур.

4. Обосновывается целесообразность компактирования алюминиевых

сплавов горячей экструзией, сочетающей процессы формования и спекания.

Располагая зависимостями сь = £ (Т, х, К а, V) и условием лкр., обеспечивающим получение материалов с беспористой структурой, можно прогнозировать структуру и свойства экструдированных алюминиевых сплавов.

Установлены следующие оптимальные режимы экструзии. Т = 500...550<С, х = 1,0...1,5ч, а=90...110°.

5. Исследованы структуры и свойства экструдированных алюминиевых сплавов, включая термическую обработку (отжиг, закалку, старение).

Процессы экструзии обеспечивают равномерное распределение компонентов в сплаве, в частности Си, что подтверждено микрорентгеноспек-тральным анализом.

Изучены процессы трения и износа <А1 - Си - Сг - МоЕ5г> сплавов в условиях жидкостной смазки и сухого трения. Выявлено, что смазывающее действие МоЭг проявляется только в случае интерметаллидного упрочнения алюминиевых сплавов.

Разработаны оптимальные составы сплава <А1 - Си - Сг - Мо32> и рекомендованы параметры трения; коэффициент трения колеблется в пределах I = 0,02...0,04.

6. Разработана технология получения метаплокерамических изделий из алюминиевых сплавов методами экструзии применительно к опытно-промышленному производству.

Произведен технико-экономический расчет участка по выпуску 10 тонн деталей машин в год с практическими рекомендациями для внедрения в производство.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Бабаян Г.Р. Алюминиевые сплавы, легированные медью. Труды годичной конференции ГИУА, Ереван, 1998. С. 264-265.

2. Бабаян Г.Р. Получение горячедеформированиых антифрикционных <А1 - Си - MoS2> сплавов. Труды годичной конференции ГИуА, Ереван, 1999. С. 257-258.

3. Алаян A.A., Сулейман А., Бабаян Г.Р. Медноалюминиевые сплавы антифрикционного назначения. Труды годичной конференции ГИУА, Ереван, 1999. С. 260.

4. Алаян A.A., Касьян В.Л., Казарян А.Н., Малхасян С.А., Бабаян Г.Р., Сулейман А.Ю. Антифрикционные материалы и изделия. Порошковая металлургия на пороге 3000 - летия. Ереван, 2000. С.67-88.

5. Бабаян Г.Р. Получение горячедеформированных антифрикционных <А1 - Си - MoS2> сплавов. Всеармянский симпозиум "Мы на пороге XXI века". Ереван, 2000.

Q-phqnp ПшфиуЬф PшpшJШCl

«Uuruúpü¡i фпгЬ^шйшйпцфибйЬЬр^ ЦшотдЦшбвр Lhujuiljnipjniûùtjnh àLuji(npni.ù[!» uiLnbCiiu|ununipjuiG

uuona>uc*hP

UmhCiiulununipjnLÛp t ищпффйр hfiüßnU фпгЬЬшйшйпцЦшбраЬрр

ЦшптдЦшдрЬ I» huiuil)nipjmCiûbph йишЦпрйшЬд: UhEbCuu2fiûnipjLuù шршчо&ршд qiupqujgrudn luniugiugpbi t úbá uipiuqnLpjniCiCibpp U ЙС^пиЗОЬрр inuil), тшррЬр шЦи"фЦ |3(12ил|ш]рЬртй шгГиштгцйшЦ йпр ЬшЦшгфпиЗицрй ûjrupbpp umbqàiîuiù iuCihpuitfb2mnLpjniCio: U2|uiumuJûph чЬ^ш^шО ûnpntjpti t hiuûqpuujûnn5 ¿Фйшй htuDqntjgûbph финцОЬрр hiuüiup йгшЦЦшб <А1 - Си - Сг> фпгЬЬшйшбпцЦшдрйЬрр йпр qiuuQ, npnûp uiiSpiugiJniiJ bû рйтЬрйЬиищшЦшО AI2Cü U a-AI-niú ínióijnq ицОйпф

(Prçbhiuùiuâruiiliuôpûhph uiúpuignulQ [mAilnq U hbmbpiSbimuqtutjujù îiujqbpp Iuui5uiinbrini.i5ni| ni u^hCr). ßuuiüjrupbpfi (opfiCiuilj M0S2) íibpi5niániiJni| <AI - Си - Cr> hiuiiujôruiiluuÔECibpti iüb2 uipqbiuil|rui3 t huupwljgiSujù bpUnijpQ, npp pûnpn2 t ui[jnLi5fiCinn5fi U ûpui hujùuiânLii(ujôgùbpti hiuiliup: ОршСтЦ hCiiupuuInpnipjniti t uinbr\ó4nii5 uinuiíiuui hbinbpnqbG ^шптдЦшбр niCibgnq, uljqpniûpnpbù ünp, <AI[Cu] -AI2C11 - MoS2> ЬшйийпцЦшбрйЬр, npnOp ihnilhb ршЦшршрпиЗ bù ¿фйшй L liuyiJuiCi U ún[bl)ni.[jujp, U' úfc¡|uiuüpljuiljujCi úb|uiuüpqúCibpfi uiiuhailjgübpQ:

'"фипирОДий bti Ьш^1и2фш1|и)0 úbmwqujL|bpuJúhliUJ^Ci ûjnipbp, npnûg umujgniÚQ hfiüüilujó t hbqnil< $iucinil jruqüiuCi ul|qpniCip|i Црш:

Smjg t трЦшд, np щрйп ^luqu/jfrCi fiûjatiiujnirvnCio шщшЬпЦтй t тшррЬр dtisuiijiujpbph U pboûiluiônipjnitiùbph ujujjúiuúíibpniú ¿Ф^шО hujüqnijgübpfi риЦ Ш2[ишшшС1Еп:

<ЬййшЦпрЦпн5 t шитйрйифй huiùiuàni|.i(ujôgùbph uiujfi tguinpruqhiujni} Цпбщш^тшЦпрйиЖ йщштш^шЬшрйшрп^гийр:

Гкитййилфрфий bti <А1 - Си - Cr - MoS2> huiúuiánqi[iu6ptjbpp гФйшй L úui2úujü ujpngbuûbpD hbqnili L¿np ¿фйшй ujujjúiuCiCibprHÜ:

СГгшЦЦшб bCi <AI - Cu - Cr - Мо8г> hiuüiuániiijujóptibpfi ouimfidwi. piuqiur}pnipjniüübpQ L швшгшрЩшд bCi гфйшй ujiupuuùbinpbp: