Уральский Государственный лесотехнический университет, Екатеринбург, Россия

Б. А. Потехин, профессор кафедры технологических машин и технологии машиностроения, докт. техн. наук, эл. почта: pba-nn@yandex.ru

А. С. Христолюбов, начальник отдела разработки и сопровождения информационных систем, канд. техн. наук, эл. почта: alexander-ural@mail.ru

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН, Екатеринбург, Россия

Ю. С. Коробов, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией лазерной и плазменной
обработки, докт. техн. наук, эл. почта: yukorobov@gmail.com

ПАО «Уралмашзавод», Екатеринбург, Россия
Т. Э. Попова, инженер-технолог, эл. почта: tanya-25.01@mail.ru

Проведены сравнительные трибологические испытания (коэффициент трения и интенсивность изнашивания) группы антифрикционных покрытий из бронз БрО10, полученной литьем, БрКМц 3-1, Al бронзы DT-CuAl8 и БрЖНА 12-7-1, синтезированных дуговой наплавкой в аргоне с использованием сплошной или порошковой проволоки, и баббитов Б83 и Б88, образованных газовой наплавкой в пропан-бутановом пламени, плазменным напылением, дуговой металлизацией. Выявлено формирование дендритов в бронзе БрЖНА 12-7-1 в широком интервале скоростей охлаждения, характерных для основных технологических процессов получения антифрикционных сплавов: литья, наплавки, напыления. Дисперсность дендритной составляющей, формирующейся в процессе наплавки, значительно выше, чем при литье, что обеспечивает повышение прочности наплавленного металла на 30–50 %. Показано, что в условиях граничного и жидкостного трения (Р = 1 МПа, V = 3 м/с, путь трения 100 км) износ покрытий из композиционной бронзы БрЖНА 12-7-1, полученных дуговой наплавкой, в 1,5–3 раза ниже, чем покрытий из альтернативных типовых антифрикционных материалов: баббитов (Б83, Б88), оловянистой (БрО10) и безоловянистой бронз (БрКМц 3-1, DT-CuAl8), образованных дуговой наплавкой и способами газотермического напыления. При этом коэффициент трения покрытий из бронзы БрЖНА 12-7-1 при давлении до 4,5 МПа находится на одном уровне с баббитом Б83 и оловянистой бронзой БрО10. Проведенные сравнительные испытания позволяют считать аргонодуговую наплавку бронзы БрЖНА 12-7-1 на стальную основу достаточно технологичной как в области наплавки без использования промежуточных слоев, так и устранения дефектов межкристаллитного проникновения меди в стальную основу при наплавке бронз.

Авторы признательны Е. П. Заварзиной (младшему научному сотруднику ИФМ УрО РАН) за помощь в выполнении структурных исследований, С. П. Кочугову (директору ООО «НПП ТСП») за помощь в подготовке образцов с покрытиями для исследований.
Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России (тема «Структура», № 122021000033-2).

1. Чернавский С. А. Подшипники скольжения. — М. : Машгиз, 1963. — 244 с.
2. Гуляев А. П. Металловедение. — М. : Металлургия, 1977. — 648 с.
3. Смирягин А. П., Смирягина Н. А., Белова А. В. Промышленные цветные металлы и сплавы. — М. : Металлургия, 1974. — 488 с.
4. Потехин Б. А., Илюшин В. В., Христолюбов А. С. Влияние способов литья на структуру и свойства оловянного баббита // Металловедение и термическая обработка металлов. 2009. № 8 (650). С. 16–21.
5. Хмель Г. П., Красненко Е. Г., Илюшенко В. М., Опанасенко С. И. Наплавка изношенных бронзовых деталей металлургического оборудования // Сварка и наплавка меди и сплавов на ее основе : сборник. — Киев : Международная ассоциация «Сварка», 2013. С. 82–88.
6. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки : справочник / О. Е. Осинцев, В. Н. Федоров. — М. : Машиностроение, 2016. — 360 с.
7. Пат. 170923 РФ. Порошковая проволока для получения антифрикционных покрытий / Шумяков В. И., Потехин Б. А., Коробов Ю. С., Христолюбов А. С. и др. ; заявл. 30.06.2015; опубл. 15.05.2017. Бюл. № 14.
8. Slama P., Dlouhy J., Kover M. Influence of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of aluminum bronze // Materials and Тechnology. 2014. Vol. 48, Iss. 4. P. 599–604.
9. Chen L., Zhang Zh., Huang Y., Cui J. et al. Thermodynamic description of the Fe – Cu – C system // Calphad. 2019. Vol. 64. P. 225–235.
10. Potehkin B. A., Khristolyubov A. S., Zhlyakov A. Yu. Development of composite bronzes reinforces by steel dendrites // Russian Journal of Non-Ferrios Metals. 2018. Vol. 59, Iss. 5. P. 527–532.
11. Yi Wang, Jian Yin, Xiangbing Liu, Rongshan Wang et al. Precipitation kinetics in binary Fe – Cu and ternary Fe – Cu – Ni alloys via kMC method // Progress in Natural Science: Materials International. 2017. Vol. 27, Iss. 4. P. 460–466. DOI: 10.1016/j.pnsc.2017.06.005
12. Jiao Z. B., Luan J. H., Miller M. K., Yu C. Y., Liu C. T. Group precipitation and age hardening of nanostructured Fe-based alloys with ultra-high strengths // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. 21364.
13. Junko Matsuda, Tatsumi Ishihara. Cu – Fe – Ni nano alloy particles obtained by exsolution from Cu(Ni)Fe₂O₄ for active anode of SOFCs // Journal of Materials Chemistry A. 2019. Vol. 7, Iss. 45. P. 26105–26115. DOI: 10.1039/C9TA09482B
14. Потехин Б. А., Илюшин В. В., Христолюбов А. С. Жиляков А. Ю., Эрнандес А. Возможность создания композиционного сплава бронза – мартенситно-стареющая сталь // МиТОМ. 2013. № 5 (695). С. 6–10.
15. Потехин Б. А., Христолюбов А. С., Жиляков А. Ю. Структурные особенности наплавленных композитных бронз типа БрЖНКА 18-8-2-1 // Вопросы материаловедения. 2014. № 4 (80). С. 67–73.
16. Справочник по чугунному литью / Под ред. Н. Г. Гиршовича. — Л. : Машиностроение, 1978. — 760 c.
17. Крагельский И. В. Трение и износ. — Изд. 2-е пераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1968. — 480 с.
18. ГОСТ Р 50740–95. Триботехнические требования и показатели. Принципы обеспечения. Общие полож ения. — Введ. 01.01.1996.
19. Материаловедение : учебник для вузов / Под общ. ред. Б. Н. Арзамасова. — М. : Машиностроение, 1986. — 384 с.
20. Пичужкин С. А., Чернобаев С. П., Вайнерман А. А. Исправление дефектов литья и коррозионных повреждений изделий из алюминиевых бронз методом аргонодуговой сварки с применением активирующего флюса // Цветные металлы. 2016. № 10. С. 99–104.

21. Майданчук Т. Б., Илюшенко В. М., Бондаренко А. Н. Влияние режимов дуговой наплавки на межзеренное проникновение высокооловянистой бронзы в сталь // Автоматическая сварка. 2018. № 3. С. 34–37.
22. Рябов В. Р., Рабкин Д. М., Курочко Р. С., Стрижевская Л. Г. Сварка разнородных металлов и сплавов. — М. : Машиностроение, 1984. — 239 с.
23. Вайнерман А. Е., Пичужкин С. А., Чернобаев С. П., Веретенников М. М., Вайнерман А. А. Новые сварочные материалы и технологические особенности сварки и наплавки ими изделий из медных сплавов и разнородных материалов // Петраньевские чтения. Сварочные материалы2012 : сб. докладов Санкт-Петербургской международной научно-технической конференции. 2012. С. 141–147.