Комплексное исследование поверхностных слоев и трибологических свойств антифрикционных сплавов системы Al-Si-Cu-Sn + Fe

Rok vydání: 2018
Předmět:
DOI: 10.24411/1683-805x-2018-14011
Popis: В работе изучены новые антифрикционные алюминиевые сплавы. Исследовали влияние добавления железа на структуру и трибологические свойства образцов. Испытания проводили по схеме «колодка-ролик» с пошаговым изменением давления. При анализе трибологических свойств изучали режимы работы как в смазке, так и без нее. Испытания в смазке моделировали работу узла трения в нормальных условиях. Испытания без смазки моделировали экстремальный режим работы и применялись в качестве экспресс-методики для оценки износостойкости. Были изучены сплавы в литом состоянии и после термообработки, а также до и после трибологических испытаний. Установлено, что после термообработки кремниевая и мягкая фазы приобрели округлую форму, а содержание меди уменьшилось. Выявлена железосодержащая фаза, которая за счет добавления марганца приобретает благоприятную «скелетообразную» форму. После испытаний в смазке на поверхности колодки были обнаружены округлые твердые частицы. Эти частицы остаются на поверхности и обкатываются в смазке, создавая при этом своеобразный «защитный каркас», способствующий стабильной работе контактной пары. При испытаниях без смазки (приводящих к сильному повышению температуры в зоне трения) твердые частицы, напротив, усиливают разрушение поверхности, играя роль абразива и способствуя задиру. Исследование среза колодки, приготовленного после испытаний в смазке, позволило оценить толщину приповерхностного слоя (30-40 мкм) и показало перераспределение элементов в этом слое. Было выявлено, что олово выдавливается из объема и образует «дорожки» в приповерхностном слое, вытянутые вдоль направления трения. При испытаниях без смазки олово оплавляется и гомогенно перераспределяется в приповерхностном слое. Показано, что при испытаниях в смазке образовавшаяся пленка вторичных структур распределяется по поверхности тонким равномерным слоем, обладающим защитными свойствами. При испытаниях без смазки пленка неравномерна по толщине, что способствует развитию макрорельефа и может приводить к задиру. Показано, что сплавы, содержащие железо (до 1 %), имеют более высокие трибологические характеристики при режимах со смазкой и без нее.
In this paper, new antifriction aluminum alloys are studied. The effect of the addition of iron on the structure and tribological properties of samples is investigated in shoe-on-roller tests with a stepwise change of pressure. Tribological properties are analyzed to explore operating modes with lubrication and without it. Tests with lubrication simulate the work of a friction unit under normal conditions. Tests without lubrication simulate extreme operating conditions, and they are used also as an express method for assessing the wear resistance. The alloys are studied in the cast state and after heat treatment, as well as before and after tribological tests. It is found that after heat treatment the silicon and soft phases acquire a rounded shape, and the copper content decreases. An iron-containing phase is revealed which acquires a favorable skeletal form as a result of the addition of manganese. After testing, rounded solid particles are found in the lubricant on the shoe surface. These particles remain on the surface and are rolled smooth in the lubricant, producing a “protective skeleton” that provides a stable operation of the contact pair. In tests without lubrication (wherein temperature in the friction zone increases greatly), solid particles, on the contrary, act as an abrasive that causes surface wear and scoring. A shoe section prepared after testing with lubrication was examined to estimate the thickness of the near-surface layer (30-40 pm) and to demonstrate the redistribution of elements in this layer. It has been found that tin is squeezed out of the bulk and forms tracks in the near-surface layer which are elongated along the friction direction. In tests without lubrication tin is melted and is homogeneously distributed in the near-surface layer. It is shown that a film of secondary structures is formed in tests with lubrication and is distributed over the surface in a thin uniform layer with protective properties. In tests without lubrication, the film is uneven in thickness, which promotes the development of a macrorelief and can lead to scoring. It is revealed that the alloys containing iron (up to 1%) show the best results in tribological tests, both with lubrication and without it.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: