vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2023-68-3-196-207vestift-807Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYОсобенности структурообразования в антифрикционном композиционном порошковом инфильтрированном медным сплавом материале на основе железа (псевдосплаве) при высокотемпературной термомеханической обработкеFeatures of structure formation in antifriction composite powder infiltered with copper alloy material based on iron (pseudo-alloy) under high-temperature thermomechanical treatmenthttps://orcid.org/0000-0003-1850-6221ДьячковаЛ. Н.DyachkovaL. N.

Дьячкова Лариса Николаевна, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник

ул. Платонова, 41, 220005, Минск

Larisa N. Dyachkova, Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Chief Researcher of the Laboratory

41, Platonov Str., 220005, Minsk

dyachkova@tut.byhttps://orcid.org/0000-0001-9950-2120ВитязьП. А.VytiazP. A.

Витязь Петр Александрович, академик Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, начальник управления

пр. Независимости, 66, 220072, Минск

Pyotr A. Vityaz, Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Head of the Department

66, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

vitiaz@prezidium.bas-net.byЗверкоА. А.ZverkoA. A.

Зверко Александра Александровна, старший преподаватель

пр. Независимости, 65, 220072, Минск

Aleхandra A. Zverko, Senior Lecturer

65, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

msfbntu306@gmal.comИнститут порошковой металлургии имени академика О. В. РоманаAcademician O. V. Roman Powder Metallurgy InstituteУправление аэрокосмической деятельности аппарата Национальной академии наук БеларусиDepartment of Aerospace Activity of the Apparatus of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский национальный технический университетBelarusian National Technical University202302102023683196207Copyright © Дьячкова Л.Н., Витязь П.А., Зверко А.А., 20232023Дьячкова Л.Н., Витязь П.А., Зверко А.А.Dyachkova L.N., Vytiaz P.A., Zverko A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/807

Представлены результаты исследований процесса структурообразования в антифрикционном композиционном порошковом инфильтрированном медным сплавом материале на основе железа (псевдосплаве) при термической и высокотемпературной термомеханической обработке (ВТМО). Показано, что после инфильтрации структура псевдосплава состоит из участков стального каркаса с практически однородной по углероду структурой перлита и небольшим количеством цементита, участков медной фазы, расположенных по границам и в стыках частиц стального каркаса, включений сульфидов преимущественно в медной фазе. В процессе закалки происходит перераспределение углерода в частицах стального каркаса, на границе с медной фазой образуется слой толщиной 2–5 мкм с повышенным содержанием углерода. При ВТМО происходит измельчение структуры, образование макротекстуры, уменьшение толщины прослоек медной фазы, зависящей от степени деформации. Степень деформации влияет также на структуру стального каркаса. После ВТМО со степенью деформации 30 % структура состоит из бесструктурного мартенсита, троосто-мартенсита и остаточного аустенита, при этом в приграничных с медной фазой участках содержание углерода несколько меньше; со степенью деформации 50 % – бесструктурного мартенсита и на 20–25 % большего содержания аустенита, при этом распределение углерода более однородное, а изменение содержания меди, олова и железа плавное. Установлено, что вследствие активации диффузионных процессов в процессе деформации при ВТМО сульфиды молибдена распадаются и образуют сульфиды железа и меди различного состава, молибден легирует железную основу или образует карбид. Полученные результаты могут быть использованы при разработке высокопрочных антифрикционных материалов для тяжелонагруженных узлов трения.

The results of studies of the structure formation process in an iron-based antifriction composite powder material infiltrated with a copper alloy (pseudo-alloy) during thermal and high-temperature thermomechanical treatment (HTMT) are presented. It is shown that after infiltration the structure of the pseudo-alloy consists of sections of the steel skeleton with a perlite structure almost homogeneous in carbon and a small amount of cementite, sections of the copper phase located along the boundaries and at the joints of the particles of the steel skeleton, sulfide inclusions mainly in the copper phase. In the process of hardening, carbon is redistributed in the particles of the steel skeleton; a layer 2–5 µm thick with an increased carbon content is formed at the boundary with the copper phase. During HTMT, the structure is refined, a macrotexture is formed, and the thickness of the copper phase interlayers decreases, depending on the degree of deformation. The degree of deformation also affects the structure of the steel skeleton. After HTMT with a degree of deformation of 30 %, the structure consists of structureless martensite, troosto-martensite and residual austenite, and in the areas adjacent to the copper phase the carbon content is slightly lower, with a degree of deformation of 50 % – structureless martensite, 25 % more austenite content, more uniform distribution of carbon. It has been established that, due to the activation of diffusion processes during deformation during HTMT, molybdenum sulfides decompose and form iron and copper sulfides of various compositions; molybdenum alloys the iron base or forms carbide. The investigation results can be used in the development of high-strength antifriction materials for heavily loaded friction units.

композиционный антифрикционный материал на основе железаинфильтрация медным сплавомзакалкаотпусквысокотемпературная термомеханическая обработкаструктураiron-based composite anti-friction materialcopper alloy infiltrationquenchingtemperinghigh-temperature thermomechanical processingstructureReferencesСорокин, Г. М. Проблемы технического обновления различных отраслей машиностроения / Г. М. Сорокин // Трение и износ. – 2001. – Т. 22, № 3. – С. 322–331.Sorokin G. M. Problems of technical renewal of various branches of mechanical engineering. Friction and Wear, 2001, vol. 22, no. 3, pp. 322–331 (in Russian).Гаркунов, Д. Н. Триботехника. Конструирование, изготовление и эксплуатация машин / Д. Н. Гаркунов. – М.: МСХА, 2002. – 626 с.Garkunov D. N. Tribotechnics. Design, Manufacture and Operation of Machines. Moscow, Moscow Agricultural Academy named after K. A. Timiryazev, 2002. 626 p. (in Russian).Совершенствование материалов для подшипников скольжения двигателей внутреннего сгорания: обзор / Н. П. Буровская [и др.] // Труды ВИАМ. – 2020. – № 1 (85). – С. 78–91. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-1-78-91Burkovskaya N. P., Sevostyanov N. V., Bolsunovskaya T. A., Efimochkin I. Yu. Improvement of materials for sliding bearings of internal combustion engines (review). Trudy VIAM = Proceedings of VIAM, 2020, no. 1 (85), pp. 78–91 (in Russian). https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-1-78-91Филиппов, М. А. Трение и антифрикционные материалы / М. А. Филиппов, О. Ю. Шешуков. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2021.– 204 с.Filippov M. A., Sheshukov O. Yu. Friction and Antifriction Materials. Yekaterinburg, Publ. House of the Ural State University, 2021. 204 p. (in Russian).Антифрикционные материалы на основе полимерных волокон / Г. С. Кулагина [и др.] // Труды ВИАМ. – 2022. – № 11 (117). – С. 48–59. 10.18577/2307-6046-2022-0-11-48-59Kulagina G. S., Kan A. Ch., Zhelezina G. F., Levakova N. M. Antifriction materials based on polymer fibers. Trudy VIAM = Proceedings of VIAM, 2022, no. 11 (117), pp. 48–59 (in Russian). https://doi.org/10.18577/2307-6046-2022-0-11-48-59Федорченко, И. М. Композиционные спеченные антифрикционные материалы / И. М. Федорченко, Л. И. Пугина. – Киев: Наук, думка, 1980. – 404 с.Fedorchenko I. M., Pugina L. I. Composite Sintered Antifriction Materials. Kyiv, Naukova dumka Publ., 1980. 404 p. (in Russian).Иванов, В. А. Системный подход к созданию антифрикционных материалов и узлов трения / В. А. Иванов. – Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2015. – 239 с.Ivanov V. A. A Systematic Approach to the Creation of Antifriction Materials and Friction Units. Khabarovsk, Publ. House of the Pacific State University, 2015. 239 p. (in Russian).Колесников, В. И. Математические модели и экспериментальные исследования – основа конструирования гетерогенных антифрикционных материалов / В. И. Колесников, О. А. Беляк. – М.: Физматлит, 2021. – 216 с.Kolesnikov V. I., Belyak O. A. Mathematical Models and Experimental Studies – the Basis for the Design of Heterogeneous Antifriction Materials. Moscow, Fizmatlit Publ., 2021. 216 p. (in Russian).Чичинадзе, А. В. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А. В. Чичинадзе, Э. М. Берлинер, Э. Д. Браун. – М.: Машиностроение, 2003. – 576 с.Chichinadze A. V., Berliner E. M., Brown E. D. Friction, Wear and Lubrication (Tribology and Tribotechnics). Moscow, Mashinostroenie Publ., 2003. 576 p. (in Russian).Каблов, Е. Н. Материалы нового поколения – основа инноваций, технологического лидерства и национальной безопасности России / Е. Н. Каблов // Интеллект и технологии. – 2016. – № 2 (14). – С. 16–21.Kablov E. N. Materials of the new generation – the basis of innovation, technological leadership and national security of Russia. Intellekt i tekhnologii = Intel & Tech, 2016, no. 2 (14), pp. 16–21 (in Russian).Каблов, Е. Н. Без новых материалов нет будущего / Е. Н. Каблов // Металлург. – 2013. – № 12. – С. 4–8.Kablov E. N. Without New Materials – There is No Future. Metallurg = Metallurgist, 2014, 57, no. 11–12, pp. 1057–1061. https://doi.org/10.1007/s11015-014-9844-zKopeliovich D. Engine Bearing materials [Electronic resource]. – 2019. – Mode of access: http://www.enginepartsuk.net/sites/default/files/Engine-Bearing-materials.pdfKopeliov D. Engine Bearing materials. 2019. Available at: http://www.enginepartsuk.net/sites/default/files/Engine-Bearing-materials.pdfТриботехническое материаловедение и триботехнология / Н. Е. Денисова [и др.]. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2006. – 248 с.Denisova N. E., Shorin V. A., Gontar’ I. N., Volchikhina N. I., Shorina N. S. Tribotechnical Materials Science and Tribotechnology. Penza, Penza State University Publishing House, 2006. 248 p. (in Russian).Тучинский, Л. И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки / Л. И. Тучинский. – М.: Металлургия, 1986. – 208 с.Tuchinskii L. I. Composite Materials Obtained by Impregnation. Moscow, Metallurgiya Publ., 1986. 208 p. (in Russian).Латыпов, М. Г. Структура и свойства метастабильных псевдосплавов сталь–медь / М. Г. Латыпов, Е. В. Черепахин, А. А. Шацов // Перспективные материалы. – 2008. – № 2. – С. 63–68.Latypov M. G., Cherepakhin E. V., Shatsov A. A. Structure and properties of steel-copper metastable pseudo-alloys. Perspektivnye materialy, 2008, no. 2, pp. 63–68 (in Russian).Композиционные материалы в технике / Д. М. Карпинос [и др.]. – Киев: Технiка, 1985. – 152 с.Karpinos D. M., Tushinskii L. I., Sapozhnikova A. B., Grudina T. V., Vishnyakov L. R., Shafit Ya. M., Mikheev V. I. Composite Materials in Technology. Kyiv, Tekhnika Publ., 1985. 152 p. (in Russian).Семенов, А. П. Антифрикционные материалы: опыт применения и перспективы / А. П. Семенов // Трение и смазка в машинах и механизмах. – 2007. – № 12. – С. 21–36.Semenov A. P. Antifriction materials: application experience and prospects. Trenie i smazka v mashinakh i mekhanizmakh = Friction & Lubrication in Machines and Mechanisms, 2007, no. 12, pp. 21–36 (in Russian).Иванов, В. В. Получение и свойства медьсодержащих композиционных материалов электротехнического назначения: дис. ... д-ра техн. наук: 05.16.06 / В. В. Иванов. – Красноярск, 2001. – 363 с.Ivanov V. V. Obtaining and Properties of Copper-Containing Composite Materials for Electrical Purposes. Krasnoyarsk, 2001. 363 p. (in Russian).Краснобаев, А. Г. Конструирование структуры композиционных материалов на основе железа с заданными функциональными свойствами: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.01 / А. Г. Краснобаев. – Ростов н/Д, 2005. – 198 с.Krasnobaev A. G. Structural Design of Iron-Based Composite Materials with Specified Functional Properties. Rostov-on-Don, 2005. 198 p. (in Russian).Определение оптимального количества твердой смазки композиционных антифрикционных материалов / Г. Х. Карапетян [и др.] // Порошковая металлургия. – 1988. – № 6. – С. 85–88.Karapetyan G. Kh., Akopov N. L., Karapetyan F. Kh., Manukyan N. N. Determination of the optimum amount of the solid lubricant of composite antifriction materials. Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 1988, vol. 27, pp. 485–488. https://doi.org/10.1007/BF00798861Брейтуэйт, Е. Р. Твердые смазочные материалы и антифрикционные покрытия / Е. Р. Брейтуэйт. – М.: Химия, 1967. – 245 с.Braithwaite E. R. Solid Lubricants and Surfaces. Pergamon Press, 1964. VIII, 286 p. https://doi.org/10.1016/C2013-0-01729-XАнциферов, Н. Н. Конструктивная прочность концентрационно-неоднородных порошковых сталей / Н. Н. Анциферов, А. А. Масленников, В. Н. Шацов. – Пермь: Перм. гос. техн. ун-т, 1996. – 206 с.Antsiferov N. N., Maslennikov A. A., Shatsov V. N. Structural Strength of Concentration-Inhomogeneous Powder Steels. Perm, Perm State Technical University, 1996. 206 p. (in Russian).Шацов, А. А. Оптимизация состава и режима термообработки композиционного материала сталь – медь / А. А. Шацов // Изв. вузов. Цветная металлургия. – 1998. – № 5. – С. 52–56.Shatsov A. A. Optimization of the composition and mode of heat treatment of composite material steel-copper. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya = Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy, 1998, no. 5, pp. 52–56 (in Russian).Особенности текстурирования при холодной прокатке псевдосплавов / Р. В. Минакова [и др.] // Порошковая металлургия. – 2000. – № 1–2. – С. 88–96.Minakova R. V., Rachek A. P., Kryachko L. A., Kresanova A. P., Zatovsky V. G. Features of texturing during cold rolling of pseudo-alloys. Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 2000, vol. 39, no. 1–2, pp. 78–84. https://doi.org/10.1007/bf02677447Дьячкова, Л. Н. Исследование структуры и свойств инфильтрированного материала на основе железа, подвергнутого термомеханической обработке / Л. Н. Дьячкова // Материалы, технологии, инструменты. – 2007. – Т. 12, № 3. – С. 46–51.Dyachkova L. N. Investigation of the structure and properties of an infiltrated iron-based material subjected to ther- momechanical processing. Materialy, tekhnologii, instrumenty [Materials, Technologies, Tools], 2007, vol. 12, no. 3, pp. 46–51 (in Russian).Дьячкова, Л. Н. Порошковые материалы на основе железа с повышенными механическими и триботехническими свойствами / Л. Н. Дьячкова. – Минск: Беларус. навука, 2020. – 203 с.Dyachkova L. N. Powder Materials Based on Iron with Enhanced Mechanical and Tribotechnical Properties. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2020. 203 p. (in Russian).Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemicals / Patnaik Pradyot. – McGraw-Hill Education, 2003. – 1125 p.Patnaik Pradyot. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill Education, 2003. 1125 p.Дьячкова, Л. Н. Закономерности упрочнения псевдосплавов сталь – медный сплав, получаемых инфильтрацией, при горячей пластической деформации / Л. Н. Дьячкова // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2022. – Т. 67, № 2. – С. 156–166. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-2-156-166Dyachkova L. N. Peculiarities of hardening of steel – copper alloy pseudo-alloys obtained by infiltration during hot plastic deformation. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2022, vol. 67, no. 2, pp. 156–166 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-2-156-166Бернштейн, М. Л. Структура деформированных металлов / М. Л. Бернштейн. – М.: Металлургия, 1977. – 431 с.Bernshtein M. L. Structure of Deformed Metals. Moscow, Metallurgiya Publ., 1977. 431 p. (in Russian).Дьячкова, Л. Н. Влияние термической обработки на структуру и свойства псевдосплава сталь – медный сплав, получаемого инфильтрацией / Л. Н. Дьячкова // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2021. – Т. 67, № 1. – С. 27–38. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-1-27-38Dyachkova L. N. Influence of heat treatment on the structure and properties of pseudo-alloy steel – copper alloy obtained by infiltration. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2021, vol. 67, no. 1, pp. 27–38 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-1-27-38

The authors declare that there are no conflicts of interest present.