АО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта», Москва, Россия:

А. Е. Миронов, ведущий специалист
И. С. Гершман, главный специалист, эл. почта: isgershman@gmail.com
Е. И. Гершман, начальник отдела, эл. почта: gershmanei@gmail.com

Проведен анализ микроструктуры и прочности экспериментальных литых сплавов системы Al – Sn – Pb – Cu – Si – Zn – Mg в термообработанном состоянии. Показано влияние основных легирующих элементов (Sn, Pb, Mg, Zn, Cu, Si) и примеси Fe на прочность сплавов. Механические и триботехнические свойства алюминиевых сплавов даны в сравнении со свойствами антифрикционной бронзы марки БрО4Ц4С17. Показано, что по прочности пять из восьми экспериментальных сплавов превосходят бронзу. Значения ударной вязкости для четырех сплавов из восьми выше, чем у бронзы. Экспериментальные сплавы заметно превосходят бронзу по задиростойкости, прирабатываемости и значительно меньше изнашивают стальное контртело. Это достигается комплексным легированием алюминиевой матрицы, включением мягкой структурной составляющей на основе олова и свинца, образованием твердых включений на основе меди и алюминия (θ-фаза), образованием значительного количества мелких твердых включений на основе кремния, железа и титана. Отмечено образование многокомпонентных эвтектик в междоузлиях алюминиевых зерен. Олово имеет разные тенденции влияния на свойства низко- и среднеоловянных сплавов. Отмечена общая тенденция повышения прочности с увеличением концентрации олова в сплавах, особенно у среднеоловянных сплавов. Цинк повышает прочность интенсивнее олова. Магний показал тенденцию к уменьшению прочности с увеличением его содержания. Для остальных легирующих элементов не выявлено заметного влияния на прочность сплавов. Разницу между низко- и среднеоловянными сплавами авторы связывают с содержанием не олова, а магния. Легирующие элементы проявляют синергетическое воздействие на свойства сплавов, в том числе на прочность. Показана возможность замены данной бронзы на экспериментальные сплавы при изготовлении монометаллических подшипников скольжения. При этом необходимо учитывать общую прочность конструкции подшипника. Однако не следует ориентироваться на высокую твердость антифрикционных сплавов, которые с повышением твердости могут привести к катастрофическому износу стального контртела.

Работа выполнена при поддержке грантов Российского научного фонда № 14-19-01033п (свойства алюминиевых сплавов), 15-19-00217 (свойства бронзы и влияние меди).

1. Mittal R., Tomar A., Singh D. Wear Behavior of Disk Shape Spray Formed Al – Si – Pb Alloys // Journal of Materials Engineering and Performance. 2014. No. 3. DOI: 10.1007/s11665-013-0802-x
2. Lu Z. C., Gao Y., Zeng M. Q., Zhu M. Improving wear performance of dual-scale Al – Sn alloys. The role of Mg addition in enhancing Sn distribution and tribolayer stability // Wear. 2014. Vol. 309. P. 216–225.
3. Kaban I., Kohler M., Latke L., Hoyer W., Mattern N., Eckert I., Greer A. L. Interfacial tension, wetting and nucleation in Al – Pb monotectic alloys // Acta Materia. 2011. Vol. 59. P. 6880–6889.
4. Ling-Yong C., Yuan-Hua C., Hua C., Ji-Shan Zh. Effect of zinc supplementation in the Al – Mg – Si – Cu alloys on their microstructure and technical properties // Beijing Keji daxe xuebao. J. Iniv. Sei. and Technal. — Beijing. 2013. Vol. 35, No. 8. P. 1040–1045.
5. Белов Н. А., Столярова О. О., Яковлева А. О. Влияние свинца на структуру и фазовый состав литейного сплава Al – 5 % Si – 4 % Cu // Металлы. 2016. № 2. С. 35–43.
6. Сачек Б. Я., Мезрин А. М., Муравьева Т. И., Столярова О. О., Загорский Д. Л., Белов Н. А. Исследование трибологических свойств антифрикционных алюминиевых сплавов с использованием метода склерометрии // Трение и износ. 2015. Т. 36. № 2. С.137–146.
7. Миронов А. Е., Гершман И. С., Котова Е. Г., Овечкин А. В., Железнов М. М. Свойства новых литейных алюминиевых антифрикционных сплавов // Вестник машиностроения. 2016. № 10. С. 64–66.
8. Миронов А. Е., Гершман И. С., Гершман Е. И., Железнов М. М. Взаимосвязь триботехнических свойств алюмининиевых сплавов с их химическим составом // Трение и износ. 2017. Т. 38, № 2. С. 67–72.
9. Shu Ch., Jinzhou Zh. Effect of tin on the crystallization of monotectic alloy Al – Pb. Jinshu хuebao. Acta met. sin. 2014. Vol. 50, No. 5. P. 561–566.
10. Пат. 2284364 РФ. Антифрикционный сплав и способ изготовления биметаллической заготовки для подшипников из этого сплава / Плужников Ю. В., Колмаков А. В. и др.; заявл. 03.06.2004 ; опубл. 27.09.2006.
11. Пат. 2610578 РФ. Высокопрочный сплав на основе алю миния / Манн В. Х., Алабин А. Н., Фролов А. В., Гусев А. О., Крохин А. Ю., Белов Н. А.; заявл. 29.09.2015; опубл. 13.02.2017.
12. Миронов А. Е., Гершман И. С., Котова Е. Г., Гершман Е. И. Оптимизация режимов термической обработки опытных алюминиевых антифрикционных сплавов // Цветные металлы. 2016. № 12. С. 84–89.