Разработка новых жаропрочных поршневых материалов на основе алюминиевых промышленных сплавов, армированных фазой карбида титана в комплексе с термической обработкой

Full Text

Обоснование. Областью проводимых исследований является возможность применения алюминиевых сплавов в условиях повышенных нагрузок при температурах порядка 150–250 ℃. При высокой температуре жаропрочный сплав должен выдерживать определенные пределы прочности или пределы текучести. Большой интерес представляют сплавы системы Al-Cu и Al-Si. Также в условиях работы повышенных нагрузок при трении возникает нагрев деталей, тогда важно оценить свойства материала именно при температуре не ниже саморазогрева. Обширную область среди исследований в области пар трения занимают алюмоматричные композиционные материалы (АМКМ), дисперсно-армированные керамической фазой. Так как сплавы системы Al-Cu, например АМ4,5Кд, и некоторые специальные силумины, например АК10М2Н, относят к группе термически упрочняемых, то актуальным вопросом является не только возможность улучшения свойств матричных сплавов путем армирования, но и улучшение полученных на основе этих сплавов композитов путем проведения термической обработки. Именно поэтому в данной работе произведена оценка эксплуатационных свойств АМКМ АМ4,5Кд-10 %TiC и АК10М2Н-10 %TiC.

Цель — исследовать влияние армирования высокодисперсной фазой карбида титана, синтезированной методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в расплаве, и последующей термической обработки на эксплуатационные свойства промышленных жаропрочных алюминиевых сплавов.

Методы. Экспериментальные образцы АМКМ составов АМ4,5Кд-10%TiC и АК10М2Н-10%TiC получены методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в расплаве. Для определения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) использовался метод, основанный на измерении удлинения цилиндрических стержней с длиной l = 60 мм и диаметром d = 7 мм при нагревании. Измерение ТКЛР осуществлялось на механическом дилатометре с нагревом до 300 ℃. Оценка твердости производилась в соответствии с ГОСТ 9012-59 по методу Бринелля на твердомере марки ЗИП ТК-2М: установленная нагрузка 100 кгс, диаметр шарика 2,5 мм, время нагружения 20 с. Испытания на определение жаропрочности проводились на термообработанных образцах в условиях одноосного сжатия при температурах 150 и 250 ℃ на универсальной машине Instron 8802 с термокамерой 3119–405, при этом термопара устанавливалась непосредственно на образец. Триботехнические испытания производились на трибометре «Универсал-1Б» при реализации трения скольжения по схеме: «кольцо (контртело) — плоскость (образец). Материал контртела — сталь 40Х (закалка, отпуск, НВ = 420). Частота вращения — 600 мин^–1. Нагрузка на образец составляла 400 Н. В качестве смазочной среды использовали трансмиссионное масло с группой эксплуатационных свойств GL-5, имеющее в составе качественные антизадирные присадки. После проведения испытания при помощи микрометра оценивалась величина износа.

Результаты. Основные результаты испытаний приведены в табл. 1.

Выводы. Исследования влияния армирования высокодисперсной фазой карбида титана, синтезированной методом СВС в расплаве, и термической обработки на эксплуатационные свойства промышленных алюминиевых сплавов АМ4,5Кд И АК10М2Н показало увеличение твердости (до 27 %) и жаропрочности при Т = 150 ℃ (до 7 %), при сохранении уровня жаропрочности при Т = 250 ℃ и ТКЛР (вплоть до 300 ℃), а также значительное снижение скорости износа (до 29 раз) и коэффициента трения (до 4 раз). Следует отметить, что температура саморазогрева не превышает температур проведения испытаний в условиях сжимающих нагрузок. Таким образом, можно сделать вывод, что удалось получить новые АМКМ, соответствующие современным требованиям к жаропрочным алюминиевым поршневым сплавам, что позволяет применять данные материалы в условиях повышенных нагрузок и/или повышенных температур.

Таблица 1. Механические и трибологические свойства синтезированных образцов

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования в рамках государственного задания (тема № АААА-А12-2110800012-0).

About the authors

Author for correspondence.
Email: yulya.makhonina.97@inbox.ru

аспирант

References

Supplementary files