Структура антифрикционных бронз, армированных стальными дендритами (композитные бронзы) формируется в процессе охлаждения соответствующего расплава и определяется растворимостью легирующих элементов Ni, Co, Cr, Fe, Si в Cu-матрице бронзы и в стальных дендритах, выполняющих функцию опорной поверхности при трении со смазкой.
Характерная структура композитной бронзы БрЖНА 12-7-1 (рис.), в которой регулярная сетка дендритов – сталь мартенситного класса Н24Ю1.
В данном случае стальные дендриты выполняют функцию опорной поверхности при трении по аналогии с хрупкими интерметаллидами типа Cu3Sn в широко применяемой бронзе БрО10.
Композитные бронзы могут быть армированы дендритами из сталей разных классов:
1. В бронзе БрЖНА 12-7-1 дендриты представляют собой мартенситно-стареющую сталь Н24Ю1, износостойкость 0,024 мкм/км, у бронзы БрО10 – 0,025 мкм/км;
2. Дендриты в бронзе БрЖНКА 23-8-3-1 представляют собой мартенситно-стареющую сталь Н16К9Ю1, которая упрочняется дисперсионным твердением до 500 HV, износостойкость – 0,013 мкм/км;
3.Особо высокой износостойкостью обладают бронзы, армированные дендритами из нержавеющих сталей, например, в бронзе БрЖНХК 12-7-5-1 дендриты представляют собой нержавеющую сталь Х17Н17С3, всегда покрытые твердой (≥ 700 HV) оксидной нанопленкой типа (Fe,Cr)2O3 самовосстанавливающейся в процессе трения. Износостойкость – 0,006 мкм/км;
4. Механические свойства композитных бронз существенно выше, чем бронзы БрО10;
5. Диспергирование структуры композитных бронз путем ускоренного охлаждения при кристаллизации (наплавка, плазменное напыление) повышает дисперсность дендритов на порядок, а износостойкость такой бронзы очень высока – 0,001 мкм/км.
1. Потехин Б.А., Илюшин В.В., Христолюбов А.С., Жиляков А.Ю. Формирования структуры композитных бронз, армированных стальными дендритами // Физика металлов и металловедение. – 2014. – Том 115. – № 4. – С. 442-448.
Аннотация
На основе изучения экспериментальных сплавов типа БрЖНКА 9-4-1-1 показана возможность создания бронз, как сплавов скольжения, в которых вместо хрупких интерметаллидов получены стальные дендритоподобные включения, представляющие собой сталь Н12К7Ю, например.
В этих сплавах рассмотрено явление перераспределения легирующих элементов (Ni, Co, Al) между матрицей и дендритами в процессе термических обработок. Установлено явление роста этих дендритов в твердом состоянии вследствие направленной диффузии Fe, Ni, Co из медной матрицы к дендритам, что формирует вокруг них “оболочку”, представляющую собой твердый раствор замещения Cu, Ni, Co в железе состава Fe6Cu3Ni2Co, например.
Механические, трибологические и технологические свойства таких бронз, например БрЖНКА 9-4-1-1, в целом выше, чем у известных бронз скольжения БрО10 или БрАЖН 10-4-4.
2. Потехин Б.А., Христолюбов А.С., Жиляков А.Ю. Создание композитных бронз, армированных стальными дендритами // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2018. –Т.4. – С. 68-76.
Аннотация
Исследована группа композитных бронз, БрЖНКА 9-4-1-1, БрЖНА 12-7-1 и др. в которых хрупкие интерметаллиды типа Cu3Sn заменены на стальные дендриты. Изучен массоперенос Fe, Ni, Co, Al между матрицей и дендритами в этих бронзах. Дисперсность дендритов в зависимости от способов производства данных бронз может быть повышена в 10 раз, например, при вакуумном способе литья.
Механические свойства у БрЖНКА 9-4-1-1 (σв = 372 МПа, δ = 25 %,
ψ = 42 %) выше, чем у прототипа БрО10 на 50 % - σв и в 4-5 раз по пластичности δ и ψ. Коэффициент трения ниже, чем у БрО10 на 20-30 %, а износостойкость выше на порядок (БрЖНКА 23-8-3-1).
Установлен факт существенного влияния дисперсности дендритной компоненты на интенсивность изнашивания бронзы БрЖНА 12-7-1. Так при поперечном сечении дендритов 1 мкм интенсивность изнашивания (I, мкм/км) на порядок ниже, чем у той же бронзы с сечением дендритов 10 мкм и составляет 0,002 и 0,025, соответственно, а коэффициент трения при этом не зависит от дисперсности дендритов.
Весь комплекс механических, технологических и служебных свойств позволяет считать обоснованным и перспективным полупромышленное апробирование для узлов трения-скольжения этого нового класса композитных бронз типа БрЖНКА 18-8-2-1, армированных дендритами из мартенситно-стареющей стали Н12К7Ю.
3. Потехин Б.А. Новые композитные антифрикционные бронзы: состав, структура, свойства (обзор). Металловедение и термическая обработка металлов. – 2022. – № 8.
Аннотация
В данном обзоре концентрировано изложены исследования новых композитных антифрикционных бронз, армированных дендритами, представляющие собой стали разных классов: мартенситно-стареющие, аустенитные, нержавеющие, определены их механические свойства в зависимости от легирования, термической обработки, при этом, например, установлен эффект высокой растворимости меди в железе (≥ 20 %).
Износостойкость бронзы БрЖНХК 12-7-5-1 в условиях трения-скольжения, например, выше, чем у классической бронзы БрО10 в 5, а после её диспергирования – в 10 и более раз.