Труды КНЦ вып. 5(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 2/2021(12)

и эффективности. Одно из перспективных направлений в разработке новых конструкционных материалов — создание гетерогенных структур, представляющих собой различным образом организованные композиции из армирующих наполнителей и связующих [2]. Однако при использовании композиционных материалов (КМ) в узлах трения скольжения целенаправленному выбору состава и технологии КМ должно предшествовать исследование закономерностей трибологического поведения материалов при различных видах нагружения, позволяющее осуществить прогнозирование работоспособности узлов трения [3]. Изнашивание КМ имеет ряд особенностей. В общем случае наличие в пластичных металлических матрицах твердых дисперсных частиц повышает износостойкость сплавов. Увеличение содержания и размера армирующих частиц в КМ ведет к уменьшению в общей поверхности трения площади участков матрицы, склонной к схватыванию. Высокопрочные частицы защищают матрицу от механического уноса материала, что ведет к снижению изнашивания КМ. Гетерогенность КМ способствует расширению области существования во фрикционном контакте так называемых вторичных структур, обеспечивающих протекание процессов трения и изнашивания в широком диапазоне параметров нагружения [4]. При трибологических испытаниях поведение процесса трения зависит от нагрузки, геометрии поверхности, скорости скольжения, шероховатости трущихся поверхностей, типа материала, жесткости системы, температуры, относительной влажности, вибрация и т. д. Среди этих факторов два основных играют значительную роль — это скорость скольжения и нормальная нагрузка [5]. Цель настоящей работы — изучить поведение образцов КМ на основе сплава АОМ20-1 против контртела из стали при различных условиях нагружения, определить условия изменения режимов трения, построить тибологические карты. Исследования структуры в работе [6] показали, что метод механического замешивания дискретных реакционноактивных добавок титанового порошка позволяет его ввести, равномерно распределить и сформировать упрочняющие интерметаллидные фазы в объеме закристаллизовавшихся КМ. Взаимодействие титана с алюминием приводит к образованию интерметаллидных фаз. Наиболее термодинамически стабильной является фаза состава AbTi, служащая мощным инициатором зародышеобразования. Увеличение объема вводимого порошка титана обеспечивает увеличение количества образующихся интерметаллидов. Наряду с модифицирующим влиянием, фаза AbTi обладает повышенным уровнем твердости. Более дисперсная зеренная структура, а также образование интерметаллидов в материале обеспечило повышение твердости КМ на 20-25 % по сравнению с промышленным сплавом. Образец КМ, содержащий 3 мас. % Ti и имеющий максимальную твердость, кристаллизация которого проходила в медном тигле, имел наименьшую интенсивность изнашивания. Поэтому КМ с данным составом был выбран для испытаний с целью построения карт трения. Порошок титана размером 300-400 мкм в количестве 3 мас. % вводили в расплав АОМ20-1, нагретый до 750 °С и перемешивали в течение 10 мин при скорости вращения импеллера 100 мин-1. Далее с поверхности композиционного расплава удаляли оксидную пленку и проводили разливку расплава при температуре 700-750 °С в медные формы диаметром 28 мм и высотой 130 мм. Трибологические испытания образцов проводили в условиях сухого трения скольжения на установке CETR UMT Multi-Specimen Test System по схеме осевого нагружения: вращающаяся втулка (контртело) из стали 45Х (HRC > 63) против неподвижного диска (исследуемый образец). Размеры стальной втулки: внутренний диаметр — 12 мм, наружный — 16 мм. Размер диска образцов: диаметр — 20 мм, толщина — 12 мм. Испытания каждого образца проводили при осевых нагрузках 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3 МПа, скорость испытания составляла 0,25, 0,5, 0,75 м/с для каждого набора нагрузок. Путь трения при каждой осевой нагрузке составлял 450 м. Потерю массы Ом образцов фиксировали после каждой осевой нагрузки путем взвешивания образца на аналитических весах. Степень износа образцов при сухом трении скольжении оценивали по величине интенсивности изнашивания 1м = Вм / L, где L — путь трения. Так как схема нагружения не позволяла установить термопару на поверхность трения, измеряли температуру на контртеле, и такие изменения служили для описания процесса трения. Интенсивность изнашивания рассчитывали для каждого набора параметров скорости и нагрузки. Рис. 1 иллюстрирует изменения интенсивности изнашивания образцов в зависимости от прилагаемой нагрузки. Видно, что общая тенденция к увеличению изнашивания образцов с ростом прилагаемой нагрузки прослеживается для всего ряда выбранных нагрузок. Отметим, что при скорости 0,25 м/с значения интенсивности изнашивания увеличиваются плавно, в то время как при скорости 0,5 м/с происходит резкое увеличение изнашивания при нагрузке 3 МПа, а для скорости 0,75 м/с резкая потеря массы образца происходит при нагрузке 2 МПа. Такие изменения могут свидетельствовать о смене режимов изнашивания с «мягкого» на «жесткий». 37