Влияние термомеханической обработки на структуру,rnмеханические и трибологические свойства композитов Al-Si-Sn

Исследование влияния режима спекания порошковых прессовок, а также последующей их деформационной обработки методом горячего доуплотнения и равноканального углового прессования (РКУП) на результирующую структуру, механические и трибологические свойства композитов (Al-Si)-40Sn.

Введение………………………………………………………………………………8
1 Обзор литературы…………………………………………………………………11
1.1 Антифрикционные материалы ………………………………………….11

1.2 Методы порошковой металлургии…………………………..………….17

1.3 Методы деформационной обработки ……………………………………22

2 Используемые материалы и методы их исследования………………………….32

2.1 Исходные материалы, методы изготовления образцов

и измерения их механических свойств……………………………………………32

2.2 Исследование структуры композитов (Al-Si)-Sn……………………….38

2.3 Трибологические испытания композитов (Al-Si)-Sn…………………..40

3 Результаты работы………………………………………………………………..43

3.1 Влияние состава порошковой смеси и режима ее спекания на структуру,
механические и трибологические свойства композитов (Al-Si)-
40Sn……………………………………………………………………………….….43

3.2 Влияние деформационной обработки на структуру, механические и
трибологические свойства спеченных композитов (Al-Si)-40Sn ……………….56

4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение…….65

4.1 Предпроектный анализ. Потенциальные потребители результатов
исследования………………………………………………………………………..66

4.2 SWOT-анализ…………………………………………………………….70

4.3 Инициация проекта……………………………………………………….72

4.4 Планирование управления научно-техническим проектом………..….75

5 Социальная ответственность…………………………………………………….80

5.1 Введение…………………………………………………………………..82
5.2 Техногенная безопасность………………………………………………82

5.2.1 Анализ вредных факторов производственной среды………….82

5.2.2 Анализ опасных факторов производственной среды………….92

5.2.3 Региональная безопасность……………………………………..95

5.2.4 Организационные мероприятия обеспечения безопасности…96

5.2.5 Особенности законодательного регулирования проектных
решений……………………………………………………………………………..98

5.2.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях……………………..99

Заключение…………………………………………………………………………100

Список публикаций студента……………………………………………………..101

Список использованных источников…………………………………………….102

Приложение А……………………………………………………………………..108

1. Жидкофазное спекание прессовок из смеси порошков сплавов (Al-Si) и 40
масс. % олова приводит к существенному повышению пластичности
образцов, но не позволяет значительно снизить их пористость. В
результате, механические свойства и износостойкость при сухом трении
композитов (Al-Si)-40Sn уступали значениям плотного (менее 1 % пор)
спечённого прототипа Al-40Sn, несмотря на его менее прочную и твёрдую
матрицу.

2. Доуплотнение при повышенной температуре спеченных композитов (Al-
Si)-40Sn в закрытой пресс-форме приводит к значительному снижению их
пористости и повышению прочности при испытании на сжатие.

3. С увеличением содержания кремния прочность подвергнутых горячему
доуплотнению композитов (Al-Si)-40Sn увеличивается, а пластичность
снижается.

4. Интенсивность изнашивания спеченных композитов (Al-Si)-40Sn при
сухом трении по стали значительно снижается, если их предварительно
подвергнуть горячему доуплотнению. С увеличением содержания в
образцах кремния до 12 % их износостойкость возрастает и превышает ее
значения, полученные в случае двухфазного композита Al-40Sn.

5. Спеченные композиты (Al-12Si)-40Sn и (Al-23Si)-40Sn разрушаются при
их интенсивной пластической деформации методом равноканального
прессования ввиду низкой пластичности. В то время как в результате такой
обработки прочность и износостойкость при сухом трении по стали
образца (Al-0,5Si)-40Sn значительно возрастают и превышают значения,
полученные в случае материала, подвергнутого горячему доуплотнению.
Список публикаций студента

1. Русин, Н. М., Скоренцев А. Л., Караваев, В. Е./ Структура и
механические свойства спеченного композита (Al-12Si)-Sn после горячей
допрессовки // Цветные металлы и минералы – 2017 [Электронный ресурс] :
Сборник докладов Девятого международного конгресса (Красноярск, 11-15
сентября, 2017). – Красноярск: Научно-инновационный центр, 2017 – [С. 506-
511.]

2. Караваев, В. Е., Скоренцев А. Л., Русин, Н. М., Коростелева Е. Н./
Структура и свойства спеченных композитов Al-Si-Sn // Современные
технологии и материалы новых поколений: сборник трудов Международной
конференции с элементами научной школы для молодежи, г. Томск, 9-13
октября 2017 г. — Томск: Изд-во ТПУ, 2017. — [С. 180-181.]

1. Буше Н.А. и др. Подшипники из алюминиевых сплавов. – М.:
Транспорт, 1974. – 256 с.
2. Русин Н.М., Скоренцев А.Л. Способ получения износостойкого
антифрикционного сплава // Патент RU 2552208. – опубл. 10.06.2015.
3. Liu X., Zeng M.Q., Ma Y., Zhu M. Wear behavior of Al-Sn alloys with
different distribution of Sn dispersoids manipulated by mechanical
alloying, Wear, 2008, 265, 1857-1863.
4. Noskova N.I., Korshunov A.G., Korznikov A.V. Microstructure and
tribological properties of Al-Sn, Al-Sn-Pb, and Sn-Sb-Cu alloys subjected
to severe plastic deformation, Metal science and heat treatment, 2008,
50(11-12), 593-599.
5. YuanG.-C., ZhangX.-M., LouY.-X., LiZ.-J. Tribological characteristics of
new series of Al-Sn-Si alloys // Transactions of Nonferrous Metals Society
of China. – 2003. – Vol. 13. –№ 4. – P. 774–780.
6. Dayanand M. Goudar K. Raju S. N. Ojha. Investigation on the Wear
Behavior of Spray Formed Al–35Si–4Fe Alloy// Transactions of the Indian
Institute of Metals. – 2015. – 68(6). – P. 1001–1005.
7. Dayanand M. Goudar, V. C. Srivastava, G. B. Rudrakshi, K. Raju, S. N.
Ojha. Effect of Tin on the Wear Properties of Spray Formed Al–17Si
Alloy// Transactions of the Indian Institute of Metals. – 2015. –
68(Suppl 1):S3–S7
8. M. Chena, T. Perry, A.T. Alpas. Ultra-mild wear in eutectic Al–Si alloys
// ScienceDirect. – Wear 263 (2007) 552–561
9. Беркович И.И., Громаковский Д.Г. Трибология. Физические основы,
механика и технические приложения: Учебник для вузов / Под ред.
Д.Г. Громаковского, Самар. гос. техн. ун-т. – Самара, 2000. – 268 с.
10. Зозуля В.Д. Эксплуатационные свойства порошковых подшипников.
– Киев: Наук. думка, 1989. – 288 с.
11. Тавров В.И. К обоснованию выбора материала для подшипника
скольжения.Факторы,определяющиевыборматериала//
Электронный научно – технический журнал Инженерный вестник. –
2012. – № 12. – 77-48211/513921.
12. Kryachek V.M. Sintered metals and alloys friction Composites:
Traditions and New Solutions (review). II. Composite materials // Powder
metallurgy and Metal Ceramics. – 2005. – Vol. 44. – Nos. 1-2. – P. 5-15.
13. Marrocco T., Driver L.C., Harris S.J., and McCartney D.G.
Microstructure and Properties of Thermally Sprayed Al-Sn-Based Alloys
for Plain Bearing Applications // Journal of Thermal Spray Technology. –
2006. – Vol. 15(4). – P. 634-639.
14. Арзамасов Б.Н., Макарова В.И., Мухин Г.Г. и др. Материаловедение:
Учебник для вузов / Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. 5-е
изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 648 с.
15. Лахтин Ю.М. Материаловедение и термическая обработка металлов.
Учебник для вузов / 3-е изд. – М.: «Металлургия », 1983. – 360 с.
16. СкоренцевА.Л.Разработкаиисследованиеструктуры,
механических и трибологических свойств спеченных и подвергнутых
равноканальному угловому прессованию композитов Al-Sn //
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических
наук. – Томск – 2016. – 155 с.
17. Федорченко И.М., Баранов Н.Т., Агеева В.С. и др. Триботехнические
характеристики порошковых композиционных материалов на основе
меди при высокоскоростном трении // Порошковая металлургия. –
1986. – № 7. – С. 52-56
18. Мартюшев Н.В. Влияние морфологии включений легкоплавкой
фазы на триботехнические свойства бронз // Приволжский научный
вестник. – 2011. – № 2. – C. 8-11.
19. Полухин М.С., Камынин В.В. Влияние структурных факторов на
триботехнические свойства антифрикционных чугунов // Вестник
Воронежского государственного технического университета. – 2011.
– Т. 7. – С. 43-47.
20. И.И.Беркович, Д.Г.Громаковский. Трибология физические основы,
механика и технические приложения: Учебник для вузов/ Изд-во
СамГТУ – Самара, 2000. 268 с.
21. Osorio W.R, Spinelli J.E., Cheung N., Garcia A. Secondary dendrite arm
spacing and solute redistribution effects on the corrosion resistance of Al–
10 wt% Sn and Al–20 wt% Zn alloys // Mater. Sci. Eng. A. – 2006. – Vol.
420. – P. 179-186.
22. Savaskan T., Bican O. Dry Sliding Friction and Wear Properties of Al–
25Zn–3Cu–(0-5)Si alloys in the As-Cast and Heat-Treated Conditions //
Tribol. Lett. – 2010. – Vol. 40. – № 3. – P. 327-336.
23. Kurbatkin I.I., Belov N.A., Ozerskiy O.N., Muravyeva T.I., Stolyarova
O.O., and Alabin A.N. Tribological and Structural Study of New
Aluminum-Based Antifriction Materials // Journal of Friction and Wear. –
2014. – Vol. 35. – № 2. – P. 93-97.
24. Pathak J.P. and Mohan S. Tribological behavior of conventional Al-Sn
and equivalent Al-Pb alloys under lubrication // Bull. Mater. Sci. – 2003.
– Vol. 26. – № 3. – P. 315-320
25. Rashmi Mittal, Aruna Tomar, and Devendra Singh. Wear Behavior of
Disk Shape Spray Formed Al-Si-Pb Alloys // Journal of Materials
Engineering and Performance. – 2013. – Vol. 23. – Issue 3. – P. 975-981
26. Avraamov Yu.S., Kravchenkova I.A., Kravchenkov A.N., Korolev S.Yu.,
Novoselov R.A., Shlyapin A.D. Method of Obtaining Antifriction Al-Zn-
Sn Alloy // Mechanical Industry and Engineering Education. – 2012. – №
1. – P. 7-10.
27. Буше Н.А., Миронов А.Е., Маркова Т.Ф. Новый алюминиевый сплав,
заменяющий традиционные материалы // Железные дороги мира. –
2003. – № 11. – С. 44-47.
28. Дюжечкин М.К. Горячедеформированные порошковые материалы
системы Al-Si И Al-Si-C для гильз цилиндров ДВС // Диссертация на
соисканиеученойстепеникандидататехническихнаук.–
Новочеркасск – 2014. – 139 с.
29. В.Г. Гопиенко, М.Е. Смагоринский, А.А. Григорьев, А.Д. Беллавин/
Спеченные материалы из алюминиевых порошков: М.: Металлургия,
1993. – 320 с.
30. В.Н. Анциферов, Г.Б. Бобров, Л.К. Дружинин и др. Порошковая
металлургия и напыленные покрытия. Учебник для вузов. М.:
Металлургия, 1987, 792 с.
31. СавицкийА.П.Жидкофазноеспеканиесистемс
взаимодействующими компонентами. – Новосибирск: Наука. Сиб.
отд-ние, 1991. – 184 с.
32. Гурских А.В. Разработка спеченных Ti-Cu, Ti-Si катодов для ионно-
плазменного нанесения наноструктурных нитридных покрытий //
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических
наук. – Томск – 2012. – 150 с.
33. ФедорченкоИ.М.,АндриевскийР.А.Основыпорошковой
металлургии. – Киев: Изд-во Академии наук Украинской ССР, 1963.
– 420 c.
34. Xu K., Wongpreedee K., Russell A.M. Microstructure and strength of a
deformation processed Al-20%Sn in situ composite // Journal of materials
science. – 2002. – Vol. 37. – P. 5209-5214.
35. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы,
полученные интенсивной пластической деформацией. – М.: Логос,
2000. – 272 c.
36. Сегал В.М., Резников В.И., Копылов В.И. и др. Процессы
пластического структурообразования металлов. – Мн.: Наука и
техника, 1994. – 232 с.
37. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. – М.:
Металлургия, 1986. – 688 с.
38. Hernandes O., Gonzalez G. Microstructural and mechanical behavior of
highly deformed Al-Sn alloys // Materials characterization. – 2008. – Vol.
59. – P. 534-541.
39. Я. Е. Бейгельзимер, В. Н. Варюхин, В. Г.Сынков, С. Г. Сынков.
Интенсивныепластическиедеформацииматериаловпри
гидропрессовании с кручением // ФТВД. – 1998. – Т. 85. – С. 161-17757.
40. Кайбышев О.А., Утяшев Ф.З. Сверхпластичность, измельчение
структуры и обработка труднодеформируемых сплавов. – М.: Наука,
2002. – 438 с.
41. Segal. V.M. Equal channel angular extrusion: from macromechanics to
structure formation // Mater. Sci. Eng. – 1999. – Vol. 271A. – P. 322-333.
42. РусинН.М.,ВишняковК.В.Особенностираспределения
деформации в образцах при равноканальной угловой экструзии //
Доклады V Всерос. конф. (школы) молодых ученых, 18-22 августа
2003. – Томск. – С. 97-98.
43. Русин Н.М. Исследование особенностей пластического течения на
макроскопическом уровне в порошковых телах при равноканальном
угловом прессовании // Перспективные материалы. – 2007. – № 4. –
С. 83-91.
44. Русин Н.М. Влияние маршрутов РКУП на особенности «концевого
эффекта» // Физика металлов и металловедение. – 2006. – Т. 102. – №
2. – C. 242-249.
45. РусинН.М.Устройстводляинтенсивнойдеформационной
проработки пластичных материалов // Патент №70846, В30В 15/02. –
опубл. 20.02. 2008.
46. Лякишева Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических
систем. – Машиностроение, 2000 г.
47. Русин, Н. М., Скоренцев А. Л., Караваев, В. Е./ Структура и
механические свойства спеченного композита (Al-12Si)-Sn после
горячей допрессовки // Цветные металлы и минералы – 2017
[Электронный ресурс] : Сборник докладов Девятого международного
конгресса (Красноярск, 11-15 сентября, 2017). – Красноярск: Научно-
инновационный центр, 2017 – [С. 506-511.]
48. Караваев, В. Е., Скоренцев А. Л., Русин, Н. М., Коростелева Е. Н./
СтруктураисвойстваспеченныхкомпозитовAl-Si-Sn//
Современные технологии и материалы новых поколений: сборник
трудов Международной конференции с элементами научной школы
для молодежи, г. Томск, 9-13 октября 2017 г. — Томск: Изд-во ТПУ,
2017. — [С. 180-181.]
49. Rusin N.M., Skorentsev A.L. Improving the Tribological Properties of
Self-lubricating Al-Sn Alloys by their Severe Plastic Processing. Applied
Mechanics and Materials, 2013, Vol. 379, pp. 110-114
50. Промышленные алюминиевые сплавы: Справ. изд / Алиева С.Г.,
Альтман М.Б., Амбарцумян С.М. и др. – М.: Металлургия, 1984. –
528с.
51. Безопасность жизнедеятельности. /Под ред. Н.А. Белова – М.:
Знание, 2000 – 364с.