Влияние режима спекания и последующего горячего доуплотнения на структуру, механические и трибологические свойства композитов (Al-9Si)-Sn

Сплавы системы Al-Si, известные как силумины, широко применяются
в различных отраслях промышленности. Хорошие литейные свойства и, в
первую очередь – высокая жидкотекучесть, являются главными
преимуществами силуминов перед другими литейными алюминиевыми
сплавами [1]. Помимо жидкотекучести, кремний также эффективно улучшает
износостойкость алюминиевых сплавов, поскольку их структура
удовлетворяет принципу Шарпи для износостойких антифрикционных
материалов. Однако использовать в узлах трения силумины можно только
при наличии большого количества смазки, поскольку кремний заметно
ухудшает теплопроводность алюминия. В результате поверхность трения
сплавов Al-Si в отсутствии жидкой смазки быстро нагревается,
деформируется, и начинает схватываться с контртелом [1,2].
Интенсивность изнашивания алюминиевой матрицы может быть
понижена, если в её состав ввести мягкий металл, включения которого могут
выдавливаться на поверхность, размазываться по ней и защищать пару
трения от изнашивания схватыванием [3]. В качестве такой добавки наиболее
часто используется олово, и сплавы Al-Sn нашли широкое применение в
качестве антифрикционных материалов в подшипниках скольжения.
Однако содержание олова в литых промышленных алюминиевых
сплавах ограничивают 20 вес.% (ГОСТ 14113-78) по причине дезинтеграции
алюминиевой матрицы оловянными прослойками и вызванным ею
снижением их несущей способности. Недавно было обнаружено [4], что
решить проблему получения алюминиевых сплавов с гораздо более высоким
содержанием олова, сохранив при этом связанность алюминиевого каркаса,
можно с помощью методов порошковой металлургии. В результате
предельная концентрация олова в спеченных композитах Al-Sn, при которой
алюминиевый каркас остается связанным, достигает 40 вес.%. [5].
В случае спекания композитов Al-Si-Sn вводить в эту смесь
непосредственно частицы кремния с целью упрочнения ими алюминиевой
матрицы нежелательно, поскольку жидкое олово будет разделять
компоненты и препятствовать их диффузионному взаимодействию. Кроме
того, кремний плохо смачивается оловом даже при температуре выше
плавления алюминия, поэтому адгезионные границы “Si-Sn” будут являться
слабыми местами в таком композиционном материале [6]. Поэтому, в
настоящей работе использовались брикеты, полученные из смеси порошков
олова с порошками сплава доэвтектического состава (Al-9Si). Кремний при
этом будет равномерно распределен непосредственно в алюминиевых частицах,
образующих в широком концентрационном интервале Sn непрерывные
цепочки, которые при спекании должны трансформироваться в прочный
связанный каркас. При этом, спеченный материал обычно содержит поры,
которые являются источниками возникновения трещин и вызывают
преждевременное его разрушение в процессе деформации. Поэтому с целью
их устранения нужно проводить последующую деформационную обработку.
Ввиду наличия большого количества частиц кремния и, как следствие,
недостаточной пластичности спеченных композитов подвергать их обработке
методами интенсивной пластической деформации нельзя. Поэтому, в
качестве деформационной обработки был выбран метод горячего
доуплотнения в исходной пресс-форме, при котором деформация образца
значительно меньше.
Таким образом, целью настоящей работы было исследование влияния
режима спекания и последующей деформационной обработки методом
горячего доуплотнения на структуру, механические и трибологические
свойства композитов (Al-9Si)-xSn.
Исходя из цели работы, были поставлены следующие задачи:
1. Определить составы смесей порошков Al-9Si с различным
содержанием Sn, а также режимы их спекания, позволяющие получать
высокоплотные композиты с устойчивой к внешним деформационным
воздействиям алюминиевой матрицей.
2. Исследовать влияние последующей деформационной обработки
методом горячего до уплотнения (ГД) на структуру и механические свойства
спеченных композитов (Al-9Si)-xSn.
3. Исследовать влияние режима спекания и последующего горячего
доуплотнения на трибологические свойства композитов (Al-9Si)-xSn
различным содержанием олова при сухом трении по стали.