Режимы изнашивания композиционных материалов на основе баббита, полученных методом горячего прессования

Исследовано влияние добавок интерметаллида Ti₂NbAl на процессы трения образцов из баббита Б83, полученных горячим прессованием. В работе использовали оптическую, электронную микроскопию и энергодисперсионный анализ. Изучали структуру, поверхность трения и продукты изнашивания. Трибологические испытания проводили на универсальной испытательной установке в условиях сухого трения скольжения по схеме осевого нагружения: стальная втулка против диска из исследуемого материала. Во время испытаний регистрировали значения температуры вблизи зоны трения. Границы применения материала зависят от режимов и механизмов изнашивания, происходящих в трибоконтакте. Изменение режимов и механизмов изнашивания оценивали по различиям в поведении коэффициента трения, температуры, разнице состояния поверхностей трения, значений интенсивности изнашивания, продуктам изнашивания. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения метода горячего прессования порошка из сплава Б83 и дискретных частиц высокопрочной интерметаллидной фазы Ti₂NbAl в целях получения композиционных материалов, обладающих лучшими трибологическими свойствами, чем сплав баббита. Введение армирующих высокомодульных частиц интерметаллидов изменяло структуру материала и влияло на процессы трения баббита, отодвигая момент смены режимов изнашивания в зону более жестких условий трения. Значительное снижение интенсивности изнашивания полученных композиционных материалов по сравнению с исходным сплавом позволяет прогнозировать увеличение ресурса работы трибоузлов. Полученные данные позволят определять и рекомендовать режимы повышения работоспособности трибоузлов из сплава Б83 как объемных вкладышей и подшипников скольжения, а так же создавать новые функционально-организованные слоистые композиции с повышенными триботехническими свойствами с основой из конструкционных сталей и рабочими поверхностными слоями не только из баббита Б83, но и из композиционных материалов на его основе.

1. Dong Q., Yin Z., Li H., et al. Simulation and experimental verification of fatigue strength evaluation of journal bearing bush / Engineering Failure Analysis. 2020. Vol. 109. 104275. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2019.104275

2. Mallick P. K. 1 — Overview / Materials, Design and Manufacturing for Lightweight Vehicles. — In Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering. 2010. P. 1 – 32. DOI: 10.1533/9781845697822.1

3. Rajak D. K., Pagar D. D., Kumar R., Pruncu C. I. Recent progress of reinforcement materials: a comprehensive overview of composite materials / Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8. N 6. P. 6354 – 6374. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.09.068

4. Gibson R. F. Principles of Composite Material Mechanics. — 4th Edition. — Boca Raton: CRC Press, 2016. — 700 p. DOI: 10.1201/b19626

5. Qin Q. H. 1 – Introduction to the composite and its toughening mechanisms / Toughening Mechanisms in Composite Materials. In Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering. 2015. P. 1 – 32. DOI: 10.1016/B978-1-78242-279-2.00001-9

6. Bykov P. A., Kalashnikov I. E., Kobeleva L. I., et al. Mapping wear modes of composite materials with intermetallic reinforcing based on antifrictional alloy of system Al – Sn – Cu / Lett. on Mater. 2021. Vol. 11. N 2. P. 181 – 186. DOI: 10.22226/2410-3535-2021-2-181-186

7. Kalashnikov I. E., Kolmakov A. G., Bolotova L. K., et al. Technological parameters of production and properties of babbit-based composite surfacing rods and deposited antifriction coatings / Inorg. Mater. Appl. Res. 2019. Vol. 10. P. 635 – 641. DOI: 10.30791/0015-3214-2018-1-33-41

8. Zeren A. Embedd ability behaviour of tin-based bearing material in dry sliding / Mater. Des. 20007. Vol. 28. N 8. P. 2344 – 2350. DOI: 10.1016/j.matdes.2006.06.020

9. Valeev I. Sh., Valeeva A. Kh., Mulyukov R. R., Khisamov R. Kh. Structure and properties of babbit Sn11Sb5,5Cu subjected to high pressure torsion / Lett. on Mater. 2016. Vol. 6. N 4. P. 347 – 349. DOI: 10.22226/2410-3535-2016-4-347-349

10. Alcover Junior P. R. C., Pukasiewicz A. G. M. Evaluation of microstructure, mechanical and tribological properties of a babbit alloy deposited by arc and flame spray processes / Tribol. Int. 2019. Vol. 131. P. 148 – 157. DOI: 10.1016/j.triboint.2018.10.027

11. Zeren A., Feyzullahoglu E., Zeren M. A study on tribological behaviour of tin-based bearing material in dry sliding / Mater. Des. 2007. Vol. 28. N 1. P. 318 – 323. DOI: 10.1016/j.matdes.2005.05.016

12. Kolmakov A. G., Kalashnikov I. E., Bolotova L. K., et al. Study of characteristics of composite materials based on B83 antifriction alloy / Inorg. Mater. 2020. Vol. 56. P. 1499 – 1505. DOI: 10.1134/S002016852015008X

13. Kobeleva L. I., Bolotova L. K., Kalashnikov I. E., et al. Effect of microcrystalline boron particles on structure and tribological properties of welded B83 babbitt layers / Inorg. Mater. Appl. Res. 2020. Vol. 11. P. 1 – 6. DOI: 10.1134/S2075113320010207

14. Abioyea T. E., Zuhailawatib H., Azlanb M. A. I., Anasyidab A. S. Effects of SiC additions on the microstructure, compressive strength and wear resistance of Sn – Sb – Cu bearing alloy formed via powder metallurgy / J. Mater. Res. Technol. 2020. Vol. 9. N 6. P. 13196 – 13205. DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.08.102

15. Barykin N. P., Fazlyakhmetov R. F., Valeeva A. Kh. Effect of the structure of babbit B83 on the intensity of wear of tribocouplings / Met. Sci. Heat. Treat. 2006. Vol. 48. P. 88 – 91. DOI: 10.1007/s11041-006-0050-x

16. Potekhin B. A., Il’yushin V. V., Khristolyubov A. S. Effect of casting methods on the structure and properties of tinbabbit / Met. Sci. Heat. Treat. 2009. Vol. 51. P. 378 – 382. DOI: 10.1007/s11041-009-9181-1

17. Dong Q., Yin Z., Li H., et al. Effects of Ag micro-addition on structure and mechanical properties of Sn-11Sb-6Cu Babbitt / Mater. Sci. Eng.: A. 2018 Vol. 722. P. 225 – 230. DOI: 10.1016/j.msea.2018.03.034

18. Bykov P. A., Kalashnikov I. E., Kobeleva L. I., et al. Wear modes in testing the antifriction layer of babbitt B83 / Lett. on Mater. 2022. Vol. 12. N 3. P. 219 – 224. DOI: 10.22226/2410-3535-2022-3-219-224

19. Rasool G., Stack M. M. Wear maps for TiC composite based coatings deposited on 303 stainless steel / Tribol. Int. 2014. Vol. 74. P. 93 – 102. DOI: 10.1016/j.triboint.2014.02.002

20. Zhang D., Ho J. K. L., Dong G., et al. Tribological properties of Tin-based Babbitt bearing alloy with polyurethane coating under dry and starved lubrication conditions / Tribol. Int. 2015. Vol. 90. P. 22 – 31. DOI: 10.1016/j.triboint.2015.03.032

21. He Y., Zhao Z., Luo T., et al. Failure analysis of journal bearing used in turboset of a power plant / Mater. Des. 2013. Vol. 52. P. 923 – 931. DOI: 10.1016/j.matdes.2013.06.027

22. Zhang D., Zhao F., Li Y., et al. Study on tribological properties of multi-layer surface texture on Babbitt alloys surface / Appl. Surf. Sci. 2016. Vol. 390. P. 540 – 549. DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.08.141

23. Du D., Zhang W., An J. Two Types of Wear Mechanisms Governing Transition between Mild and Severe Wear in Ti – 6Al – 4V Alloy during Dry Sliding at Temperatures of 20 – 250°C / Materials. 2022. Vol. 15. N 4. P. 1416 – 1437. DOI: 10.3390/ma15041416

24. Kalashnikov I. E., Bolotova L. K., Bykov P. A., et al. Tribological properties of the babbit B83 — based composite materials fabricated by powder metallurgy / Russian Metallurgy (Metally). 2016. Vol. 2016. N 7. P. 669 – 674. DOI: 10.1134/S0036029516070090

25. Cao H., Tian Y., Meng Y. A fracture-induced adhesive wear criterion and its application to the simulation of wear process of the point contacts under mixed lubrication condition / Facta Universitatis, Series: Mechanical Engineering. 2021. Vol. 19. N 1. P. 23 – 38. DOI: 10.22190/FUME210108021C

26. Liang D., Ma J., Cai Y., et al. Characterization and elevated-temperature tribological performance of AC-HVAF-sprayed Fe-based amorphous coating / Surface and Coatings Technology. 2020. Vol. 387. 125535. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.125535

27. Stachowiak G. W., Podsiadlo P. Characterization and classification of wear particles and surfaces / Wear. 2001. Vol. 249. N 1 – 2. P. 194 – 2001. DOI: 10.1016/S0043-1648(01)00562-2

28. J A. R., Kailas S. V. Evolution of wear debris morphology during dry sliding of Ti – 6Al – 4V against SS316L under ambient and vacuum conditions / Wear. 2020. Vol. 456 – 457. 203378. DOI: 10.1016/j.wear.2020.203378

29. Zhao Y. T., Wang S. Q., Yang Z. R., Wei M. X. A new delamination pattern in elevated-temperature oxidative wear / Journal of Materials Science. 2010. Vol. 45. N 1. P. 227 – 232. DOI: 10.1007/s10853-009-3923-8