Исследование качественных и количественных показателей микроструктуры бронзы БрАЖ9-4, как основных факторов, определяющих уровень механических
характеристик
Введение 5
1 Аналитический обзор 7
1.1 Алюминиевые бронзы и их характерные особенности 7
1.2 Фазовые превращения в системе Cu-Al-Fe и влияние
легирующих элементов на свойства БрАЖ9-4 8
1.3 Термическая обработка железо-алюминиевых бронз 13
1.4 Физико-химические процессы износа. Факторы, определяющие
износостойкость пар трения 18
2 Материалы и методы эксперементальных исследований 21
2.1 Постановка экспериментов 21
2.2 Стандартные методы испытаний 23
2.3 Оборудование и реактивы 24
3 Результаты испытаний 37
3.1 Химический состав и сопротивление абразивному износу 37
3.2 Механические и металлографические испытания 39
Заключение 51
Список используемой литературы 53
Изделия из бронзы БрАЖ9-4 используются в различных отраслях производства: в машиностроении, сельскохозяйственной сфере, химической и нефтегазоперерабатывающей отраслях, авиационной и
станкостроительной промышленности. Бронзовый сплав уверенно противостоит коррозии и может применяться в судостроительном производстве [6].
Бронза БрА4Ж 9 -4 в силу высокой технологичности, низкой цены и широкой доступности является одной из наиболее применяемых в промышленности Российской Федерации. Однако, как уже замечалось ранее [1,28] серьезным недостатком данной марки является нестабильность трибологических свойств обусловленная, вероятно, неудачным компонентным составом: в рамках требований ГОСТ 18175 может формироваться матрица сплава как однофазная на основе а-раствора так и двухфазная на основе смеси а+эвтектоид (из распада высокотемпературной Р-фазы).
На АО «АВТОВАЗ» из данного сплава изготавливают направляющие колодки, работающие в паре с борштангой из стали 19ХГН. При эксплуатации оборудования направляющая колодка с нитроцементованной борштангой работают практически в условиях сухого трения. Существует проблема значительной разницы в сроках службы направляющих колодок, которые могут отличаться в несколько раз. Колодки с низкой износостойкостью требуют замены до окончания установленного технологической документацией их срока службы, что повышает себестоимость изделий. В связи с чем, была поставлена задача стабилизировать структуру и повысить трибологические свойства деталей из БрА4Ж 9 -4.
Цель работы: повышение стойкости деталей технологической
оснастки, работающих в условиях сухого трения, изготовленной из сплава марки БрАЖ 9 - 4.
Перечень задач, необходимых для достижения поставленной цели:
- выявить факторы, влияющие на сопротивление абразивному изнашиванию в данных условиях;
- провести анализ литературных данных и назначить экспериментальные режимы термической обработки сплава;
- установить взаимосвязь между микроструктурой сплава БрАЖ 9 - 4 после различных режимов термической обработки и абразивной износостойкостью;
- подобрать оптимальный режим термической обработки, обеспечивающий максимальное сопротивление абразивному изнашиванию и минимум деформаций заготовок.
Как показывает анализ специальной литературы, в настоящее время нет данных о взаимосвязи между параметрами ТО, микроструктурой и характеристиками износостойкости сплава БрАЖ9-4, поэтому настоящие исследования представляют научный интерес. Повышение износостойкости изделий из БрАЖ9-4 путем термической обработки обеспечат увеличение срока службы направляющих колодок, снижение себестоимости
выпускаемой продукции, в связи с чем работа является актуальной.
Экспериментальные данные о микроструктуре и свойствах сплава БрАЖ 9-4 и их анализ позволил сделать следующие выводы:
- исследуемый сплав БрАЖ 9-4 по фактическому содержанию химических элементов аналогичен сплавам C61400 и CuAl8Fe3, что не способствует обеспечению высоких типологических характеристик и способности к упрочнению;
- наибольшей износостойкостью обладает образец после закалки с температуры 850° С с последующим отпуском при 500° С в течение 15 минут. Сопоставимые результаты имеет образец закаленный с 750° С и отпущенный при 250° С в течение 3 часов;
- повышение твердости не коррелирует с абразивной стойкостью исследуемого сплава, а значит за повышение износостойкости ответственны другие показатели;
- наибольшей износостойкостью обладают образцы, отпущенные в области а+у2 на диаграмме состояния Cu-Al, а именно 363-565 °С
Результаты работы позволили выделить 2 пути повышения износостойкости направляющих колодок:
- замена сплава БрАЖ 9-4 на бронзу с более высоким содержанием алюминия, обеспечивающим больший эффект упрочнения при термической обработке;
- термическая обработка направляющих колодок по режиму закалка с
850° С и отпуск при 500° С в течение 15мин.
Опираясь на деформационно - адгезионную теорию износа и на экспериментальный факт отсутствия строгой корреляции между твердостью и износостойкостью, можно утверждать, что абразивная стойкость исследуемого сплава зависит так же от уровня сопротивления срезу и способности сплава сопротивляться образованию адгезионных связей в паре трения.
С точки зрения микроструктуры, например, сопротивление срезу будет зависеть от прочности границ между матрицей и упрочняющими фазами, от прочности самих упрочняющих фаз, от количества, дисперсности и распределения упрочняющей фазы в матрице, от величины твердорастворного упрочнения а- раствора. Все вышеперечисленные факторы определяются степенью распада твердых растворов и перераспределением легирующих элементов между фазами при
термической обработке
В результате проведенных экспериментов найдена микроструктура сплава обладающая повышенной износостойкость по сравнению со структурным состоянием, характерным для сплава без термической обработки. Однако для лучшего понимания процессов распада и факторов, определяющих стойкость к абразивному изнашиванию необходимо определить химический состав а- раствора и промежуточных у2 и Fe3Al фаз, сделать количественный анализ износостойкой микроструктуры и возможно найти отличия в морфологии и распределении упрочняющих фаз.
Таким образом, определены и основные направления дальнейших исследований.
