Косинская А.В., Затуловский А.С., Костенко А.Д., Набока Е.А.

(ФТИМС, г. Киев)

СТРУКТУРА БИНАРНЫХ СПЛАВОВ Al-Cr И ИХ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ

Передовые промышленноразвитые страны мира в настоящее время сконцентрировали свои усилия в направлении синтеза алюмоматричных композиционных материалов. Роль армирующего элемента в ряде таких композитов играют выделяющиеся интерметаллиды. Формирование их происходит в результате реакций между металлическим расплавом основы и реакционноактивными добавками металлов. К реакционноактивным добавкам относится хром. Характер его взаимодействия с алюминием такой, что уже при наличии в бинарном сплаве в количестве не намного превышающем предельную растворимость, появляются первичные кристаллы интерметаллида CrAl₇. Бинарные сплавы на основе алюминия, легированные хромом, были выбраны в качестве объектов настоящих исследований.

Компонентами при плавлении служили алюминий технической чистоты (A6) и сплавленная лигатура с 4,2-4,8 мас.% Cr. Сплавы готовили в печи электросопротивления. После расплавления и достижения температуры 860^о С, расплав выдерживали 10-20 мин, а затем заливали в графитовые формы, которые остывали на воздухе.

Были выплавлены и исследованы сплавы, содержащие (масс. %Cr): №1- 0,11-0,2; №2- 1,65-1,83; №3- 3,46-3,6.

Проведенные исследования позволили установить, что в зависимости от количества вводимой добавки к алюминию, изменяется структура сплавов и форма образующихся включений интерметаллидов. Это оказывает влияние на изнашиваемость материалов. В зависимости от содержания хрома в сплаве это влияние различно. Характерным для сплавов состава №1 является образование точечных и мелкоигольчатых (размером 1-2 мкм) кристаллов CrAl₇ по границам и внутри дендритов α-фазы, что определяет показатели ее микротвердости. При испытаниях, проведенных при скорости (v) 0,5м/с образцы имели наибольшие показатели износа – 83мкм/км. Микротвердость α-фазы такого сплава составляет 21,2 кг/мм². По мере увеличения процента вводимого хрома, количество образующихся включений интерметаллидов возрастает. Повышается микротвердость α-фазы и снижаются показатели интенсивности изнашивания (I). Например: Н_µ α(Al) = 33,7кг/мм², I = 57 мкм/км; Н_µ α(Al) = 41,4 кг/мм², I = 48 мкм/км. При повышении скорости скольжения до 1м/с образцы теряют форму. Наблюдается перекос и схватывание их с контртелом.

В образцах состава №2 на фоне α-фазы, имеющей Н_µ =15-16 кг/мм², формируются отдельные круглые (от 50 до 1000 мкм) хаотично расположенные кристаллы интерметаллида. Материалы такого строения характеризуются высоким износом, а образцы при трении схватываются с контртелом.

Наилучшие показатели износа были получены при испытаниях сплава состава №3. Образцы, содержащие 3,4-3,6 мас.% Cr структурно представляют собой классический композит, в котором, на фоне α-фазы (Н_µ = 18,7 кг/мм²) микрокристаллического строения присутствуют скелетные кристаллы алюминида хрома, размером 20-100 мкм. количество их достигает 5-7%. Располагаются они компактно. По данным микрорентгеноспектрального анализа, они содержат до 18,67 мас.% хрома и имеют высокую микротвердость 91-92 кг/мм². Износостойкость такого сплава при скорости 1м/с составляет 35 мкм/км, а при повышении скорости скольжения до 2 м/с величина износа составила 63мкм/с при коэффициенте трения 0,36.

Таким образом, установленные особенности и проведенные испытания подтвердили важную роль макрогетерогенной структуры материала, определяющей показатели его стойкости в условиях трения-изнашивания. Метод реакционного синтеза может быть эффективным инструментом при формировании необходимых свойств литых композиционных сплавов на алюминиевой основе.