Биметаллы системы сталь + цветной сплав применяют в различных областях промышленности, в т.ч. в качестве подшипников скольжения [1–4]. Основной слой обычно состоит из стали, придающей подшипнику достаточную механическую прочность, а плакирующий слой из антифрикционного материала, например медных сплавов (бронз, латуней, баббитов). Изучали влияние строения, биметалла и режимов  трения скольжения на характер и интенсивность изнашивания слоистых биметаллических заготовок сталь +композит( ЛКМ); сталь + медный сплав.

В качестве материала для плакирующего слоя выбраны  антифрикционные литые композиционные материалы (ЛКМ) [5,6], состоящие из пластичной матрицы (медный сплав), армированной твердыми высокомодульными стальными гранулами (стальная дробь). Эти материалы сконструированы согласно правилу Шарпи и представляют собой пропитанную медным сплавом пористую насадку из твердых стальных гранул. Наша разработка позволяет получить двойной эффект: за счет использования в качестве плакирующего слоя вместо цветного моносплава экономно легированного износостойкого ЛКМ сталь + медь (до 73% стальных гранул) + преимущества биметалла, в котором плакирующий слой обычно составляет до ¼ общей толщины + существенное улучшение триботехнических и прочностных свойств нового материала. Исследовали образцы как в литом состоянии, так и в термообработанном. Термообработка проводилась с целью  управления соотношения микротвердости армирующих гранул и матрицы плакирующего слоя. Оптимально  Нμарм\ Нμматр должно быть в пределах 2,7-3 [5]. В литом состоянии микротвердость ферритно-перлитной  структуры  армирующих гранул  Нμ_арм=240 кг/мм², после закалки и высокого отпуска структура гранул представляет собой сорбит с микротвердостью Нμ_арм=400 кг/мм² . Микротвердость матрицы БрО5Ц5С5) Нμ_матр=142 кг/мм². Результаты трибоиспытаний образцов двухслойных композитов приведены на рис. 1. Из втулок двухслойных композитов сталь + бронза и сталь + ЛКМ были изготовлены образцы с различной толщиной плакирующего слоя (ЛКМ или бронзы (БрО5Ц5С5)): 1; 2; 3; 4; 5 и 7,5 мм. Для сравнения испытывали образцы, изготовленные из мономатериалов: бронзы и ЛКМ того же состава. Определяли зависимость интенсивности изнашивания от величины плакирующего слоя композиционных биметаллов (рис. 1).Установлено, что интенсивность износа биметалла сталь + ЛКМ в идентичных условиях трения скольжения в 2–5 раз ниже, чем биметалла сталь + бронза. Наилучшие показатели по износу имеют термообработанные образцы с плакирующим слоем из ЛКМ, наибольший износ у биметалла бронза-сталь не прошедшего термообработку. Установлено, что толщина плакирующего слоя незначительно влияет на износ биметаллов с плакирующим слоем из ЛКМ. В то же время при увеличении толщины плакирующего слоя мономатериала  происходит резкое увеличение износа. Это можно объяснить тем, что при увеличении слоя мономатериала ослабляется положительное влияние основного слоя на напряженно-деформированное состояние трибосистемы. В случае ЛКМ–дискретные гранулы эффективно тормозят деформацию материала и развитие трещин при трении, вследствие этого влияние толщины плакирующего слоя на износ незначительно.

Таким образом, оптимальные механизмы разрушения поверхностного рабочего слоя, которые обеспечивают улучшенные антифрикционные характеристики биметалла сталь + ЛКМ в экстремальных условиях эксплуатации реализуются в термообработанном материале. Что расширяет перспективу применения биметаллических композитов в трибоузлах механизмов различных отраслей промышленности: от пищевой до металлургической.

Рис. 1 – Зависимость интенсивности изнашивания биметаллов при сухом трении скольжения от величины плакирующего антифрикционного слоя биметалла (Р = 50 Н, V = 5 м/с): 1 – биметалл сталь-бронза (литое состояние);2 – биметалл сталь-бронза (после термообработки); 3 – биметалл сталь-ЛКМ (литое состояние); 4 – биметалл сталь-ЛКМ (после термообработки).