Триботехнічні властивості сплаву БрО3А3 в умовах сухого тертя
Loading...
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро
Abstract
UKR: В наявний час для виробництва підшипників найбільш часто використовують свинцеві та олов’яні бронзи, що зумовлено їх високим рівнем триботехнічних властивостей та надійністю в експлуатації. Разом з тим, заборона у Європейському союзі використання свинцю у будь яких виробах призвела до необхідності пошуку екологічно безпечних бронз з аналогічним або підвищеним рівнем триботехнічних властивостей. Перспективним напрямом вирішення даної проблеми є бронза БрО3А3, мікроструктура якої повністю відповідає вимогам до підшипникових сплавів. Проте на сьогодні триботехнічні властивості бронзи БрО3А3 не досліджені. Тому, завдання з дослідження триботехнічних властивостей литої бронзи БрО3А3 у якості підшипникового сплаву є актуальним. Мета роботи –встановити величини відносної зносостійкості та коефіцієнту тертя, як параметрів за якими можливо рекомендувати використовувати литу бронзу марки БрО3А3 як антифрикційний матеріал. Випробування на зносостійкість за схемою «диск-диск» проводили відповідно до вимог Державних та Міжнародних стандартів на машині мод. СМЦ-2 при навантаженні 45 кг (441 Н) в умовах тертя-кочення з проковзуванням 10% при кімнатних температурах. Триботехнічні випробування зразків досліджуваних бронз за схемою «куля-диск» проводили в умовах сухого тертя-ковзання на машині тертя «Micron-tribo» відповідно до Міжнародних стандартів DIN 50324 та ISO 20808. Мікроструктуру вивчали за допомогою оптичного мікроскопа NEOPHOT 21 зі збільшенням до 1000 крат. За результатами дослідження встановлено, що порівняно з бронзами БрО5Ц5С5 та БрА9Ж3Л бронза БрО3А3 характеризується більш високим рівнем опору зношуванню при терті по-сухому, що зумовлено наявністю у її структурі твердої, але пластичної фази β-Cu5Sn. Величина коефіцієнту тертя бронзи БрО3А3 співпадає з аналогічним коефіцієнтом бронзи БрО5Ц5С5 і нижче ніж у чистої міді та бронз марок БрО8, БрА5 і БрА9Ж3Л. При цьому, з підвищенням вмісту як олова (від 3 до 4% за масою), так і алюмінію (від 3 до 4% за масою) коефіцієнт тертя бронзи БрО3А3 знижується з 0,28 до 0,25. Результати досліджень є підставою рекомендувати бронзу БрО3А3 у якості триботехнічного матеріалу в вузлах тертя на заміну не тільки свинцевих бронз та бронзи БрО5Ц5С5, але і бронзи марки БрА9Ж3Л.
ENG: Currently, lead and tin bronzes are most often used for the production of bearings, which is due to their high level of tribotechnical properties and reliability in operation. At the same time, the ban in the European Union on the use of lead in any products led to the need to find environmentally safe bronzes with a similar or increased level of tribotechnical properties. A promising way to solve this problem is BrO3A3 bronze, the microstructure of which fully meets the requirements for bearing alloys. However, to date, the tribotechnical properties of BrO3A3 bronze have not been investigated. Therefore, the task of researching the tribotechnical properties of cast bronze BrO3A3 as a bearing alloy is urgent. The purpose of the work is to establish the values of relative wear resistance and friction coefficient, as parameters by which it is possible to recommend the use of cast bronze of the BrО3A3 brand as an antifriction material. Wear resistance tests according to the "disk-disk" scheme were carried out in accordance with the requirements of State and International standards on a mod machine. SMC-2 under a load of 45 kg (441 N) in friction-rolling conditions with a slip of 10% at room temperatures. Tribotechnical tests of the samples of the investigated bronzes according to the "ball-disc" scheme were carried out under dry friction-sliding conditions on the "Micron-tribo" friction machine in accordance with the International Standards DIN 50324 and ISO 20808. The microstructure was studied using a NEOPHOT 21 optical microscope with a magnification of up to 1000 times. According to the results of the study, it was found that compared to BrO5C5C5 and BrA9Zh3L bronzes, BrO3A3 bronze is characterized by a higher level of resistance to wear during dry rubbing, which is due to the presence of a hard but plastic phase in its structure β-Cu5Sn. The value of the coefficient of friction of BrO3A3 bronze coincides with the similar coefficient of BrO5C5S5 bronze and is lower than that of pure copper and bronzes of BrO8, BrA5 and BrA9Zh3L brands. At the same time, with an increase in the content of both tin (from 3 to 4% by mass) and aluminum (from 3 to 4% by mass), the coefficient of friction of BrO3A3 bronze decreases from 0.28 to 0.25. The research results are a reason to recommend BrO3A3 bronze as a tribotechnical material in friction nodes to replace not only lead bronzes and BrO5C5S5 bronzes, but also BrA9Zh3L bronzes.
ENG: Currently, lead and tin bronzes are most often used for the production of bearings, which is due to their high level of tribotechnical properties and reliability in operation. At the same time, the ban in the European Union on the use of lead in any products led to the need to find environmentally safe bronzes with a similar or increased level of tribotechnical properties. A promising way to solve this problem is BrO3A3 bronze, the microstructure of which fully meets the requirements for bearing alloys. However, to date, the tribotechnical properties of BrO3A3 bronze have not been investigated. Therefore, the task of researching the tribotechnical properties of cast bronze BrO3A3 as a bearing alloy is urgent. The purpose of the work is to establish the values of relative wear resistance and friction coefficient, as parameters by which it is possible to recommend the use of cast bronze of the BrО3A3 brand as an antifriction material. Wear resistance tests according to the "disk-disk" scheme were carried out in accordance with the requirements of State and International standards on a mod machine. SMC-2 under a load of 45 kg (441 N) in friction-rolling conditions with a slip of 10% at room temperatures. Tribotechnical tests of the samples of the investigated bronzes according to the "ball-disc" scheme were carried out under dry friction-sliding conditions on the "Micron-tribo" friction machine in accordance with the International Standards DIN 50324 and ISO 20808. The microstructure was studied using a NEOPHOT 21 optical microscope with a magnification of up to 1000 times. According to the results of the study, it was found that compared to BrO5C5C5 and BrA9Zh3L bronzes, BrO3A3 bronze is characterized by a higher level of resistance to wear during dry rubbing, which is due to the presence of a hard but plastic phase in its structure β-Cu5Sn. The value of the coefficient of friction of BrO3A3 bronze coincides with the similar coefficient of BrO5C5S5 bronze and is lower than that of pure copper and bronzes of BrO8, BrA5 and BrA9Zh3L brands. At the same time, with an increase in the content of both tin (from 3 to 4% by mass) and aluminum (from 3 to 4% by mass), the coefficient of friction of BrO3A3 bronze decreases from 0.28 to 0.25. The research results are a reason to recommend BrO3A3 bronze as a tribotechnical material in friction nodes to replace not only lead bronzes and BrO5C5S5 bronzes, but also BrA9Zh3L bronzes.
Description
К. Узлов: ORCID 0000-0003-0744-9890; С. Реп'ях: ORCID 0000-0003-0203-4135; Т. Кімстач: ORCID 0000-0002-8993-201X; О.Сафронова: ORCID 0000-0002-4032-4275; В. Мазорчук: ORCID 0000-0002-8512-0727; А. Білий: ORCID 0000-0003-2905-7046
Keywords
бронза, зносостійкість, тертя, маса, фаза, алюміній, олово, свинець, bronze, wear resistance, friction, mass, phase, aluminum, tin, lead, КМТОМ, КЛВ
Citation
Узлов К. І., Реп’ях С. І., Кімстач Т. В., Сафронова О. А., Мазорчук В. Ф., Білий А. П. Триботехнічні властивості сплаву БрО3А3 в умовах сухого тертя. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. Дніпро, 2023. № 37. С. 505–521. DOI: 10.52150/2522-9117-2023-37-505-521.