powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2025-4-16-27powder-1013Research ArticleПроцессы получения и свойства порошковProduction Processes and Properties of PowdersПсевдосплавы на основе железа антифрикционного назначения с повышенными механическими и триботехническими свойствами, разработанные в Институте порошковой металлургии имени академика О.В. Романа НАН БеларусиIron-based pseudosalloys for antifriction applications with enhanced mechanical and tribological properties developed at the O.V. Roman Powder Metallurgy Institute of the National Academy of Sciences of Belarushttps://orcid.org/0000-0003-1850-6221ДьячковаЛ. Н.DyachkovaL. N.

Лариса Николаевна Дьячкова – д.т.н., профессор, гл. науч. сот­рудник

Беларусь, 220005, г. Минск, ул. Платонова, 41

Larisa N. Dyachkova – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Chief Researcher

41 Platonov Str., Minsk 220005, Belarus

dyachkova@tut.byhttps://orcid.org/0000-0001-9950-2120ВитязьП. А.VityazP. A.

Петр Александрович Витязь – д.т.н, профессор, академик НАН Беларуси, начальник управления аэрокосмической деятельности

Беларусь, 220072, г. Минск, пр-т Независимости, 66

Pyotr A. Vityaz – Dr. Sci. (Eng.), Academician of the National Aca­demy of Sciences of Belarus, Professor, Head of the Department of Aerospace Activities of the Apparatus

66 Nezavisimosti Prosp., Minsk 220072, Belarus

vitiaz@presidium.bas-net.byИнститут порошковой металлургии имени академика О.В. Романа НАН БеларусиБеларусьState Research Institution O.V. Roman Powder Metallurgy Institute, National Academy of Sciences of BelarusBelarusПрезидиум Национальной академии наук БеларусиБеларусьPresidium of the National Academy of Sciences of BelarusBelarus2025300820251941627Copyright © НИТУ "МИСИС", 20252025НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/1013

Представлены результаты проведенных в Институте порошковой металлургии имени академика О.В. Романа (Беларусь) работ по изучению процессов получения псевдосплавов антифрикционного назначения с каркасом на основе железа и разработке способов повышения их механических и триботехнических свойств. Создана расчетная модель параметрически нестационарной высокотемпературной инфильтрации, позволившая рассчитать время заполнения пор и оптимизировать режим получения псевдосплавов. Выявлены особенности распределения углерода в стальном каркасе псевдосплава при изотермической выдержке и термической обработке из-за воздействии медной фазы. Показано, что после изотерми­ческой выдержки содержание углерода в приграничной с медной фазой области стального каркаса меньше, чем в центре, а после закалки и высокотемпературного отпуска на границе с медной фазой образуется область с повышенным содержанием углерода. Установлены механизмы, обеспечивающие повышение механических и триботехнических свойств псевдо­сплавов на основе железа с помощью разработанных способов: штамповкой при оптимальной температуре; увеличением выдержки при высокотемпературном отпуске после закалки; высоко- и низкотемпературной термомеханической обработкой при оптимальных режимах; легированием стального каркаса никелем или хромом; модифицированием структуры введением ультрадисперсных алмазов, ультрадисперсного оксида алюминия, нанодисперсного оксида циркония, смеси наноразмерных оксидов железа, никеля и цинка, а также алюминидов никеля, железа, титана (однофазных или двухфазных) и композитов на их основе, молибдата кальция или гексагонального нитрида бора; легированием инфильтрата оловом, никелем, хромом и введением в него ультрадисперсного оксида алюминия. Приведены достигнутые значения прочности, твердости, ударной вязкости, коэффициента трения, предельного давления схватывания, износостойкости, параметра PV. Установлен механизм изнашивания псевдосплавов с повышенными свойствами. Показано, что в процессе трения происходит образование наноразмерной пористости и лакун, являющихся дополнительными резервуарами для смазки, что улучшает условия трения, препятствует переносу в эти места меди, обеспечивает снижение коэффициента трения и повышения износостойкости.

The paper presents the results of research carried out at the O.V. Roman Powder Metallurgy Institute (Belarus) on the production of iron-based pseu-dosalloys for antifriction applications and the development of methods for im-proving their mechanical and tribological properties. A computational model of parametrically non-stationary high-temperature infiltration was developed, enab­ling the calculation of pore-filling time and optimization of the pseudosalloy fabrication mode. The features of carbon distribution in the iron skeleton of the pseudosalloy during isothermal holding and subsequent heat treatment under the influence of the copper phase were identified. It was shown that after isothermal holding, the carbon content in the region of the skeleton adjacent to the copper phase is lower than in its center, whereas after quenching and high-temperature tempering, a carbon-enriched zone forms at the interface with the copper phase. The mechanisms responsible for improving the mechanical and tribological prop-erties of pseudosalloys using the developed methods were established. These in-clude: stamping at the optimum temperature; extended holding during high-tempe­rature tempering after quenching; high- and low-temperature thermome-chanical treatments under optimized conditions; alloying the iron matrix with nickel or chromium; and structural modification through the introduction of ul-tradispersed diamonds, ultradispersed aluminum oxide, nanodispersed zirconium oxide, mixtures of nanosized oxides of iron, nickel, and zinc, single- or two-phase aluminides of nickel, iron, or titanium and their composites, calcium molybdate, or hexagonal boron nitride, as well as alloying the infiltrate with tin, nickel, or chromium and the addition of ultradispersed aluminum oxide. The obtained strength, hardness, impact toughness, friction coefficient, limit seizure pressure, wear resistance, and PV parameter values are reported. The wear mechanism of pseudosalloys with enhanced properties was determined. It was demonstrated that during friction, nanoscale porosity and voids form, serving as additional res-ervoirs for lubricant, thereby improving friction conditions, preventing copper transfer into these areas, reducing the coefficient of friction, and increasing wear resistance.

псевдосплавы на основе железаинфильтрацияструктурафазовый составмеханическиетриботехнические свойстватермическаятермомеханическая обработкидобавкиiron-based pseudoalloysinfiltrationstructurephase compositionmechanical propertiestribotechnical propertiesheat treatmentthermomechanical treat-mentsadditivesReferencesГаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность). М.: МСХА, 2001. 616 с.Garkunov D.N. Tribotechnics (wear and wear-free). Moscow: Moscow Agricultural Academy, 2001. 616 p. (In Russ.).Федорченко И.М., Францевич И.Н., Радомысельский И.Д., Ковальченко М.С., Кислый П.С., Косолапова Т.Я., Май В.К., Щербань Н.И. Порошковая металлургия, материалы, технология, свойства, области применения: Справочник. Киев: Наукова думка, 1985. 624 с.Fedorchenko I.M., Frantsevich I.N., Radomyselsky I.D., Kovalchenko M.S., Kisly P.S., Kosolapova T.Ya., May V.K., Shcherban N.I. Powder metallurgy, materials, technology, properties, areas of application: Handbook. Kyiv: Naukova Dumka, 1985. 624 p. (In Russ.).Савич В.В., Оглезнева С.А. Порошковая металлургия: Современное состояние и перспективы развития. Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2021. 695 с.Savich V.V., Oglezneva S.A. Powder metallurgy: current state and development prospects. Perm: Publishing house of Perm National Research Polytechnic University, 2021. 695 p. (In Russ.).Дорофеев Ю.Г. Динамическое горячее прессование пористых порошковых заготовок. М.: Металлургия, 1977. 216 с.Dorofeev Yu.G. Dynamic hot pressing of porous powder blanks. Moscow: Metallurgiya, 1977. 216 p. (In Russ.).Еременко В.Н., Найдич Ю.В., Лавриненко П.А. Спекание в присутствии жидкой металлической фазы. Киев: Наукова думка, 1968. 123 с.Eremenko V.N., Naidich Yu.V., Lavrinenko P.A. Sintering in the presence of a liquid metal phase. Kyiv: Naukova Dumka, 1968. 123 p. (In Russ.).Тучинский Л.И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки. М.: Металлургия, 1986. 208 с.Tuchinsky L.I. Composite materials obtained by impregnation. Moscow: Metallurgiya, 1986. 208 p. (In Russ.).Дьячкова Л.Н., Витязь П.А., Леонов А.Н., Дечко М.М. Закономерности высокотемпературной инфильтрации при получении антифрикционных материалов системы железо–медь. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2012;56(4):103–110.Dyachkova L.N., Vityaz P.A., Leonov A.N., Dechko M.M. Regularities of high-temperature infiltration in the production of antifriction materials of the iron-copper system. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi. 2012;56(4):103–110. (In Russ.).Dyachkova L.N., Vityaz P.A. The structure and properties formation in iron-carbon powder composite materials during infiltration. Metal Powder Report Journal. 2019;24(2):90–94. https://doi.org/10.1016/j.2018/12/078Dyachkova L.N., Vityaz P.A. The structure and properties formation in iron-carbon powder composite mate­rials during infiltration. Metal Powder Report Journal. 2019;24(2):90–94. https://doi.org/10.1016/j.2018/12/078Дьячкова Л.Н., Витязь П.А. Закономерности формирования структуры псевдосплавов системы порошковая сталь – медный сплав, получаемых инфильтрацией. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2012;56(5):106–114.Dyachkova L.N., Vityaz P.A. Regularities of formation of the structure of pseudoalloys of the powder steel–copper alloy system obtained by infiltration. Doklady Natsional'noi akademii nauk Belarusi. 2012;56(5):106–114. (In Russ.).Дьячкова Л.Н. Порошковые материалы на основе железа с повышенными механическими и триботехническими свойствами. Минск: Беларуская навука, 2020. 203 с.Dyachkova L.N. Iron-based powder materials with enhanced mechanical and tribotechnical properties. Minsk: Belarusian Science, 2020. 203 p. (In Russ.).Дьячкова Л.Н. Закономерности упрочнения псевдосплавов сталь – медный сплав, получаемых инфильтрацией, при горячей пластической деформации. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2022;6(2):156–166. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-2-156-166Dyachkova L.N. Peculiarities of hardening of steel – copper alloy pseudo-alloys obtained by infiltration during hot plastic deformation. Izvestiya Natsional’noi akademii nauk Belarusi. Seriya fiziko-tekhnicheskikh nauk. 2022;67(2):156–166. (In Russ.). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-2-156-166Дьячкова Л.Н. Влияние термической обработки на структуру и свойства псевдосплава сталь–медный сплав, получаемого инфильтрацией. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2022;67(1):27–38. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-1-27-38Dyachkova L.N. Influence of heat treatment on the structure and properties of pseudo-alloy steel – copper alloy obtained by infiltration. Izvestiya Natsional’noi akademii nauk Belarusi. Seriya fiziko-tekhnicheskikh nauk. 2022;67(1):27–38. (In Russ.). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-1-27-38Дьячкова Л.Н., Витязь П.А., Зверко А.А. Особенности структурообразования в антифрикционном композиционном порошковом инфильтрированном медным сплавом материале на основе железа (псевдосплаве) при высокотемпературной термомеханической обработке. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2023;68(3):196–207. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2023-68-3-196-207Dyachkova L.N., Vityaz P.A., Zverko A.A. Features of structure formation in antifriction composite powder infiltered with copper alloy material based on iron (pseudo-alloy) under high-temperature thermomechanical treatment. Izvestiya Natsional’noi akademii nauk Belarusi. Seriya fiziko-tekhnicheskikh nauk. 2023;68(3):196–207. (In Russ). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2023-68-3-196-207Дьячкова Л.Н., Керженцева Л.Ф., Маркова Л.В. Порошковые материалы на основе железа. Минск: ОДО «Тонпик», 2004. 228 с.Dyachkova L.N., Kerzhentseva L.F., Markova L.V. Iron-based powder materials. Minsk: Tonpik, 2004. 228 p. (In Russ.).Dyachkova L.N., Feldshtein E.E. Microstructures, strength characteristics and wear behavior of the Fe-based P/M composites after sintering or infiltration with Cu–Sn alloy. Journal of Materials Science & Technology, China. 2015;31(12):1226–1231. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2015.10.007Dyachkova L.N., Feldshtein E.E. Microstructures, strength characteristics and wear behavior of the Fe-based P/M composites after sintering or infiltration with Cu–Sn alloy. Journal of Materials Science & Technology, China. 2015;31(12):1226–1231. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2015.10.007Dyachkova L.N., Feldshtein E.E. Morphology of worn surfaces of iron–graphite materials sintered or infiltrated with tin bronze. Journal of Friction and Wear. 2015;36(5):395–399. https://doi.org/10.3103/S1068366615050037Dyachkova L.N., Feldshtein E.E. Morphology of worn surfaces of iron–graphite materials sintered or infilt­rated with tin bronze. Journal of Friction and Wear. 2015;36(5):395–399. https://doi.org/10.3103/S1068366615050037Feldshtein E.E., Dyachkova L.N. Wear minimization for highly loaded iron-based MMCs due to the formation of spongy-capillary texture on the friction surface. Wear. 2020;444–445:203161. https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.203161Feldshtein E.E., Dyachkova L.N. Wear minimization for highly loaded iron-based MMCs due to the formation of spongy-capillary texture on the friction surface. Wear. 2020;444–445:203161. https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.203161Dyachkova L.N., Kerzhentseva L.F., Vityaz P.A. Effect of steel skeleton composition on the triboengineering properties of steel–copper pseudoalloys produced by infiltration. Journal of Friction and Wear. 2010;31(4):270–275. https://doi.org/10.3103/S1068366610040045Dyachkova L.N., Kerzhentseva L.F., Vityaz P.A. Effect of steel skeleton composition on the triboengineering properties of steel–copper pseudoalloys produced by infiltration. Journal of Friction and Wear. 2010;31(4):270–275. https://doi.org/10.3103/S1068366610040045Dyachkova L.N. The effect of the nanodiamonds introduction on the properties of powder carbon steel. Magazin «INŻYNIERIA PRODUKCJI Metody i techniki usprawniania procesów produkcyjnych», Zielona Góra. 2019;16:103–112.Dyachkova L.N. The effect of the nanodiamonds introduction on the properties of powder carbon steel. Magazin «INŻYNIERIA PRODUKCJI Metody i techniki usprawniania procesów produkcyjnych», Zielona Góra. 2019;16:103–112.Dyachkova L.N., Feldshtein E.E., Vityaz P.A., Mikhalski M. Tribological properties of iron-based powder composite materials with addition of graphite, alumina and zirconia nanoparticles. Journal of Friction and Wear. 2020;41(3):198–203. https://doi.org/10.3103/S1068366620030046Dyachkova L.N., Feldshtein E.E., Vityaz P.A., Mikhals­ki M. Tribological properties of iron-based powder composite materials with addition of graphite, alumina and zirconia nanoparticles. Journal of Friction and Wear. 2020;41(3):198–203. https://doi.org/10.3103/S1068366620030046Feldshtein E.E., Dyachkova L.N. On the properties and tribological behaviors of P/M iron based composites reinforced with ultrafine particulates. Composites Part B: Engineering. 2013;58:16–24. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.10.015Feldshtein E.E., Dyachkova L.N. On the properties and tribological behaviors of P/M iron based composites reinforced with ultrafine particulates. Composites Part B: Engineering. 2013;58:16–24. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.10.015Дьячкова Л.Н., Лецко А.И. Исследование процесса повышения механических и триботехнических свойств порошковых материалов на основе железа введением ультрадисперсных добавок. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2007;3:21–26.Dyachkova L.N., Letsko A.I. Study of the process of increasing the mechanical and tribological properties of iron-based powder materials by introducing ultrafine additives. Izvestiya Natsional’noi Аkademii nauk Belarusi. Seriya fiziko-tekhnicheskikh nauk. 2007. 3. 21–26. (In Russ.).Дьячкова Л.Н., Витязь П.А., Ильющенко А.Ф., Воронецкая Л.Я., Лецко А.И., Парницкий Н.М. Влияние ультрадисперсной добавки алюминида железа на структуру и свойства порошковых материалов на основе железа и меди. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2019;63(3):360–369. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2019-63-3-360-369Dyachkova L.N., Vityaz P.A. Ilyushchenko A.F., Voronetskaya L.Ya., Letsko A.I., Parnitsky N.M. Influence of the ultrafine iron aluminide additive on the structure and properties of iron and copper powder materials. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi. 2019;63(3): 360–369. (In Russ.). https://doi.org/10.29235/1561-8323-2019-63-3-360-369Дьячкова Л.Н., Дечко М.М. Влияние дисперсных микродобавок на структуру и свойства порошковых углеродистой и высокохромистой сталей. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2015;(2):8–14. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2015-2-8-14Dyachkova L.N., Dechko М.М. Influence of dispersed microadditives on the structure and properties of powder carbon and high-chromium steels. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2016;57(5):477–483. https://doi.org/10.3103/S1067821216050047Дьячкова Л..Н, Волчек А.Я., Лецко И.Н. Исследование влияния состава атмосферы спекания на структуру и механические свойства порошковых низколегированных сталей. В сб.: Порошковая металлургия. Минск: Национальная академия наук Беларуси, 2007. Т. 30. С. 64–66.Dyachkova L.N., Volchek A.Ya., Letsko I.N. Study of the influence of the sintering atmosphere composition on the structure and mechanical properties of low-alloy powder steels. In the collection: Powder Metallurgy. Minsk: National Academy of Sciences of Belarus, 2007. Vol. 30. P. 64–66. (In Russ.).Dyachkova L.N. Structure and properties of antifriction pseudo-alloys of the powder steel–copper alloy, infiltrated with materials of various compositions. Friction and Were. 2023;44(4):197–203. https://doi.org/10.3103/S1068366623040050Dyachkova L.N. Structure and properties of antifriction pseudo-alloys of the powder steel–copper alloy, infiltra­ted with materials of various compositions. Friction and Were. 2023;44(4):197–203. https://doi.org/10.3103/S1068366623040050

The authors declare that there are no conflicts of interest present.