Альфия Расимовна Луц – к.т.н., доцент кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы»
Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Alfiya R. Luts – Cand. Sci. (Eng.), Assistent Professor of the Department of Metal Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials
244 Molodogvardeyskaya Str., Samara 443100, Russia
Композиционные материалы на основе алюминиевых сплавов, армированные высокодисперсной фазой карбида титана, характеризуются повышенными показателями антифрикционных свойств, что позволяет отнести их к группе перспективных триботехнических материалов. Одним из наиболее доступных и эффективных способов их изготовления является самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), который основан на экзотермическом взаимодействии прекурсоров титана и углерода непосредственно в алюминиевом расплаве и позволяет синтезировать карбидную фазу с размером частиц 100 нм – 2 мкм. Настоящая работа посвящена исследованию комплекса эксплуатационных и технологических характеристик композитов, полученных путем проведения СВС карбида титана в расплавах промышленных поршневых сплавов АМ4,5Кд и АК10М2Н, для определения возможности их применения в качестве антифрикционных материалов для изготовления поршней двигателей. Сравнительный анализ проводился на образцах исходных сплавов и полученных на их основах композиционных материалов после термической обработки в виде закалки и искусственного старения по режимам, обеспечивающим максимальные значения твердости. Результаты исследования показали, что у композита АМ4,5Кд–10 % TiC снизились скорость изнашивания в 2,4 раза, коэффициент трения в 2,7 раза и задиростойкость в 1,7 раза относительно матричного сплава, а у образца АК10М2Н–10 % TiC – скорость изнашивания уменьшилась в 17 раз и коэффициент трения в 4 раза при сохранении уровня задиростойкости. При этом оба материала характеризуются сопоставимыми (с изменениями в пределах 10 %) с показателями матричных сплавов уровнем саморазогрева в процессе трения, термическим коэффициентом линейного расширения при температуре 300 °С, жаропрочностью при 250 °С, жидкотекучестью и линейной усадкой. Полученные данные дают основание рекомендовать их к применению для изготовления отливок поршней двигателей вместо исходных сплавов.
Composite materials based on aluminum alloys reinforced with a highly dispersed titanium carbide phase demonstrate enhanced antifriction properties, allowing them to be classified as promising tribotechnical materials. One of the most accessible and efficient methods for producing such composites is Self-Propagating High-Temperature Synthesis (SHS), which relies on the exothermic reaction between titanium and carbon precursors directly in the aluminum melt. This process enables the synthesis of a carbide phase with particle sizes ranging from 100 nm to 2 μm. The present study investigates the set of performance and processing characteristics of composites obtained via SHS of titanium carbide in melts of the industrial piston alloys AM4.5Kd and AK10M2N, aiming to assess their potential application as antifriction materials for manufacturing engine pistons. A comparative analysis was conducted on both the base alloys and the composite materials produced from them, after heat treatment including quenching and artificial aging under heat treatment conditions ensuring maximum hardness. The results demonstrated that in the AM4.5Kd–10 % TiC composite, the wear rate decreased by a factor of 2.4, the friction coefficient decreased by a factor of 2.7, and scuff resistance improved by a factor of 1.7 compared to the matrix alloy. In the AK10M2N–10 % TiC composite, the wear rate decreased by a factor of 17 and the friction coefficient decreased by a factor of 4, while maintaining the same level of scuff resistance as the matrix alloy. Both materials exhibited thermal self-heating during friction, a thermal linear expansion coefficient at 300 °C, heat resistance at 250 °C, fluidity, and linear shrinkage comparable to those of the matrix alloys (with variations within 10 %). The obtained data support the recommendation of these composites for use in the production of cast engine pistons as replacements for the original alloys.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.