Закономерности формирования структуры и свойств медных сплавов трибологического назначения в условиях квазивязкого течения при фрикционной перемешивающей обработке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Черемнов Андрей Максимович

• Черемнов Андрей Максимович
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Черемнов Андрей Максимович

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Характеристики и применение медных сплавов

1.2 Метод фрикционной перемешивающей обработки

1.2.1 Влияние параметров фрикционной перемешивающей обработки на характеристики модифицированных материалов

1.2.2 Структурные особенности материалов, модифицированных методом фрикционной перемешивающей обработки

1.2.3 Физические основы процесса фрикционной перемешивающей обработки

1.3 Использование активного охлаждения в процессе фрикционной перемешивающей обработки

1.4 Применение фрикционной перемешивающей обработки для получения металломатричных композиционных материалов

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

2.1 Материал исследования

2.2 Метод фрикционной перемешивающей обработки

2.3 Методы исследования структурно-фазового состава и эксплуатационных характеристик образцов

3 ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МЕДНЫХ СПЛАВОВ ТРИБОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРИ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЙ ОБРАБОТКЕ С РАЗЛИЧНЫМИ РЕЖИМАМИ

3.1 Влияние активного водяного охлаждения на характеристики медных сплавов с разным химическим составом

3.2 Влияние фрикционной перемешивающей обработки на характеристики медных сплавов в разных исходных состояниях

3.3 Влияние теплоотвода при фрикционной перемешивающей обработке с активным охлаждением на механические свойства сплава БрАМц9-2

3.4 Влияние многопроходной фрикционной перемешивающей обработки на структуру и механические свойства медных сплавов

3.4.1 Оловянная бронза БрОФ6,5-0,15

3.4.2 Алюминиевая бронза БрАМц9-2

3.4.3 Кремниевая бронза БрКМц3-1

3.4.4 Латунь Л63

3.5 Технологические рекомендации к процессу фрикционной перемешивающей обработки медных сплавов

3.6 Эволюция структуры медных сплавов в процессе фрикционной перемешивающей обработки

Заключение по разделу

4 ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕДНЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ

4.1 Влияние водяного охлаждения на формирование структуры и свойств композиционных материалов, полученных методом многопроходной фрикционной перемешивающей обработки

4.2 Получение композиционных материалов БрАМц9-2+W методом многопроходной фрикционной перемешивающей обработки

4.3 Структурно-фазовое состояние композиционных материалов БрАМ^-2+W, полученных методом фрикционной перемешивающей обработки

4.3.1 Особенности течения металла в процессе получения композиционных материалов БрАМ^-2+W методом фрикционной перемешивающей обработки

4.3.2 Микроструктура и фазовый состав в композиционных материалах БрАМц9-2+W после фрикционной перемешивающей обработки

4.4 Механические свойства композиционных материалов БрАМ^-2+W, полученных методом фрикционной перемешивающей обработки

Заключение по разделу

5 ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕДНЫХ СПЛАВОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ МЕТОДОМ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ

5.1 Трибологические свойства медных сплавов, модифицированных методом фрикционной перемешивающей обработки

5.1.1 Оловянная бронза БрОФ6,5-0,15

5.1.2 Алюминиевая бронза БрАМц9-2

5.1.3 Кремниевая бронза БрКМц3-1

5.1.4 Латунь Л63

5.2 Трибологические свойства композиционных материалов на основе медных сплавов, полученных методом фрикционной перемешивающей обработки

5.2.1 Композиционные образцы БрАМц9-2+Ее

5.2.2 Композиционные образцы БрАМ^-2+W

5.3 Эволюция структуры при трибологических испытаниях медных сплавов, модифицированных методом фрикционной перемешивающей обработки

Заключение к разделу

ВЫВОДЫ

Список литературы

Приложение А. Исходные свойств, химический и фазовый состав используемых сплавов

Приложение Б. Акт испытаний

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Закономерности формирования структуры и свойств медных сплавов трибологического назначения в условиях квазивязкого течения при фрикционной перемешивающей обработке»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Изучение фазовых и структурных трансформаций материалов в условиях экстремального деформационного воздействия актуально для разработки физических основ новых технологий их обработки. В частности, такие экстремальные условия возникают при использовании фрикционной перемешивающей обработки материалов, основанной на пластификации материала за счёт фрикционного нагрева и формирования ультрамелкозернистой структуры. В этой структуре, достигнутой интенсивной пластической деформацией при перемешивании, ускоряются диффузионные процессы и инициируются деформационно-индуцированные процессы растворения/выделения

интерметаллидных фаз из твердых растворов, составляющих основу модифицируемых сплавов. Последнее также может происходить при взаимодействии с искусственно вводимыми частицами при формировании композиционных материалов. Изучение всего комплекса происходящих при этом изменений в зависимости от достигаемой температуры, элементного состава и механического давления является актуальной задачей физики конденсированного состояния.

Медные сплавы широко применяются в промышленности, автомобиле- и судостроении, что обусловлено их высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью, а также триботехническими характеристиками и устойчивостью к агрессивным средам. Основными недостатками медных сплавов являются низкая прочность, высокая плотность, а также стоимость, что делает увеличение надежности и долговечности деталей на их основе актуальной практической задачей. Повышение стойкости к коррозии и износу меди достигается за счет легирования такими элементами как цинк, олово, железо, никель, марганец, бериллий и т.д. Различные марки бронз, легированные, термически и деформационно упрочнённые, используют для изготовления соединительных (вкладышей, валов и втулок для узлов трения, деталей гидромоторов, трубопроводных арматур) и подвижных (подшипники, зубчатые колёса, шестерни, пружины) элементов конструкций. Однако это приводит к возрастанию их

стоимости, снижению пластичности, трибологических свойств, тепло- и электропроводности, а также связано с ограничением на предельное содержание различных элементов в составе.

Модификация поверхности медных сплавов без увеличения содержания легирующих элементов может способствовать увеличению прочности, твердости, стойкости к коррозии и износу материала без снижения пластичности, электро- и теплопроводности материала. Перспективным подходом является формирование композитных слоёв с применением элементов, ограниченно растворимых в меди и формирующих с ней интерметаллидные фазы (например, титан или железо) или практически не обладающих растворимостью в меди (например, вольфрам или молибден).

В настоящее время одним из способов термомеханической обработки металлов и получения композиционных материалов на их основе без плавления и избыточного тепловложения является фрикционная перемешивающая обработка. Данная технология основана на процессах адгезионного трения, интенсивной пластической деформации, квазивязком и экструзионном течении металла по контуру инструмента. Обработка сопровождается термически и термомеханически инициируемыми процессами взаимной диффузии и структурно-фазовых превращений внутри материала, при его взаимодействии с вводимыми упрочняющими частицами или инструментом. В результате происходящих при обработке пластической деформации, течения металла и сопутствующих структурно-фазовых процессов в материале формируется ультрамелкозернистая структура, значительно отличающаяся от получаемой иными способами формирования композиционных материалов.

Фрикционная перемешивающая обработка считается перспективным методом для распределения модифицирующих частиц в объёме матрицы. При этом возможно формирование и упрочненных композиционных материалов без реакции между матрицей и упрочняющими частицами. Таким образом, фрикционная перемешивающая обработка является одним из наиболее эффективных методов получения упрочненных износостойких поверхностных слоёв в медных сплавах

различного типа. Однако основу исследований фрикционной перемешивающей обработки составляют работы, посвящённые алюминиевым, титановым и магниевым сплавам либо чистой меди.

Степень разработанности темы исследования. В настоящее время существует ряд исследований, посвящённых фрикционной перемешивающей сварке и обработке алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Большинство из них сосредоточено на обработке именно алюминиевых сплавов вследствие большей стабильности процесса обработки. В частности, в исследованиях рассмотрен подбор параметров процесса, использование активного охлаждения и получение композиционных материалов на основе материала заготовок, а также математическое моделирование процесса фрикционной перемешивающей обработки. Работ в области обработки медных сплавов значительно меньше вследствие сложности процесса, вызванной значительным тепловыделением при обработке меди и её сплавов, которые сами по себе обладают высокой теплопроводностью, что ухудшает стабильность процесса обработки. Вследствие этого для стабилизации процесса обработки требуется применение инструмента из жаропрочного материала, активного охлаждения инструмента и заготовок, а также точный подбор параметров. По этой причине важным является не только изучение формирования композиционных материалов на основе медных сплавов методом фрикционной перемешивающей обработки, но и определение влияния фрикционной перемешивающей обработки на структуру и свойства медных сплавов, в том числе с активным водным охлаждением.

Целью данной работы является установление закономерностей влияния условий фрикционной перемешивающей обработки на формирование структурно-фазового состояния и эксплуатационных характеристик медных сплавов трибологического назначения и композиционных материалов на их основе.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи: 1. Установить закономерности влияния параметров термомеханического воздействия при фрикционной перемешивающей обработке на структурно-фазовое

состояние и механические свойства медных сплавов в зависимости от их теплофизических характеристик;

2. Установить влияние теплоотвода медных сплавов в процессе фрикционной перемешивающей обработки с активным охлаждением на их структуру и механические свойства;

3. Определить закономерности течения металла, формирования структурно-фазового состояния и механических свойств композиционных материалов на основе медных сплавов, полученных методом фрикционной перемешивающей обработки;

4. Выявить особенности трибологического поведения при сухом трении скольжения медных сплавов и композиционных материалов на их основе, полученных методом фрикционной перемешивающей обработки.

Научная новизна:

1. Определена взаимосвязь исходных состава, структуры и свойств медных сплавов с особенностями адгезионного переноса материала в процессе интенсивной пластической деформации и структурообразования медных сплавов при использованных выбранных режимных параметров фрикционной перемешивающей обработки.

2. Впервые выявлено, что в результате активного водного охлаждения медных сплавов наблюдается формирование специфической структуры зоны перемешивания с градиентом размера зёрен по её высоте, при этом с увеличением теплопроводности медного сплава формируется более равномерная структура в зоне перемешивания.

3. Установлено, что при получении композиционного материала БрАМц9-2+W методом фрикционной перемешивающей обработки происходит обособленное течение металла по контуру пина инструмента, а необходимое избыточное воздействие плеч подавляет перемешивание в вертикальном направлении, что приводит к формированию композиционной структуры, обеспечивающей повышение износостойкости до 2,1 раза.

4. Определено, что при трении композиционных материалов на основе медных сплавов, изготовленных методом фрикционной перемешивающей обработки, в отличие от медных сплавов без модифицирующих частиц, реализуется специфическое течение, что за счет снижения роли адгезионного трения, расслоения и окисления поверхности трения обусловливает повышение сопротивления изнашиванию.

Теоретическая значимость работы. Результаты проведенной работы внесли вклад в развитие фундаментальных представлений о процессах деформации, фрагментации и пластического течения при интенсивном адгезионно-диффузионном воздействии на сплавы меди разного состава и с разными теплофизическими свойствами в процессе интенсивной пластической деформации и фрикционного нагрева. Выявлено влияние исходных значений теплопроводности исследованных медных сплавов на структурно-фазовое состояние после интенсивного термомеханического воздействия. При получении композиционных материалов выявлены закономерности формирования структурного состояния композиционных систем на базе медных сплавов и частиц вольфрама в условиях многократного высокоинтенсивного термомеханического воздействия при течении по контуру инструмента.

Практическая значимость работы. Прикладное значение результатов исследований состоит в определении технологических режимов изготовления заготовок из медных сплавов с композиционными поверхностными слоями методом фрикционной перемешивающей обработки. Особую важность играет выделение инструментом тепла в процессе фрикционной перемешивающей обработки, влияние которого заметно отличается при обработке медных сплавов с разными значениями теплопроводности. Полученные результаты экспериментальных исследований формирования структуры, прочностных и трибологических свойств модифицированного материала, с получением композиционных материалов на их основе и без него, позволят повысить износостойкость и долговечность изделий промышленного назначения.

Методология и методы исследования. В качестве методологической основы использованы труды российских и зарубежных исследователей, указанные в диссертации. Заготовки медных сплавов были получены на станке для экспериментального исследования технологических режимов фрикционной перемешивающей сварки и обработки, для ряда образцов был организован подвод воды к месту контакта инструмента обработки с заготовкой, а также к самому инструменту обработки через кожух. Для изучения особенностей структуры и свойств образцов исследуемых материалов использован комплекс методов: двумерный радиографический контроль, оптическая микроскопия, конфокальная лазерная сканирующая микроскопия, растровая электронная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, рентгеновский энергодисперсионный микроанализ, рентгеноструктурный анализ, измерение микротвёрдости, механические испытания на одноосное растяжения, трибологические испытания на сухое трение скольжения по схеме «палец-диск».

Положения, выносимые на защиту:

1. Совокупность режимных параметров процесса фрикционной перемешивающей обработки, обеспечивающих получение модифицированного сплава БрАМц9-2 с ультрамелкозернистой структурой и увеличенными значениями микротвёрдости, предела прочности и предела текучести на 9, 16 и 5% соответственно, при отсутствии аналогичного эффекта в сплавах БрОФ6,5-0,15, БрБ2М, БрБ2Т, БрКМц3-1 и Л63.

2. Экспериментально установленный факт увеличения неоднородности размеров зёрен по высоте зоны перемешивания медных сплавов с уменьшением их коэффициента теплопроводности, вызванного уменьшением скорости теплоотвода и увеличения времени рекристаллизации зёрен в нижней части зоны перемешивания, а также необходимостью в увеличении прижимного усилия инструмента на заготовку.

3. Установленная закономерность влияния режимных параметров фрикционной перемешивающей обработки и содержания вольфрама в композиционном материале на равномерность распределения частиц вольфрама в

зоне перемешивания, образование упрочняющих в'- и у-фаз, а также увеличение микротвёрдости композиционного образца до 8%.

4. Смена характера износа с адгезионного на механохимический после фрикционной перемешивающей обработки медных сплавов, а также увеличение износостойкости композиционных образцов БрАМц9-2+W в 2,1 раза за счёт упрочнения структуры вольфрамом, формирования бездефектной структуры поверхности трения с вытянутыми в направлении износа зёрнами.

Достоверность результатов, полученных в работе, обеспечивается комплексным использованием современных методов экспериментальных исследований структуры и свойств полученных образцов на сертифицированном оборудовании, большим количеством накопленных экспериментальных данных, а также физической обоснованностью полученных данных и их сопоставлением с данными, представленными в работах других авторов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих международных и всероссийских конференциях: ЬХ1У международная конференция «Актуальные вопросы прочности», г. Екатеринбург, 2022 г., XIX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук», г. Томск, 2022 г., Международная конференция «Физическая мезомеханика материалов. Физические принципы формирования многоуровневой структуры и механизмы нелинейного поведения», г. Томск, 2022 г., Международная конференция «Перспективные материалы конструкционного и функционального назначения», г. Томск, 2022 г., XX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук», г. Томск, 2023 г., Международная конференция Физическая мезомеханика материалов. Физические принципы формирования многоуровневой структуры и механизмы нелинейного поведения», г. Томск, 2023 г., LXVI Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», г. Екатеринбург, 2024 г., Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук», г. Томск, 2024 г., Международная

конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», г. Томск, 2024 г., Международная конференция «Перспективные материалы конструкционного и функционального назначения», г. Томск, 2024 г., Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук», г. Томск, 2025 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 работах, из них 3 статьи в журналах, входящих в перечень рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК, 5 статьи в журналах, индексируемых в международных базах данных Scopus и Web of Science (1 из которых опубликована в издании второго квартиля, 1 - в издании третьего квартиля, 3 - в изданиях четвёртого квартиля). Список публикаций:

1. Судариков А.В., Чумаевский А.В., Черемнов А.М., Зыкова А.П., Колубаев Е.А. Микроструктура и механические свойства латуни Л63 после фрикционной перемешивающей обработки. Известия Алтайского государственного университета. - 2022. - № 4(126). - С. 67 - 73.

2. Cheremnov A.M., Kalashnikova T.A., Chumaevskii A.V., Kalashnikov K.N., Teryukalova N.V., Beloborodov V.A., Kolubaev E.A. Regularities of structure formation during friction stir processing of CuAl9Mn2 copper alloy with addition of tungsten powder to the surface layer // Russian Physics Journal - 2022. - V. 65(7). - pp. 1224 - 1230.

3. Черемнов А.М., Чумаевский А.В., Княжев Е.О., Калашникова Т.А., Колубаев Е.А. Изменение структуры и механических свойств при многопроходной фрикционной перемешивающей обработке медного сплава БрАМц9-2 // Известия АлтГУ. Физика - 2023. - № 1(129). - С. 67 - 71.

4. Andrey Cheremnov, Anna Zykova, Nickolai Savchenko, Evgeny Knyazhev, Natalya Semenchuk, Denis Gurianov, Andrey Vorontsov, Veronika Utyaganova, Andrey Chumaevskii, Evgeny Kolubaev, Sergei Tarasov. Surface CuAl9Mn2/W Composites Prepared by Multipass Friction Stir Processing:

Microstructures, Phases, and Mechanical and Tribological Properties // Journal of Materials Engineering and Performance - 2025. - V. 34. - pp. 4267 - 4295.

5. A. M. Cheremnov, A. V. Chumaevskii, E. O. Knyazhev, E. A. Kolubaev. Effect Of Multipass Friction Stir Processing On Structure Formation, Mechanical And Tribological Properties Of CuSn6 Copper Alloy // Russian Physics Journal. - 2025. - V. 67. - pp. 2049 - 2055.

6. А.М. Черемнов, Е.О. Княжев, В.Р. Утяганова, А.В. Чумаевский, А.П. Зыкова, Н.Л. Савченко, С.Ю. Тарасов. Триботехнические характеристики композитов БрАМц9-2^, полученных методом фрикционной перемешивающей обработки // Трение и износ (Friction and Wear / Trenie i Iznos). - 2025. - Т. 46, №1. - С. 58 - 65.

7. A.M. Cheremnov, E.O. Knyazhev, A.V. Chumaevskii, D.A. Gurianov, E.A. Kolubaev. Influence of the initial state of beryllium bronze on its structure organization and properties during friction stir processing // Russian Physics Journal. - 2025. - V. 68.

Личный вклад автора состоит в совместной с научным руководителем формулировке и обсуждении цели и задач диссертационной работы, планировании и проведении экспериментальных исследований (подготовке образцов для исследований, структурных исследований, механических и трибологических испытаний), обработке полученных результатов и их сопоставлении с литературными данными, формулировке основных положений и выводов, а также совместной с соавторами подготовке публикаций по теме диссертации.

Соответствие паспорту специальности. Диссертационная работа по задачам 3 и 4, пунктам научной новизны 2 и 4, положениям 2 и 4 соответствует п. 1 паспорта специальности 1.3.8. Физика конденсированного состояния (технические науки) «Экспериментальное изучение физической природы и свойств металлов и их сплавов, неорганических и органических соединений, диэлектриков и, в том числе, материалов световодов как в твердом (кристаллы, поликристаллы), так и в аморфном состоянии в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления».

По задачам 1 и 2, пунктам научной новизны 2 и 3, положению 1 работа соответствует п. 5 паспорта специальности 1.3.8. Физика конденсированного состояния (технические науки) «Разработка технологии и оборудования для получения наноструктурных металлических, диэлектрических, керамических, композиционных (на основе металлической, диэлектрической, минеральной и полимерной матриц) материалов, в том числе, с наноструктурыми поверхностными функциональными слоями и покрытиями, обладающих широким спектром функциональных свойств».

По задачам 1 и 2, пунктам научной новизны 1, 3 и 4, положению 3 работа соответствует п. 6 паспорта специальности 1.3.8. Физика конденсированного состояния (технические науки) «Установление закономерностей влияния технологии получения и обработки материалов на их структуру, механические, химические и физические свойства, а так же технологические свойства изделий, предназначенных для использования в различных областях промышленности и медицины».

Работа выполнена в рамках государственных заданий ИФПМ СО РАН, проекты номер FWRW-2021-0012, FWRW-2022-0004 и FWRW-2024-0001.

Структура и объём диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти основных глав, выводов, списка литературы, включающего 133 источника, и 2 приложения. Всего 155 страницы, в том числе 87 рисунков и 13 таблиц.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Характеристики и применение медных сплавов

Медь и её сплавы обладают высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью, а также устойчивостью к агрессивным средам (высокой и низкой температуре, агрессивным средам), относительной лёгкостью и пластичностью. Вследствие этого они являются широко используемыми конструкционными материалами [1, 2, 3, 4]. Больше половины добываемой меди используется в электротехнике, однако для неё необходима медь высокой чистоты, так как примеси значительно ухудшают её электропроводность. Медь, чистую или с незначительным количеством примесей, также используют для производства теплообменников, радиаторов, теплопроводящих элементов. В качестве сплавов конструкционного назначения, упрочнённых наклепом или легированием, медные сплавы используют в строительстве и машиностроении. В частности, их применяют для производства контактных подвесок для электротранспорта, труб систем кондиционирования, отопления и водоснабжения, а также соединительных и подвижных элементов в машинах и приборах, таких как зубчатые колёса, шестерни, пружины и подшипники [5, 6, 7, 8].

Заметным недостатком некоторых медных сплавов, в частности алюминиевых бронз, является нестабильность их трибологического поведения. Трение скольжения без использования смазочных материалов часто сопровождается образованием механически перемешанных слоёв (МПС), которые определяют характеристики изнашивания и трения при заданной нагрузке и скорости скольжения. Одним из основных механизмов образования МПС является трибологическое перемешивание частиц износа, образующихся как на образце, так и на контртеле [9, 10]. Трибологический перенос и окисление частиц износа приводят к образованию оксидов металлов, принадлежащих обеим частям трибологически сопряженной пары [11, 12, 13].

Это может быть исправлено термической и механической обработкой, а также армированием твердыми частицами. В первую очередь это приводит к изменению микроструктуры итогового материала. Уменьшение размера зёрен в

обработанном материале приводит к зернограничному упрочнению. Механическая и термическая обработка также могут привести к повышению внутренних напряжений и возникновению микроразмерных дефектов в структуре обработанного материала, что может привести к дополнительному упрочнению. Добавление легирующих и армирующих элементов позволяет привести к формированию интерметаллидных и химических соединений, а также инициировать фазовые превращения. При этом дополнительное упрочнение может возникнуть за счет дисперсионного и твердорастворного механизмов. Эти механизмы позволяют улучшить механические свойства и итоговые эксплуатационные характеристики медных сплавов, в частности, прочность и износостойкость. Кроме того, армирующие частицы (или их фрагменты) перемешиваются с механически перемешанными слоями, что делает их устойчивыми к квазивязкому течению материала [14].

Однако в медных сплавах в процессе производства и дополнительной обработки часто образуются поры, несплошности и расслоения различного происхождения, размера и формы. Наличие дефектов приводит к ухудшению эксплуатационных свойств материалов, что делает их непопулярными в областях, где требуются высокие прочностные характеристики изделия [15, 16, 17].

1.2 Метод фрикционной перемешивающей обработки

Фрикционная перемешивающая обработка (ФПО) - метод локальной поверхностной модификации металлов и сплавов путём введения в заготовку вращающегося инструмента, перевода материала в пластифицированное состояние и его перемешивания в данном состоянии без образования жидкой фазы [18, 19]. Процесс разработан на основе технологии фрикционной перемешивающей сварки, используемой при производстве и ремонте криогенных топливных баков, корпусов автомобилей, судов, самолётов и космических аппаратов, а также деталей для них: радиаторов, поршней, корпусов двигателей, электрических шин [20, 21].

При адгезионном трении материала инструментом, проходящим по обрабатываемому участку, происходит интенсивная пластическая деформация материала. В процессе перемещения инструмента материал вытесняется за

инструмент, при этом движение материала имеет сложный характер [22, 23]. Интенсивная пластическая деформация и тепловое воздействие при ФПО приводят к формированию однородной равноосной, мелкозернистой структуры с высокими значениями механических свойств [15, 24, 25, 26, 27]. При этом пластичность исходных материалов может сохраняться [28, 29, 30]. Это позволяет использовать процесс фрикционной перемешивающей обработки для восстановления крупных изделий (гребных винтов, обшивки и корпусов) при износе и коррозии [31, 32], а также обработки сырья, используемого для дальнейшего производства более мелких деталей (подшипников) [33, 34].

Пластическая деформация происходит при температуре равной 0,3 - 0,9 от температуры плавления обрабатываемого материала, благодаря чему основные процессы структурообразования определяются деформационно-индуцированным твердофазным растворением компонентов с последующим формированием новых, измельчённых и рекристаллизованных зерен твердых растворов и интерметаллидных выделений [35, 36]. В исключительных случаях из-за экзотермических эффектов может образовываться жидкая фаза, а вследствие адгезионного взаимодействия между пластифицированным металлом и инструментом обработки может происходить образование новых нежелательных фаз [15, 37, 38]. Однако в настоящее время в литературе имеется лишь ограниченное количество данных по влиянию фрикционной перемешивающей обработки на структурно-фазовое состояние и свойства медных сплавов.

1.2.1 Влияние параметров фрикционной перемешивающей обработки на характеристики модифицированных материалов

Свойства обработанных материалов сильно зависят от параметров обработки, таких как количество проходов обработки, геометрия инструмента, угол его наклона, прижимное усилие инструмента, скорость вращения и перемещения инструмента в процессе обработки [22, 27, 35, 39]. Достижение оптимальных значений тех или иных свойств итогового материала и формирование структуры сильно зависит от того, насколько оптимально для этого был подобран режим обработки. Неправильный же подбор параметров ФПО может привести к

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Черемнов Андрей Максимович, 2026 год

Список литературы

1 Hamidah I. et. al. Corrosion of copper alloys in KOH, NaOH, NaCl, and HCl electrolyte solutions and its impact to the mechanical properties // Alexandria Engineering Journal - 2021. - V. 60(2). - pp. 2235 - 2243.

2 Achi^ei D.C. et. al. Improvement of Properties of Aluminum Bronze CuAl7Mn3 by Heat Treatments // Applied Mechanics and Materials - 2014. - V. 657, - pp. 412 -416.

3 Wan S. et. al. Microstructure and properties of cold sprayed aluminum bronze coating on MBLS10A-200 magnesium-lithium alloy // Materials Chemistry and Physics

- 2020. - V 281. - 125832.

4 Lu T. et. al. Enhanced mechanical and electrical properties of in situ synthesized nano-tungsten dispersion-strengthened copper alloy // Materials Science & Engineering

- 2021. - V. 799. - 140161.

5 Медь и деформируемые медные сплавы: учебное пособие / Ю.Н. Логинов

- Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. - 136 с.

6 Osipovich K.S. et. al. Features of Microstructure and Texture Formation of Large-Sized Blocks of C11000 Copper Produced by Electron Beam Wire-Feed Additive Technology // Materials - 2022. - V 15(3). - pp. 814 - 832.

7 Tian F. et. al. Research of Microstructure, Friction and Wear on Siliconized Aluminum-Bronze With Different Silicon Powder Ratio // Frontiers in Materials - 2021.

- V. 7. - 620500.

8 Ferreira L.F.P. et. al. Design of Hybrid Composites from Scrap Aluminum Bronze Chips / L.F.P. Ferreira et. al. // Mechanics of Composite and Multi-functional Materials - 2017. - V. 7, - pp. 131 - 138.

9 Schell J., Heilmann P., Rigney D.A. Friction and wear of Cu-Ni alloys // Wear -1982. - V. 75(2). - pp. 205 - 220.

10 Venkataraman B., Sundararajan G. The sliding wear behaviour of Al-SiC particulate composites. II. The characterization of subsurface deformation and correlation with wear behavior // Acta Materialia - 1996. - V. 44(2). - pp. 461 - 473.

11 Czupryk W. Frictional transfer of iron in oxidative wear conditions during lubricated sliding // Wear - 2000. - V. 237(2). - pp. 288 - 294.

12 Singh J.B., Wen J.G., Bellon P. Nanoscale characterization of the transfer layer formed during dry sliding of Cu-15wt.% Ni-8wt.% Sn bronze alloy // Acta Materialia -2008 - V. 56(13). - pp. 3053 - 3064.

13 Cai W., Bellon P. Subsurface microstructure evolution and deformation mechanism of Ag-Cu eutectic alloy after dry sliding wear // Wear - 2013. - V. 303(1-2). - pp. 602 - 610.

14 Yang L. et. al. Effects of alloying, heat treatment and nanoreinforcement on mechanical properties and damping performances of Cu-Al-based alloys: A review // Nanotechnology Reviews - 2021. - V. 10(1). - pp. 1560 - 1591.

15 Zykova A.P. et. al. A Review of Friction Stir Processing of Structural Metallic Materials: Process, Properties, and Methods // Metals - 2020. - V. 10(6). - pp. 772 - 812.

16 Bronzes for Aerospace Applications // Aerospace Materials and Material Technologies, chapter 11 / B. Saha et. al. - Indian Institute of Metals Series. - 2017. — pp. 247 - 266.

17 Dinaharan I. et. al. Microstructure and wear characterization of rice husk ash reinforced copper matrix composites prepared using friction stir processing // Journal of Alloys and Compounds. - 2017. - V. 178. - pp. 150 - 160.

18 Kalashnikov K.N., Chumaevskii A.V., Ivanov A.N. Producing High-Strength Materials by Friction Stir Processing // AIP Conference Proceedings - 2018. - V. 2053. - 040036.

19 Heidarzadeh A.et. al. Friction stir welding/processing of metals and alloys: A comprehensive review on microstructural evolution // Progress in Materials Science -2021. - V. 117. - 100752.

20 Industrial applications of friction stir welding // Friction Stir Welding. From Basics to Applications, chapter 5 / S.W. Kallee - Woodhead Publishing Series in Welding and Other Joining Technologies. - 2010. - pp. 118 - 163.

21 Friction stir welding applications in industry // Advances in Friction-Stir Welding and Processing, chapter 15 / A. Amini, P. Asadi, P. Zolghadr - Woodhead Publishing Series in Welding and Other Joining Technologies - 2014. - pp. 671 - 722.

22 Chumaevskii A.V., Kalashnikov K.N., Gusarova A.V. The Regularities of Structure Formation during Friction Stir Processing of Bimetallic Materials Based on Copper and Aluminum Alloys // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering - 2020. - V. 753(4). - 052022.

23 Iwaszko J., Kudla K. Friction stir processing of copper // Proceedings 28th International Conference on Metallurgy and Materials - 2019. - pp. 1051 - 1056.

24 Jordon J.B. et. al. Beyond Friction Stir Welding: Friction Stir Processing and Additive Manufacturing // Fatigue in Friction Stir Welding. - 2019. - pp. 137 - 143.

25 Rahimzadeh A. et. al. Effect of friction stir welding heat input on the microstructure and tensile properties of Cu-Zn alloy containing disordered p phase // Journal of Materials Research and Technology. - 2020. - V. 9(5). - pp. 11154 - 11161.

26 Friction-stir processing // Nanocrystalline Titanium. Micro and Nano Technologies, chapter 4 / S. Mironov, Yu.S. Sato, H. Kokawa - 2019.

27 Jeganathan A.V., Ranganath M.S., Mishra R.S. Friction Stir Processed Copper: A Review // International Research Journal of Sustainable Science & Engineering - 2015.

- V. 3(8). - pp. 1 - 11.

28 Chumaevskii A. et. al. Hardening of Aluminium Alloy 5556 and Copper C11000 Obtained by the Additive Electron-Beam Method with the Following Friction Stir Processing // 2020 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects

- 2020. - V. 7. - pp. 1299 - 1303.

29 Gusarova A.V. et. al. Defects of macro- and microstructure of Cu-Fe system polymetallic materials produced by the hybrid additive-thermomechanical technique // AIP Conference Proceedings - 2020. - V. 2310. - 020122.

30 Zykova A. et. al. Microstructure of In-Situ Friction Stir Processed Al-Cu Transition Zone // Metals - 2020. - V. 10(6). - pp. 818 - 831.

31 Friction stir welding/processing as a repair welding // Advances in Friction-Stir Welding and Processing, chapter 10 / P. Salami et. al. - Woodhead Publishing Series in Welding and Other Joining Technologies - 2014. - pp. 427 - 457.

32 Narender M., Manoj A., Jakirahamed A.D. Study on defects repairing using Friction Stir technologies // Materials Today: Proceedings - 2021. - V.44(1). - pp. 2373 - 2379.

33 Kasraie M. et. al. Production of Al-Sn bearing material by friction stir processing technique: structural evaluation and mechanical property // Materials Research Express - 2019. - V. 6(2). - 026503.

34 Leszczynska-Madej B. et. al. Effects of the Processing Parameters of Friction Stir Processing on the Microstructure, Hardness and Tribological Properties of SnSbCu Bearing Alloy // Materials - 2020. - V. 13(24). - pp. 5826 - 5841.

35 Fabrication of Metal Matrix Composites by Friction Stir Processing: Behavior, Characterization, and Manufacturing // Futuristic Composites. Materials Horizons: From Nature to Nanomaterials / V. Upadhyay, Ch. Sharma - 2015. - pp. 245 - 257.

36 Bheekya Naik R., et. al. Development of High-Strength and High-Electrical Conductivity Cu-Zr Alloy Through Friction Stir Processing // Transactions of the Indian Institute of Metals. - 2019. - V. 72. - pp. 1431 - 1435.

37 Zykova A. et. al. Evolution of Microstructure in Friction Stir Processed Dissimilar CuZn37/AA5056 Stir Zone // Materials - 2021. - V. 14(18). - pp. 5208 -5224.

38 Zykova A. et. al. Structural evolution of contact parts of the friction stir processing heat-resistant nickel alloy tool used for multi-pass processing of Ti6Al4V/(Cu+Al) system // Wear - 2022. - V. 488 - 489. - 204138.

39 Sedaghati A., Bouzary H. A study on the effect of cooling on microstructure and mechanical properties of friction stir-welded AA5086 aluminum butt and lap joints // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications - 2017. - V. 233(6). - pp. 1 - 10.

40 General introduction // Advances in Friction-Stir Welding and Processing, chapter 1 / M.K. Besharati Givi, P. Asadi - Woodhead Publishing Series in Welding and Other Joining Technologies. - 2014. - pp. 1 - 19.

41 Kumar H., Prasad R., Kumar P. Effect of tool pin eccentricity on microstructural and mechanical properties of friction stir processed copper // Vacuum. - 2021. - V. 185. - 110037

42 Force and torque in friction stir welding // Advances in Friction-Stir Welding and Processing, chapter 11 / P. Shahi, M. Barmouz, P. Asadi - Woodhead Publishing Series in Welding and Other Joining Technologies. - 2014. - pp. 459 - 498.

43 Sharma V., Prakash U., Manoj Kumar B.V. Surface composites by friction stir processing: A review // Journal of Materials Processing Technology - 2015. - V. 224. pp. 117 - 134.

44 He X., Gu F., Ball A. A review of numerical analysis of friction stir welding // Progress in Materials Science - 2014. - V. 65. - pp. 1 - 66.

45 Akbarpour M.R. et. al. An overview of friction stir processing of Cu-SiC composites: Microstructural, mechanical, tribological, and electrical properties // Journal of Materials Research and Technology - 2023. - V.27. - pp. 1317 - 1349.

46 Tarasov S.Yu. et. al. Effect of friction stir welding parameters on defect formation // AIP Conference Proceedings - 2015. - V. 1683(1). - 020230.

47 Introduction to Friction Stir Processing (FSP) // Metal Matrix Composites by Friction Stir Processing / R. Bauri, D. Yadav - 2018. - pp. 17 - 29.

48 Yan D., Vahlstrom L. Analysis of Shoulder Driven Zone Formation in Friction Stir Welding Using Advanced Scroll Tool // Journal of Materials Engineering and Performance. - 2021. - V. 30. - pp. 8633 - 8642.

49 Heat transfer and material flow in friction stir welding // Advances in FrictionStir Welding and Processing, chapter 2 / S. Bag, D. Yaduwanshi, S. Pal -Woodhead Publishing Series in Welding and Other Joining Technologies. - 2014. - pp. 21 - 63.

50 Yoon T.-J., Yun J.-G., Kang Ch.-Yu. Formation mechanism of typical onion ring structures and void defects in friction stir lap welded dissimilar aluminum alloys // Materials & Design - V. 90. - pp. 568 - 578.

51 Mishra R.S., Ma Z.Y. Friction stir welding and processing // Materials Science and Engineering: R: Reports - V. 50 (1 - 2). - pp. 1 - 78.

52 Cartigueyen S., Mahadevan K. Role of Friction Stir Processing on Copper and Copper based Particle Reinforced Composites - A Review // Journal of Materials Science & Surface Engineering - 2015. - V. 2(2). - pp. 133 - 145.

53 Iwaszko J. New Trends in Friction Stir Processing: Rapid Cooling—A Review // Transactions of the Indian Institute of Metals - 2022. - V. 75. - pp. 1681 - 1693.

54 Patel M.S. et. al. Critical Review on Advanced Cooling Strategies in Friction Stir Processing for Microstructural Control // Crystals - 2024. - V. 14(7). - pp. 655 -678.

55 Iwaszko J., Kudla K. Microstructure, hardness, and wear resistance of AZ91 magnesium alloy produced by friction stir processing with air-cooling // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - 2021. - V. 116. - pp. 1309 - 1323.

56 Zhang H.J., Liu H.J., Yu L. Effect of Water Cooling on the Performances of Friction Stir Welding Heat-Affected Zone // Journal of Materials Engineering and Performance - 2012. - V. 21. - pp. 1182 - 1187.

57 Behtaripour E. et. al. High-temperature tensile properties of friction stir processed AA2024 aluminum alloy under varying in situ cooling conditions // Journal of Materials Research and Technology - 2025. - V. 35. - pp. 140 - 151.

58 Sree Sabari S., Malarvizhi S., Balasubramanian V. Influences Of Tool Traverse Speed On Tensile Properties Of Air Cooled And Water Cooled Friction Stir Welded AA2519-T87 Aluminium Alloy Joints // Journal of Materials Processing Technology -2016. - V. 237. - pp. 286 - 300.

59 Fratini L., Buffa G., Shivpuri R. Mechanical and metallurgical effects of in process cooling during friction stir welding of AA7075-T6 butt joints // Acta Materialia - 2010. - V. 58(6). - pp. 2056 - 2067.

60 Snyder B., Strauss A.M. In-process cooling of friction stir extruded joints for increased weld performance via compressed air, water, granulated dry ice, and liquid nitrogen // Journal of Manufacturing Processes - 2021. - V. 68, part A. - pp. 1004 - 1017.

61 Su L. et. al. Tribological behavior of copper-iron particles as third body additives on copper matrix composites: Experiment link third body morphology to accommodation mechanism // Tribology International. - 2024. - V. 191. - 109118.

62 Liang Ya. Et. al. Microstructure, mechanical and tribological properties of CuSn/Cr3C2/Gr composites // Composite Structures. - 2023. - V. 324. - 117575.

63 David P. et. al. Fabrication and development of high temperature resisted bronze composites using 3D printed gate pattern through stir casting route // Thermal Science and Engineering Progress. - 2024. - V. 53. - 102710.

64 Ren F. et. al. Tribological and corrosion behaviors of bulk Cu-W nanocomposites fabricated by mechanical alloying and warm pressing // Journal of Alloys and Compounds - 2016. - V. 676. - pp. 164 - 172.

65 Nagunoori R. et. al. Experimental and optimization studies of friction stir processed Cu-TiB2 surface composites // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science - 2024. - V. 238(12).

66 Iwaszko J., Sajed M. Technological Aspects of Producing Surface Composites by Friction Stir Processing—A Review // Journal of Composites Science - 2021. -V.5(12). - pp. 323 - 353.

67 Sabbaghian M. et. al. Effect of friction stir processing on the microstructure and mechanical properties of Cu-TiC composite // Ceramics International - 2014. - V. 40(8, part B). - pp. 12969-12976.

68 Zhou H. et. al. Friction and wear maps of copper metal matrix composites with different iron volume content // Tribology International - 2019. - V. 132. - pp. 199 -210.

69 Su L. et. al. Iron Powder Third Body Contribution to Friction Performance of Copper-Matrix Friction Composites // Tribology Transactions - 2019. - V. 62. - pp. 486 - 495.

70 Sarmadi H., Kokabi A.H., Seyed Reihani S.M. Friction and wear performance of copper-graphite surface composites fabricated by friction stir processing (FSP) // Wear

- 2013. - V. 304. - pp. 1 - 12.

71 Hamamda S. et. al. Thermal Analysis of Copper-Titanium-Multiwall Carbon Nanotube Composites // Nanoscale Research Letters - 2017. - V. 12(251). - pp. 1 - 5.

72 Huang Y. et. al. High temperature friction and wear behavior of tungsten -copper alloys // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials - 2018. -V. 77, pp. 105-112.

73 Md Ali M.A. et. al. Performance of Copper, Copper Tungsten, Graphite and Brass Electrode on MRR, EWR and SR of Aluminium LM6 in EDM Die Sinking // Journal of Advanced Research in Applied Mechanics - 2015. - V. 6(1). - pp. 30 - 36.

74 Lungu M.V. Development and Investigation of Tungsten Copper Sintered Parts for Using in Medium and High Voltage Switching Devices // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering - 2017. - V. 209. - 012012.

75 Lungu M.V. Tungsten-Copper Composites for Arcing Contact Applications in High Voltage Circuit Breakers // Material Science Research India - 2020. - V. 17(3). -pp. 214 - 229.

76 Dong L.L. et. al. Recent progress in development of tungsten-copper composites: Fabrication, modification and applications // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials - 2018. - V. 75. - pp. 30 - 42.

77 Zhang Q., Liang Sh., Zhuo L. Fabrication and properties of the W-30wt%Cu gradient composite with W@WC core-shell structure //Journal of Alloys and Compounds

- 2017. - V. 708. - pp. 796 - 803.

78 Mohammed K.S., Rahmat A., Aziz A. Self-compacting high density tungsten-bronze composites // Journal of Materials Processing Technology - 2013. - V. 213(7). -pp. 1088 - 1094.

79 Ji K. et. al. Effects of reinforcing tungsten fibers and skeleton pre-sintering temperature on microstructure, mechanical and electrical properties of ultrafine-grained tungsten-copper composites // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials - 2022. - V. 108. - 105929.

80 Khrustalev A.P. et. al. Physical and Mechanical Properties of Cuw20 Composites Synthesized by Explosive Compaction of Bimetallic Nanoparticles // Russian Physics Journal - 2020. - V. 62. - pp. 1822 - 1830.

81 Banoth R., Raveendra D. composites for resistivity applications // Aut Aut Research Journal - 2020. - V. 11(6). - pp. 129 - 137.

82 Wang X. et. al. Tungsten/copper composite sheets prepared by a novel encapsulation rolling technique // Journal of Alloys and Compounds - 2021. - V. 884. -161051.

83 Hou Ch. et. al. W-Cu composites with submicron- and nanostructures: progress and challenges // NPG Asia Materials - 2019. - V. 11(1). - pp. 74 - 94.

84 Thomas K. et. al. Microstructure and mechanical properties of metastable solid solution copper-tungsten films // Thin Solid Films - 2017. - V. 642. - pp. 82 - 89.

85 Shikalov V.S. et. al. Microstructure, mechanical and tribological properties of cold sprayed Cu-W coatings // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials - 2022. - V. 106. - 105866.

86 Zhang L. et. al. Improving comprehensive performance of copper matrix composite by spray pyrolysis fabricated CNT/W reinforcement // Journal of Alloys and Compounds - 2020. - V. 833. - 154940.

87 Chen C.-F. et. al. Processing and consolidation of copper/tungsten // Journal of Materials Science - 2017. - V. 52. - pp. 1172 - 1182.

88 Tan Ch. et. al. Selective laser melting of high-performance pure tungsten: parameter design, densification behavior and mechanical properties // Engineering and Structural materials - 2018. - V. 19(1). - pp. 370 - 380.

89 Chen W. et. al. The process of surface carburization and high temperature wear behavior of infiltrated W-Cu composites // Surface and Coatings Technology - 2018. -V. 353. - pp. 300 - 308.

90 Hashempour M., Razavizadeh H., Rezaie H. Investigation on wear mechanism of thermochemically fabricated W-Cu composites // Wear - 2010. - V. 269(5-6). -pp.405 - 415.

91 Pervikov A. et. al. Microstructure and properties of a nanostructured W-31 wt% Cu composite produced by magnetic pulse compaction of bimetallic nanoparticles // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials - 2022. - V. 103. -105735.

92 Li Yu. Et. al. Excellent wear resistance of multicomponent nanocrystalline W-Cu based composite // Journal of Alloys and Compounds - 2021. - V. 861. - 158627.

93 Material Transfer by Friction Stir Processing // Multiscale Biomechanics and Tribology of Inorganic and Organic Systems / Eliseev A.A., Kalashnikova T.A., Filippov A.V., Kolubaev E.A. - 2021. - pp. 169 - 188.

94 Mazaheri H., Aval H. J., Jamaati R. Pre-strain assisted low heat-input friction stir processing to achieve ultrafine-grained copper // Materials Science and Engineering: A. - 2021. - V. 826. - 141958.

95 Rubtsov V. et. al. Macro- and Microstructure of In Situ Composites Prepared by Friction Stir Processing of AA5056 Admixed with Copper Powders // Materials -2023. - V. 16(3). - pp. 1070 - 1091.

96 Barmouz M., Givi M.K.B. Fabrication of in situ Cu/SiC composites using multipass friction stir processing: Evaluation of microstructural, porosity, mechanical and electrical behavior // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing - 2011. -V. 42(10). - pp. 1445 - 1453.

97 Двойные и многокомпонентные системы на основе меди // Под ред. С.В. Шухардина - М.: Наука, 1979 г. - 248 с.

98 Диаграммы состояния двойных металлических систем, том 1. // Под. ред. Н.П. Лякишева - М.: Машиностроение, 1996 г. - 992 с.

99 Fusion welding - process variables // Introduction to the Physical Metallurgy of Welding (Second Edition), chapter1 / K. Easterling - 1992. - pp. 1 - 54.

100 Диаграммы состояния двойных металлических систем, том 2. // Под. ред. Н.П. Лякишева - М.: Машиностроение, 1997 г. - 1024 с.

101 ГОСТ 1789-2013 Полосы и ленты из берилиевой бронзы. Технические условия. - введ. 2015-01-01. - М.: Стандартинформ. - 2014.

102 Ashrafî H. et. al. The impact of welding heat input on microstructure, microtexture, and mechanical properties of stir zone in friction stir welded DP600 steel // Materials Today Communications - 2023. - V. 37. - 107127.

103 Esmailzadeh M. et. al. Microstructure and mechanical properties of friction stir welded lean duplex stainless steel // Materials Science & Engineering A - 2013. - V. 561. - pp. 486 - 491.

104 Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ. Справочник, издание четвёртое // Под ред. С.Н. Богданова - Санкт-Петербург: СПбГАХПТ, 1999. - 320 с.

105 Основы теплопередачи. Издание второе / М.А. Михеев, И.М. Михеева -М.: «Энергия», 1977. - 344 с.

106 Колдин А.В., Платонов Н.И. Теплообмен при струйном охлаждении высокотемпературной поверхности // Вестник Челябинского государственного университета - 2013. - №25. - С. 48 - 51.

107 Zuckerman N., Lior N. Jet Impingement Heat Transfer: Physics, Correlations, and Numerical Modeling // Advances in Heat Transfer - 2006. - V. 39. - pp. 565 - 631.

108 Alekhina R.A. et. al. Evaluation of Uniformity of Particle Distribution in Composite Materials Based on Molded Polyurethanes // Polymer Science, Series D -2023. - V. 16. - pp. 993 - 997.

109 Geng Yu. et. al. Effects of the laser parameters on the mechanical properties and microstructure of weld joint in dissimilar pulsed laser welding of AISI 304 and AISI 420 // Infrared Physics & Technology - 2019. - V. 103. - 103081.

110 Liu Y., Erdemir A., Meletis E.I. A study of the wear mechanism of diamondlike carbon films // Surface and Coatings Technology - 1996. - V. 82(1-2). -pp. 48 - 56.

111 Mironov Y.P., Meisner L.L., Lotkov A.I. The structure of titanium nickelide surface layers formed by pulsed electron-beam melting // Technical Physics - 2008. - V. 53. - pp. 934 - 942.

112 Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки. Справочные // О.К. Осинцев, В.Н. Фёдоров - М.: «Машиностроение», 2004. - 336 с.

113 Ameri A.A.H. et. al. General methodology to estimate the dislocation density from microhardness measurements // Materials Characterization - 2017. - V. 131. - pp. 324 - 330.

114 Basariya A.G., Sanadze V.V. Production of low-dislocation single crystals of Cu-Si alloy and study of the dependence of the microhardness on the dislocation density and the percentage content of silicon in the copper // Soviet Physics Journal - 1975. - V. 18. - pp. 105 - 107.

115 Jiang J., Britton T.B., Wilkinson A.J. Evolution of dislocation density distributions in copper during tensile deformation // Acta Materialia - 2013. - V. 61(19).

- pp. 7227 - 7239.

116 Krishnan K.N. On the formation of onion rings in friction stir welds // Materials Science and Engineering: A - 2002. - V. 327(2). - pp. 246 - 251.

117 Hariram M. et. al. Influence of Cold work on aging response of C17200-Beryllium Copper Alloy C17200 // Materials Today: Proceedings - 2017. - V. 4(10). -pp. 11188 - 11193.

118 Behjati P., Vahid Dastjerdi H., Mahdavi R. Influence of ageing process on sound velocity in C17200 copper-beryllium alloy // Journal of Alloys and Compounds -2010. - V. 505(2). - pp. 739 - 742.

119 Lim Ye., Lee K., Moon S. Effects of a Post-Weld Heat Treatment on the Mechanical Properties and Microstructure of a Friction-Stir-Welded Beryllium-Copper Alloy // Metals - 2019. - V. 9(4). - 461.

120 Findik F. Discontinuous (cellular) precipitation // Journal of Materials Science Letters - 1998. - V. 17. - pp. 79 - 83.

121 Zolghadr P., Akbari M., Asadi P. Formation of thermo-mechanically affected zone in friction stir welding // Materials Research Express - 2019. - V. 6. - 086558.

122 Tongne A. et. al. On material flow in Friction Stir Welded Al alloys // Journal of Materials Processing Technology - 2017. - V. 239. - pp. 284 - 296.

123 Liu F.C., Nelson T.W. In-situ material flow pattern around probe during friction stir welding of austenitic stainless steel // Materials and Design - 2016. - V. 110.

- pp. 354 - 364.

124 Черемнов А.М. и др. Особенности взаимодействия инструмента из сплава ЖС6У и аддитивно полученного титанового сплава при фрикционной перемешивающей обработке // Вестник Сибирского государственного индустриального университета - 2024. - № 2 (48). - С. 33 - 42.

125 Chen Yu. et. al. Effects of friction-stir processing with water cooling on the properties of an Al-Zn-Mg-Cu Alloy // Materials Science and Technology - 2018. - V. 34(2). - pp. 1 - 8.

126 Sidorov E.A. et. al. Formation of al-zn-cu-mg alloy joint structure under friction stir welding with additional liquid cooling and subsequent artificial aging // Russian Physics Journal - 2025. - V. 67. - pp 2077 - 2082.

127 Besson R. et. al. Mechanisms of formation of Al4Cu9 during mechanical alloying: An experimental study // Acta Materialia - 2015. - V. 87. - pp. 216 - 224.

128 Zhang Q., Gong W., Liu W. Microstructure and mechanical properties of dissimilar Al-Cu joints by friction stir welding // Transactions of Nonferrous Metals Society of China - 2015. - V. 25. - pp. 1779-1786.

129 Zykova A. et. al. Decomposition of P'-martensite in annealing the additively manufactured aluminum bronze // Materials Letters - 2023. - V. 338. - pp. 134064.

130 Wong P.K. et. al. Laser fabrication of W-reinforced Cu layers II: Electrical wear behavior in air and synthetic acid rain // Materials Chemistry and Physics - 2016. -V. 177. - pp. 118 - 130.

131 Jahangiri M. et. al. A new method to investigate the sliding wear behaviour of materials based on energy dissipation: W-25 wt.%Cu composite // Wear - 2012. - V. 274-275. - pp. 175-182.

132 Tarasov S., Rubtsov V., Kolubaev A. Subsurface shear instability and nanostructuring of metals in sliding // Wear - 2010. - V. 268. - pp. 59 - 66.

133 Kalashnikov K.N. et. al. Towards aging in a multipass friction stir-processed АА2024 // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - 2019. -V. 103. - pp. 2121 - 2132.

Приложение А

Исходные свойства, химический и фазовый состав используемых сплавов

Таблица 1 - Характеристики медных сплавов в соответствии с нормативной документацией

Сплав Прокат Тпл, °С л, - об, МПа Е, %

БрАМц9-2 твёрдый 1060 71,4 590 - 700 5

мягкий 440 18

БрОФ6,5-0,15 твёрдый 995 71,2 570 - 785 3 - 5

мягкий 290 35 - 38

БрБ2 твёрдый 955 104,7 590 - 1370 2,5

мягкий 83,7 390 - 590 20 - 30

БрКМц3-1 твёрдый 1025 37,7 590 - 760 2 - 5

мягкий 350 28 - 35

Л63 твёрдый 906 120 410 - 570 8

мягкий 290 - 390 30

Таблица 2 - Химический состав использованных сплавов

Сплав Си А1 Мп 8п р Бе 81 Ре N1 Прочее

БрАМц9-2 86,47 10,71 1,47 0,246 - - 0,239 0,052 0,11 0,025 0,67

Бр0Ф6,5-0,15 92,09 - - 7,1 0,272 - - 0,138 0,053 - 0,03

БрБ2 96,9 0,15 - - - 1,8 0,15 - 0,15 0,2 0,005

БрКМц3-1 94,82 - 0,965 0,031 - - 2,91 - 0,107 0,798 0,3

Л63 63,39 - - - 0,135 - 0,149 36,07 0,079 0,039 0,11

Рисунок 1 - Диаграмма состояния систем медь-алюминий (а), медь-олово (б), медь-бериллий (в), медь-кремний (г), медь-цинк (д). Красным пунктиром отмечены концентрации легирующих элементов, актуальные для исследуемых

сплавов

Приложение Б

СЕСПЕПЬ

)

Закрытое акционерное общество Чебоксарское предприятие "сеспель"

Россия, Республика Чувашия, 428032,

жъ

й

г.Чебоксары, ул.Ленинградская.Зб, тел. [phone], факс [phone]

e-mail; [e-mail]; web: www.sespel.com

Комиссия в составе: председатель: члены комиссии:

УТВЕРЖДАЮ Директор ЗАО «Чебоксарское предприятий «(¿еспел,ь» —-Баюлаев В,

М.

202

АКТ ИСПЫТАНИИ

директор

начальник отдела внешнеэкономической деятельности ВЭД главный инженер

заместитель директора по коммерческим вопросам

Бакшаев В.А.

Руссков В.Г. Индубаев В.И.

Бакшаев A.B.

составила настоящий акт о том, что ЗАО «Чебоксарское предприятие «Сеспель» проведены исследовательские испытания усовершенствованной технологии фрикционной перемешивающей обработки деталей из медных сплавов антифрикционного назначения (разработчики: Колубаев Е.А., Рубцов В.Е., Чумаевский A.B., Княжев Е.О., Черемнов A.M.). В рамках выполнения работ разработана методика подбора параметров режимов фрикционной перемешивающей обработки, обеспечивающих формирование композитных материалов с повышенной износостойкостью.

Комиссией установлено:

1. Предложенные новые подходы к фрикционной перемешивающей обработке позволяют получать композитные материалы на основе медных сплавов с упрочнением порошками XV, Бе и Ть Полученные материалы показали повышенную износостойкость в сравнении с необработанными сплавами.

2. Практическое применение полученных результатов при обработке медных сплавов позволяет оптимизировать режимы фрикционной перемешивающей сварки