Наукові і технологічні засади виробництва виливків, оптимізації структури і властивостей зносостійких металокомпозитів системи мідь-сталь

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна Академія наук України

Фізико - технологічний інститут металів та сплавів

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Фізико-технологічному інституті металів та сплавів національної Академії наук України

Захист відбудеться “3”квітня 2008 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.232.01 Фізико-технологічного інституту металів та сплавів НАН України. 03680, Київ - 142, МСП, пр. Вернадського, 34/1, ФТІМС НАН України, факс (044) 452-35-15, e - mail: metal@ptima.kiev.ua.

Науковий консультант

доктор технічних наук, професор Хричіков Валерій Євгенович, Національна металургійна академія України МОН, зав. кафедрою ливарного виробництва.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Фізико-технологічного інституту металів та сплавів НАН України

Автореферат розісланий “25” лютого 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.232.01

доктор технічних наук Тарасевич М.І.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Розвиток науково-технічного прогресу сучасної промисловості можливий тільки на основі масштабного застосування новітніх технологій і наукоємних матеріалів. Підвищені вимоги до рівня триботехнічних властивостей матеріалів, відповідно до екстремальних умов експлуатації багатьох видів деталей, сьогодні неможливо реалізувати за рахунок використання лише серійних сплавів і традиційних методів їх обробки: легування, модифікування, термообробки, тощо. Необхідність і актуальність створення та впровадження в промисловість нових антифрикційних металокомпозитів обумовлена такими аргументами:

- в більшості випадків деталі машин, оснащення, інструмент виходять з ладу внаслідок контакту поверхонь, які труться ;

- недостатня зносостійкість трибоматеріалів призводить до невиправдано великих витрат, завчасного виходу з ладу вузлів тертя, вимушених зупинок обладнання, перевантаження промислових потужностей виготовленням запчастин;

- експертна оцінка переконливо показала, що сьогодні машинобудування забезпечене антифрикційними матеріалами недостатньо: тільки на 10-60 %. Для задоволення вимог промисловості необхідно розробити нові матеріали з підвищеним в 2-10 разів рівнем зносостійкості. Особливо це важливо для деталей, які експлуатуються в екстремальних умовах підвищених навантажень, температур, швидкостей ковзання, сухого або граничного тертя;

- висока зносостійкість повинна поєднуватись з технологічністю і економними витратами на виготовлення трибовиробів з нових матеріалів.

Для України розробка і впровадження нових зносостійких матеріалів, з недефіцитних і недорогих компонентів є актуальною, ще й з таких причин: 1)недостатній обсяг розробок та впровадження нових зносостійких матеріалів;

2)відсутність власних покладів і виробництва ряду кольорових металів, необхідних для одержання антифрикційних кольорових або легованих сплавів;3) високі витрати на імпорт трибоматеріалів та запчастин.

Над проблемами розробки та удосконалення антифрикційних матеріалів працюють вчені та технологи всіх промислово розвинутих країн, але зростання обсягів використання принципово нових трибоматеріалів, зокрема, металокомпозитів, неадекватне їх техніко-експлуатаційним можливостям. Аналіз наявної інформації свідчить, що фундаментальна наука в даній галузі знаходиться в стадії накопичення та узагальнення експериментальних даних, а технологія виробництва трибовиробів із зносостійких економноармованих металокомпозитів - в стадії розробки і удосконалення. Тому розвиток теорії і технології створення нових зносостійких литих композиційних матеріалів (ЛКМ) системи „мідь-сталь”- нової генерації антифрикційних матеріалів, є актуальною і важливою науково-технічною проблемою.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відділі композиційних матеріалів Фізико-технологічного інституту металів та сплавів НАН України (ФТІМС НАН України) у відповідності з такими планами науково-дослідних робіт: проект №4.4/593 „Вивчити закономірності взаємодії фаз при формуванні матеріалів (ЛАМ) з метою одержання виробів з заданим комплексом експлуатаційних властивостей”. (№ДР 01974U17354), програма Державного фонду фундаментальних досліджень України; №1.6.213 „Дослідити вплив термочасових факторів на кінетику твердіння, структуру та службові характеристики композиційних виливків при підвищених температурах”, (№ДР 01910029271); тема № 1.6.5.384 „Дослідження теплофізичних процесів та структуроутворення в умовах рідиннофазної консолідації компонентів та створення на цій основі ресурсозберігаючих технологій композиційного лиття армованих матеріалів з використанням промислових відходів”, (№ ДР 197U009249); тема № 1.6.5.472 „Фізико-технологічні основи впливу особливостей морфології структурних складових на процеси формування, триботехнічні та експлуатаційні властивості перспективних литих композиційних матеріалів на металевій основі”, (№ ДР 0100U006730); тема № 111-19-05-542 „Дослідити закономірності формування структури та трибовластивості литих композиційних матеріалів на металевій основі при абразивному зношування” (№ ДР 0105U001660); Проект № 2М/87-2000 „Впровадження в СРВ технології виробництва композиційного матеріалу на основі міді і сталі” Міністерства освіти і науки України в рамках в рамках Міждержавної програми науково-технічного співробітництва В'єтнаму та України.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є створення наукових і технологічних засад розробки складу та раціональних технологій одержання заготовок з макрогетерогенних зносостійких ЛКМ на основі мідних сплавів, армованих сталевими гранулами; розробка технології виробництва, випробування та впровадження в промисловість нових металокомпозитів системи „мідь- сталь” з підвищеними трибохарактеристиками.

Для досягнення поставленої мети в роботі розв'язані головні задачі:

- на основі аналізу проблем і тенденцій розвитку антифрикційних матеріалів, обгрунтувано актуальність, визначено задачі дослідження, можливі перспективні рішення в галузі створення і застосування нових антифрикційних матеріалів;

- досліджено контактну взаємодію фаз в процесі твердорідиннофазного суміщення ЛКМ;

- вивчено особливості гідродинаміки просочення, теплофізики і кінетики твердіння, напруженого стану, формування структури виливків з макрогетерогенних ЛКМ; визначено температурно-часові параметри технологічного процесу, при яких можливість утворення ливарних дефектів мінімальна;

- досліджено формування вторинних структур в робочих шарах ЛКМ в процесі навантаження макрогетерогенної деталі тертям ковзання;

- вивчено вплив морфології структурних складових на механічні та триботехнічні характеристики макрогетерогенних металокомпозитів, розроблено технологічні прийоми, які допомагають підвищити ці показники;

- розроблено раціональний технологічний процес одержання литих заготівок з ЛКМ, їх механічної обробки та реціклінгу відпрацьованих деталей;

- після дослідно-промислового випробування визначено ефективність застосування розроблених ЛКМ в високонавантажених вузлах тертя та освоєно виробництво та впровадження підшипників ковзання з ЛКМ „мідь-сталь” на підприємствах України, В'єтнаму; розроблені рекомендації щодо подальшого розширення застосування зносостійких ЛКМ системи „мідь-сталь” замість антифрикційних бронз та інших трибоматеріалів.

Об'єкт дослідження. Макрогетерогенні антифрикційні литі композиційні матеріали, які складаються з твердих високомодульних армуючих елементів (сталеві гранули), об'єднаних в композитний виріб литою пластичною матрицею (мідні сплави). Для скорочення: ЛКМ системи „мідь-сталь”.

Предмет дослідження. Закономірності формування литої макрогетерогенної композиційної структури, фізико-механічних властивостей антифрикційних ЛКМ системи „мідь-сталь”; впливу морфології структурних складових та інших факторів на зношування ЛКМ при терті ковзання; технології виробництва виливків з ЛКМ, дослідно-промислове випробування і впровадження в промисловість розроблених антифрикційних композитів.

Методи дослідження. При виконанні роботи використовували сучасні експериментальні, аналітичні і комп'ютерні методи дослідження такі, як математичне і фізичне моделювання, натурний експеримент в лабораторних і виробничих умовах; сучасні металографічні, мікрорентгеноспектральні і фізичні методи дослідження процесів міжфазної взаємодії формування структури і фізико-механічних властивостей, триботехнічних характеристик ЛКМ з використанням сучасного імпортного і вітчизняного дослідницького обладнання, стандартних і спеціальних методик. Процеси змочування, розтікання і адгезії фаз при твердо-рідинній консолідації ЛКМ „мідний сплав - стальні гранули” вивчали за допомогою установки і методики вимірювання лежачої краплі, розроблених у ФТІМС НАНУ. Кінетику прогріву, охолодження, твердіння макрогетерогенного виливка вивчали за допомогою математичного моделювання та натурного експерименту. Трибовипробування ЛКМ, в порівнянні з відомими антифрикційними сплавами, на машині тертя 2070 СМТ-1; на машині тертя МТ 68 та автоматизованому триботехнічному комплексі (АТК), який містить машину тертя СМЦ-2, а також по методикам лабораторії Інституту промислових технологій і матеріалів (м. Аппельдорн, Нідерланди).

Наукова новизна результатів, одержаних в дисертації.

- Визначено температурні залежності величин контактного кута змочування, роботи адгезії в системі мідних розплавів і підложок з залізовуглецевих сплавів стосовно умов міжфазної взаємодії в інтервалі температур 1100-13000С, відповідно до особливостей твердорідинної консолідації виливків з макрогетерогенних ЛКМ системи „мідь-сталь”.Визначено варіанти кращого просочення, утворення щільного зв'язку фаз у виливках ЛКМ різних складів:(оптимально-матриця з Бр.К3Мц1, підложка - вуглецева сталь).

- Встановлено що в процесі високотемпературної консолідації виливків ЛКМ системи „мідний сплав-сталеві гранули” в результаті міжфазної взаємодії перерозподіляються практично всі легуючі елементи: C, Si, Mn, Cr. Найбільш важливе значення має перерозподіл вуглецю і кремнію, що може привести до зміни структурно-чутливих властивостей фаз матриці і армуючої фази, утворення інтерметалідів на границі.

- Визначені особливості теплообміну, кінетики охолодження і твердіння при одержанні виливка втулки з ЛКМ в системі „ливарна форма - матричний розплав - порова насадка - внутрішній стрижень”, залежно від температурно-часових факторів, складу і параметрів армування ЛКМ. Встановлено, що особливості руху та розташування в часі ліній температур ліквідусу і солідусу по перерізу відливка, для конкретних ЛКМ визначаються асиметрією інтенсивності зовнішнього тепловідводу, особливостями теплофізичних властивостей складових та інтервалом кристалізації мідного матричного сплаву. Для ЛКМ різних складів обгрунтовано умови бездефектного просочення порових армуючих насадок, розроблено метод ізотермічного просочення, який зменшує вірогідність утворення дефектів газо- усадочного походження в композиційному виливку.

-За допомогою моделювання поляризаційно-оптичним методом напруженого стану при навантаженні виливка тертям-ковзання вивчене силове поле розподілу напружень в ЛКМ. Показано, що напруження локалізуються в твердих армуючих елементах, а пластична матриця не отримує значних напружень. Підтверджено, що для макрогетерогенних ЛКМ системи „мідь-сталь” найбільш вразливими є три зони напружень: між та під армуючими гранулами в напрямі поверхні тертя та на вершинах контактуючих нерівностей.

-Вперше визначені особливості утворення градієнтної трибоструктури і руйнування поверхневих шарів при навантаженні тертям ковзання макрогетерогенних зносостійких ЛКМ системи „мідь-сталь”. Показано, що на контактній поверхні утворюються пластичні і міцні розділяючі плівки, які складаються з оксидів міді та дисперсних карбідів, компактованих мідним сплавом. Вперше показано, що для макрогетерогенних зносостійких ЛКМ при терті ковзання має місце ефект відновлення захисних розділяючих плівок в процесі, а зносостійкість композицій, які за будовою відповідають правилу Шарпі, корелюються з величиною співвідношення мікротвердості матриці і армуючої фази.

-На основі результатів досліджень розроблено і науково обгрунтувано режими і параметри технологічного процесу одержання виливків з нових антифрикційних ЛКМ „мідь-сталь” методом твердорідинно фазного суміщення компонентів.

Достовірність та обгрунтованість наукових положень, висновків і рекомендацій базується на фундаментальних закономірностях фізики, теплофізики, кристалізації і структуроутворення гетерофазних сплавів, формування фізико-механічних властивостей композиційних матеріалів при твердорідиннофазному суміщенні. Порівняння результатів моделювання і експерименту дозволили одержати надійні дані про формування литого металокомпозиту, визначити оптимальні термо-часові параметри технології.

Комплекс трибологічних досліджень ЛКМ системи „мідь-сталь” в різних умовах тертя ковзання на дослідницьких машинах різних типів, залучення незалежної експертизи дозволили одержати надійні та достовірні дані про інтенсивність та механізм зношування розроблених ЛКМ. Дослідно-промислова перевірка та 5-10 річний позитивний досвід експлуатації трибовиробів з ЛКМ „мідь-сталь” в умовах різних підприємств України, В'єтнаму та інш. країн підтверджує достовірність, обгрунтованість та практичну корисність одержаних результатів та висновків дослідження.

Практична значимість одержаних результатів

На основі одержаних результатів на ВАТ „Іллічівський рудоремонтний завод” (м.Стаханов) в співробітництві з ТОВ „Бімет” (м.Алчевськ) організовано виробництво, випробування і промислове застосування розроблених литих метало- композитів. Високу надійність підшипників ковзання з ЛКМ підтвердила експлуатація у вузлах тертя роликів пластинчастих ланцюгів шлепера прокатного стану „3600” металургійного комбінату „Азовсталь”. Після 5 років експлуатації поверхня ковзання задовільна, а зміна первісних розмірів робочої поверхні в результаті зносу припустима для подальшої експлуатації (до 2,5 мм). Позитивні результати отримані також при промислових іспитах підшипників із ЛКМ у вузлах тертя нульових секцій МНЛЗ, які залишалися в експлуатації після розливання 410 плавок, тоді як серійні підшипники кочення №212 мають стійкість 160-180 плавок.

На ВАТ „Єнакіївський металургійний завод” впроваджені біметалеві трибодеталі з антифрикційним робочим шаром з ЛКМ, які успішно експлуатуються при t=600 °C у важко навантажених вузлах тертя, зокрема МНЛЗ конвертерного цеху, підйомно-транспортного й іншого технологічного устаткування. Трибовироби з ЛКМ мають ресурс роботи в 1,5-4 рази більший, ніж металокерамічні. В результаті впровадження біметалічних деталей типу сталь+ЛКМ замість металокерамічних отримані наступні важливі технічні результати: 1)збільшено міжремонтні періоди; 2)скорочено витрати на ремонти; 3)виключено аварійні ситуації через вихід з ладу підшипників ковзання.

За даними Обухівського заводу вентиляційних виробів і конструкцій, ресурс роботи підшипників ковзання з ЛКМ, встановлених у високонавантажених вузлах тертя механізму зіговки сталевого листа, в порівнянні з бронзовими втулками вище у 3-4 рази. Втулки з ЛКМ без заміни і ремонту експлуатуються протягом більш 5 років. Промислові іспити підшипників ковзання з ЛКМ (в порівнянні з металокерамікою) на Броварському казенному заводі порошкової металургії показали збільшення ресурсу роботи вузлів тертя пресів РСН-20 і РСН-60 у 4 рази.

Антифрикційні ЛКМ системи „мідь-сталь” також випробувано і впроваджено на Алчевському МК, Південному ГОК, Славутському рубероїдному заводі, заводі „Житомирські ласощі” та інших, більш як на 10 заводах замість бронз та металокерамічних виробів. Прогнозований економічний ефект складає 15-20 гривень на 1 кг виробів з ЛКМ тільки від заміни дорогої бронзи на сталевий дріб.

Становлять інтерес дані, отримані при дослідно-промисловому випробуванні ЛКМ на заводі „Вольта” (м. Таллін). Підшипники з ЛКМ експлуатуються у вузлах тертя механізму запирання термічної печі в зоні температур 400-900 0С, при навантаженні 100 МПа. За 7 місяців експлуатації зауважень після контрольного огляду не було.

В рамках Міжнародної науково-технічної програми Україна-СРВ „Внедрение в СРВ технологии производства композиционного материала на основе меди и стали”, в 2003-2007 роках ЛКМ широко впроваджені на підприємствах В'єтнаму, замість бронз, чавуну та інших матеріалів для виготовлення підшипників ковзання вузлів тертя енергетичного, гірничо-добувного, переробного, та іншого обладнання. Промислова експлуатація виробів з нових антифрикційних ЛКМ показала збільшення ресурсу роботи вузлів тертя в 1,5-5,0 разів.

Особистий внесок здобувача. Розробка, дослідження, дослідно-промислова перевірка, освоєння та впровадження нових зносостійких макрогетерогенних ЛКМ, системи мідь-сталь здійснені при безпосередній участі здобувача спільно з співробітниками відділу композиційних матеріалів, ряду інш. відділів ФТІМС НАНУ, в співдружності з спеціалістами ряду підприємств України і В'єтнаму. Автору належить постановка задачі досліджень, визначення і розробка методик, особиста участь в теоретичних та експериментальних дослідженнях процесів взаємодії фаз і формування гетерофазних структур в процесі твердо-рідиннофазної консолідації ЛКМ[1-5,12,27]; в розробці та відпрацюванні технологічних параметрів одержання трибовиробів[8,15,18,19,22-25,30,31]; вивченні структури, триботехнічних, фізико-механічних властивостей ЛКМ [6,10,11,16,17,20,21,26,28,29,33,34]; дослідно-промисловій перевірці, розробці технічної документації та у впровадженні розробок на заводах[7,9,13,14,32] Здобувач виконав узагальнення результатів досліджень і технологічних рішень, їх апробацію в друкованих статтях, в доповідях на науково-технічних конференціях, в тому числі на міжнародних конгресах ливарників та матеріалознавців. Розробка, дослідження, дослідно-промислова перевірка, освоєння та впровадження нових зносостійких макрогетерогенних ЛКМ, системи „мідь-сталь” здійснені при безпосередній участі здобувача.

Апробація результатів роботи. Результати досліджень були представлені й обговорені на таких науково-технічних форумах: XXVI сесії Наукової ради при ІЕС ім. Є.О. Патона по новим матеріалам „Композиционные материалы и их применение” (Київ, 1990); на міжнародному європейському симпозіумі „Mattex 31” (Гельсінки, 1991); Науково-технічному семінарі „Новые металлические материалы” (ІПМ НАН України, Київ, 1992); Міжнародній науково-технічній конференції „Композиционные материалы на металлической основе. Пути эффективного применения в изделиях военной и гражданской продукции” (Москва, 1993); Міжнародній науково-технічній конференції „Современные технологии в литейном производстве" (Краков, 1994); Міжнародній науковій конференції „Новые перспективные материалы” (ІПМ НАН України, Київ, 1997, 1999); Міжнародній науково-технічній конференції „Совершенствование литейных процессов” (Свердловск, Россия, 1999); на 20-27 Міжнародних науково-практичних конференціях „Композиционные материалы в промышленности” (Славполиком) (Ялта, 2000-2006); на науково-технічних конференціях „Литые композиционные материалы” (Ханой, 2000, 2004, 2006, 2007); ІІ Промисловій міжнародній науково-технічній конференції „Эффективность реализации научного, промышленного потенциала в современных условиях” (Славское, Карпаты, 2002, 2004); Міжнародній конференції „Наука о материалах на рубеже веков. Достижения и вызовы времени” (ІПМ НАН України, Київ, 2002); ІІ міжнародній конференції „Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий” (ІПМ НАН України, Кацівелі-Понізовка, Крим, 2002); Міжнародному науково-технічному конгресі „Литейное производство на рубеже столетий” (ФТІМС НАН України, Київ, 2003); ІІ Міжнародній конференції „Материалы в автомобилестроении” (Тольяті, Росія, 2003); Міжнародному науково-технічному конгресі „Литейное производство: высококачественные отливки на основе эффективных технологий” (ФТІМС НАН України, Київ, 2004); Міжнародних науково-технічних конференціях „Литые композиционные материалы” (ЛКМ-1997, ЛКМ-2004), (Київ, 1997, 2004); Міжнародному науково-технічному конгресі „Экономический путь к высококачественному литью” (ФТІМС НАН України, 2005); Міжнародній науковій конференції „Современное материаловедение: достижения и проблемы” (ІПМ НАН України, Київ, 2005); ІІ Міжнародній науково-практичній виставці-ярмарці „Литье-2006” (Запоріжжя, 2006); Сесії Наукової ради по новим матеріалам при ІЕС ім. Є.О. Патона НАН України (Київ, 2006); Міжнародній науково-практичній виставці-конференції „Литье-2007” (Запоріжжя, 2007).

Публікації. Матеріали виконаних досліджень опубліковані в 34 статтях в науково-технічних журналах і збірниках в Україні та за кордоном, в тому числі в 24 виданнях, що рекомендовані ВАК; 10 матеріалах і тезах, що були представлені на науково-технічних конференціях і конгресах ,

Обсяг і структура дисертації. Повний обсяг дисертації складає 372 стор., включаючи 89 ілюстрацій, 38 таблиць. В состав дисертації входять: вступ, 5 розділів (глав), загальні висновки, бібліографія 248 літературне джерело; додатків, які включають акти впровадження розробок в промисловість.

Основний зміст роботи

мідний сплав металокомпозит

У вступі обгрунтовано актуальність і доцільність виконання досліджень, сформульовано методи і задачі роботи, визначено наукове значення, достовірність отриманих результатів, їх практичну цінність та ефективність впровадження розробок в промисловість.

У першому розділі проаналізовано сучасний стан наукових і технологічних розробок в галузі дослідження, створення і впровадження нових зносостійких матеріалів. Показано, що сьогодні і на майбутнє потребою промисловості є розробка нетрадиційних, в т.ч. литих металокомпозитів, з підвищеним в 2-10 разів показниками зносостійкості. Надійність роботи вузлів тертя регламентується показниками довговічності, безвідмовності та ремонтоздатності трибодеталей. Важливими є економічно-організаційні фактори, які визначаються використанням більш дешевих і доступних шихтових інгредієнтів, особливо це стосується антифрикційних мідних сплавів, які мають низькі показники при експлуатації в умовах сухого тертя, високих навантажень і температур, а також високу ціну і дефіцитність. Визначено, що перспективним є створення зносостійких композиційних матеріалів суміщенням металів з різними властивостями, що дозволяє варіювати властивості поверхні тертя в потрібному напрямку. З точки зору досягнення високих трибопоказників, було прийнято, як концептуальний, щодо конструювання антифрикційних матеріалів з гетерофазною структурою, принцип Шарпі. Показано, що перспективними трибоматеріалами є зносостійкі економноармовані литі композиційні матеріали (ЛКМ) на мідних матрицях, армовані високомодульними сталевими гранулами.

На основі аналізу інформації, літературних джерел, власного досвіду зроблено висновок про перспективність створення нових економноармованих зносостійких макрогетерогенних литих металокомпозитів, удосконалення і пошук раціональних рішень виробництва і застосування литих виробів з покращеними експлуатаційними характеристиками. Проведений аналіз дав можливість сформулювати мету і задачі дослідження.

У другому розділі досліджено фізико-хімічні, теплофізичні і кристалізаційні процеси, що мають місце при твердорідиннофазній консолідації ЛКМ мідний сплав-сталеві гранули, які визначають особливості формування литої гетерофазної структури і властивості композитного відливка. Вивчено особливості взаємодії фаз при твердорідинній консолідації інгредієнтів ЛКМ на різних стадіях технологічного процесу одержання макрогетерогенних ЛКМ: 1) змочування і розтікання матричного розплаву по поверхні армуючих гранул, що супроводжується утворенням міжатомних зв'язків на границях фаз; 2) дифузійна або хімічна взаємодія, яка приводить до утворення твердих розчинів, інтерметалідних фаз; 3) часткова або повна диспергація гранул; 4) кристалізація розплаву матриці, фазові, структурні перетворення, які фіксують структурну будову виливка з ЛКМ, яка сформувалася в результаті міжфазної взаємодії.

Дослідження контактної взаємодії високотемпературних розплавів мідних сплавів і твердих підложок проводили на установці, яка розроблена у ФТІМС НАНУ. В основу методики досліджень покладено метод лежачої краплі. Методика має суттєву перевагу завдяки фотографуванню краплі на підложці з подальшим виміром на мікроскопі та обрахунку поверхневого натягу: використовується більша кількість експериментальних точок профілю краплі, скорочується час обробки експериментальних даних, зменшується вплив суб'єктивного чинника. Для проведення замірів на столі розміщували підложку (10х10х3 мм), яка моделювала армуючий елемент, зі зразком з мідного сплаву (чи міді) масою 0,6-1,2 г. Експерименти проводили в атмосфері гелію високої чистоти. Методика дозволяла одночасно з поверхневими властивостями розплавів вивчити змочування підкладок в вакуумі до температури 18730К, а в середовищі інертного газу- до 17230 К. після герметизації об'єм камери відкачували до досягнення вакууму Р=10-2-10-3 Па, після

чого заповнювали камеру інертним газом і проводили нагрів. Після досягнення заданої температури рідку краплю витримували 10 хвилин і безперервно фотографували за допомогою цифрової відеокамери. Для розрахунку капілярної складової застосовували рівняння Лапласа. Енергію адгезії (Wа) визначали за рівнянням Дюпре. Розтікання краплі розплаву по твердій підкладці відбувається тоді, коли робота адгезії (Wа), до поверхні останнього буде рівною або більшою роботи когезії (Wк).

W=Wа-Wк=рг(1+cos)-2рг=рг(cos-1) … (1)

Визначили (рис. 1,2), що крайовий кут змочування міддю вуглецевої сталі і сталі ШХ15 при температурах, близьких до температури плавлення, є меншим 70 град. та зменшується з подальшим підвищенням температури. Величина похибки виміру крайового кута () звичайно не перевищує 15-20 кут. хвилин, а відтворення результатів досягає 2-3 град . Для підкладки з сталі ШХ15 значення приблизно на 20 град. вище. Величина на підложці з хромового чавуну відповідає області незмочування і тільки при температурах вище 1220 0С має значення менші 70 град. (рис. 1). Робота адгезії зростає з підвищенням температури, а коефіцієнт розтікання (W) зменшується, це означає покращення змочування і розтікання міді по підкладках сталі, на хромовому чавуні розтікання міді не спостерігається.

Дослідження показали, що адгезійна активність міді і мідних сплавів на підложках з залізовуглецевих сплавів збільшується з підвищенням температури. В інтервалі температур 1100-1300 0С краще за інші змочується підложка з вуглецевої сталі, а найгірше - з хромового чавуну. З точки зору температури початку повного змочування поверхні сталевої підкладки мідні сплави розташовуються таким чином: БрК3Мц1; БрО1ОФ1, мідь, БрА9Ж4. Максимальній змочуваємості відповідає максимальна робота адгезії, що дозволяє апріорі оцінити ступінь монолітності і міцність зчеплення елементів в різних композиціях. З точки зору раціональної технології одержання виливків з ЛКМ потрібно передбачити мінімально достатню температуру твердо-рідиннофазного суміщення, яка б забезпечила повне просочення і не приводила б до погіршення властивостей матеріалу, утворенню пор, через непросочення, утворенняю прошарків з надлишкових інтерметалідних фаз, або диспергуванню сталевих гранул.

Для визначення можливої зміни хімічного складу контактного шару бронзи і матеріалу сталевих гранул мікрорентгеноспектральний аналіз проводили на рентгенівському аналізаторі „РЕММА”, MS-46 „Cameca”. Діаметр зонда складав 1-3 мкм, ток зонда підтримували постійним (20-60 МА), U=20 КВ. Кількісний вміст елементів визначали на приставці „Link System” з застосуванням ЕОМ по програмі „ZAF-1”. Визначено, що при виготовленні ЛКМ методом рідинно-фазного суміщення відбувається перерозподіл практично всіх легуючих елементів. Найбільш важливе значення мають процеси перерозподілу кремнію і вуглецю та розчинення заліза. Визначено, що в процесі консолідації ЛКМ, наприклад, „бронза БрКЗМц1 - гранули з вуглецевої сталі”, відбувається розчинення гранул і збагачення матриці залізом. При цьому вздовж границь з'являються крихкі інтерметалідні фази на основі Fe з Mn і Si. Кількість цих фаз тим більша, чим триваліший контакт гранул з рідкою бронзою, що може призвести до окрихчування бронзи - матриці. Збільшення вмісту заліза, розчиненого в бронзі, призводить до підвищення активності кремнію і виникненню в бронзі матриці (БрКЗМц1) крихких фаз. Кремній в свою чергу дифундує в сталь, чим викликає зневуглецювання поверхневих шарів гранул та зменшення їх твердості. Більш складний характер має міжфазна взаємодія в системі „гранули сталі Шх-15-мідна матриця”.Металографічний і мікрорентгеноспектральний аналіз цієї системи показує, що на міжфазній границі гранула-матриця не відбувається реакційних процесів. Легуючі елементи -Mn, Si не дифундують у матрицю. Розглянемо більш складну систему гранули підшипникової сталі „ШХ-15- бронза БрК3Мц1”. Металографічний аналіз міжфазної границі в цій системі показує наявність перехідної зони шириною до 35 мкм. На основі даних мікрорентгеноспектрального аналізу встановлено, що зона, яка утворилася, збагачена кремнієм до 5%. При цьому кількість кремнію в гранулі залишилося на вихідному рівні, а в матричному металі на границі перехідної зони на відстані 6-8 мкм, зміст кремнію знижується, і лише потім зі збільшенням відстані від перехідної зони концентрація кремнію в матриці поступово зростає. Паралельно з дифузією кремнію з матриці в перехідну зону йде дифузія заліза в матрицю, що приводить до появи в бронзі нових фаз на основі заліза. Концентрація заліза в бронзовій матриці поблизу перехідної зони досягає 3-4%. У самій же перехідній зоні зміст заліза і хрому плавно зменшується, а міді і марганцю збільшується по напрямку від границі сплавлення до матриці. На підставі аналізу отриманих результатів можна зробити висновок про те, що в зоні сплавлення армуючий елемент-матриця утворився інтерметалід складного складу, що містить Fe,Si,Mn,Cr,Cu.Таким чином, встановлено, що в результаті міжфазної взаємодії в системі „гранули сталі ШХ-15-бронза Бр.К3Мц1” відбувається часткове розчинення гранул, утворення інтерметалідного прошарку і насичення бронзової матриці залізом з локальним утворенням нових фаз. Очевидно, що як наслідок процесів дифузії і коагуляції, у бронзовій матриці локально виникають утворення, що містять 80-85%Fe, 10-15%Si, 1,5-3%Мn, 0,8-1,2%Cr. Необхідно також відзначити, що інтерметалід, який утворився в зоні сплавлення має проміжну в порівнянні з матрицею і гранулою мікротвердість і не є крихким , оскільки тріщина, що виникла в результаті іспиту композита на стиск локалізувалася на поверхні інтерметаліду.

У випадку системи „алюмінієва бронза-вуглецева сталь” , відбувається збагачення зони сплавлення алюмінієм за рахунок дифузії з матриці. В області 30-50 мкм до зони сплавки зміст Аl менший, ніж у матричному металі на 0,5%, приблизно на стільки ж підвищується зміст Аl у зоні сплавлення. Схожі процеси відбуваються в системі „олов`яніста бронза-вуглецева сталь”. Дані мікроспектрального аналізу показують, що має місце дифузія олова (до 2%) з області сусідньої до зони дифузійної взаємодії в зону сплавлення. Вміст фосфору в зоні сплавлення підвищується до 1,8% Це призводить до утворення ітерметалідного рошарку складного складу. Аналогічні процеси відбуваються в системі „олов`яніста бронза - чавун”. Помітна дифузія фосфору до 4 % у перехідну зону.

Вказані процеси дифузійної взаємодії в значній мірі залежать від температурно-часових параметрів технологічного процесу. Інтенсивність цих процесів має бути обмежена підбором параметрів технології для того, щоб не допустити погіршення властивостей ЛКМ.

Кінетику прогріву, охолодження і твердіння системи „ливарна форма- матричний розплав-поровая насадка-внутрішній стрижень” для типового трибовиробу з ЛКМ „втулка”, в умовах просочення насадки з сталевих гранул мідним матричним розплавом вивчали методами математичного моделювання та натурного експерименту.

В якості моделі процесів теплообміну прийнята двухмірна нестаціонарна задача теплопроводності з фазовими перетвореннями. В якості об'єкта досліджень моделюються технологічні процеси одержання ЛКМ „мідь-сталь”, які реалізуються на практиці. Ливарна форма (з графіту, сталі) з вільно засипаними сталевими гранулами та розташованою зверху шихтовою заготівкою з мідного сплаву розміщується в камері термічної печі, яка нагріта до температури просочення. Розміри модельного виливка - втулки, мм: діаметри: внутрішній - 40; зовнішній- 80; висота- 80; висота надливка- 60; форма з графіту, товщина стінки- 20. При цьому розглянуто 2 варіанти: 1) без попереднього розігріву гранул („неізотермічне” просочення) (рис.3); 2) порова насадка попередньо розігріта до заданої технологічної температури („ізотермічне” просочення) (рис 4).

З рис. 3 видно, що ізотерми Тлікв. (температури, досягнення якої достатньо для початку просочення матричного сплаву порової насадки з сталевих гранул) просуваються спочатку зовні (від джерела тепла - печі) до центру, зверху і знизу,

від стінок форми, в останню чергу нагріваються об'єми виливка, що примикають до стрижня. В початковий період пори насадки безпосередньо зв'язані рідким матричним сплавом в надливу. Для міді (Ткр=0) такий характер процесу зберігається до кінця просочення. Для матричних мідних сплавів (Ткр0) характерно утворення ізольованих від надливу об'ємів, що призводить до утруднення просочення розплавом цих об'ємів виливка, до можливого утворення ливарних дефектів у вигляді пористості. Розміри і розташування об'ємів утрудненного просочення корелюються з величиною інтервалу кристалізації (?Ткр) мідних матричних сплавів: зі збільшенням Ткр, розміри та глибина розташування потенційно небезпечних об'ємів утрудненного просочення збільшуються, а час початку їх можливого утворення зменшується. Вірогідно, що вказані особливості обумовлені асиметрією теплопереносу від стінок форми, надливу та донної частини. З іншого боку, значення розмірів асиметрії теплових потоків різні для різних матричних сплавів, що корелюється з шириною інтервалу кристалізації. Рушійною силою теплового потоку, яка впливає на хід плавлення сплаву, є тепловий напір (Ттн=Тпечі-Тсол). В наших дослідженнях Тпечі=Тлікв+2000С, після перетворення Ттн=Ткр+200 0С. Звідси випливає, що прогрів і плавлення матричного сплаву (в надливу) відбувається тим швидше, чим більший інтервал кристалізації. Тобто превалює тепловий потік зверху від надливу: коли матричний сплав в надливу повністю розплавлено, гранули в порожнині форми ще не нагріті до Т=Тлікв. Вказана “диспропорція”, в результаті якої утворюються потенційно небезпечні щодо непросочення об'єми порової насадки, виявляється в більший мірі відповідно до величини інтервалу кристалізації (Ткр) для ЛКМ з матрицями: Сu; ЛС59-1; БрА9Ж4; БрКЗМц1; Бр06Ц6С3. Для досягнення раціональної організації нагріву і просочення ЛКМ треба збільшити тепловий потік таким чином, щоб прискорити нагрів сталевих гранул до Т, близької до Тлікв матричного сплаву.

Одним з ефективних варіантів виробництва композиційного виливку є ізотермічне просочення, коли порова насадка з сталевих гранул попередньо нагрівається до температур, близьких до Тлів. матричного сплаву. В цьому випадку просочення матричним розплавом відбувається весь час по всій площині контакту порової насадки і надливу після досягнення в системі належних температур, приблизно 1,1-1,3 Тлікв. (рис 4). Нагрів порової насадки вище Тлікв попереджає утворення гарнісажу на гранулах, збереженню розмірів перерізу каналів, видаленню вологи, летючих домішок, що сприяє повному бездефектному просоченню. На практиці застосовують обидва варіанти в залежності від складу ЛКМ, характеристик композитних заготівок, наявного технологічного обладнання.

Важливим етапом формування структури заготівки ЛКМ є кристалізація матричного сплаву, який заповнює пори між сталевими гранулами. Проведено дослідження руху ізотерм температур Т=Тсолідус. Розглянуто два варіанти охолодження системи відливок ЛКМ - форма по двом режимам:: 1) з піччю;

2) на повітрі. На рис. 5 показано дані моделювання охолодження ЛКМ „мідь-сталь” різних складів по першому режиму. Характер руху ліній температур Тсол по другому режиму аналогічний, але відмінний за часовими параметрами. Охолодження і твердіння розплаву починається біля верхньої поверхні біля зовнішньої частини відливка. Через деякий час після утворення з цього боку твердої кірки починається твердіння також з нижньої частини відливка. Фронти твердіння зустрічаються біля зовнішньої поверхні виливка і далі рухаються в середину, до стрижня. Твердіння розплаву закінчується біля внутрішньої поверхні виливка на відстані 1/2-3/4 висоти від рівня її середини. В цій області можливі утворення усадочної пористості або раковин. Для міді (Ткр=0) рух ізотерм солідус має послідовно-об'ємний, для мідних сплавів об'ємно-послідовний характер, тому що кристалізація відбувається в інтервалі температур. Визначено, що з збільшенням інтервалу кристалізації (Ткр) матричного сплаву загальний час зняття перегріву та подальшої кристалізації збільшується. Цей факт можна пояснити тим, що теплота кристалізації розподіляється на весь інтервал кристалізації, пропорційно кількості твердої фази, що утворилася. При більш інтенсивному охолодженні (варіант 2) вказана відмінність для різних мідних сплавів помітніша, тому що при повільному охолодженні (з піччю) система ближча до рівноважного стану. Експериментально дослідили формування структури в відливках ЛКМ системи бронза БрКЗМц1- сталеві гранули для модельного відливка- втулки (розміри вказані вище). В залежності від температурно-часових параметрів процесу консолідації зафіксовано утворення гами структур (рис. 6): а- просочення та адгезійного з'єднання фаз; б- утворення інтерметалідного прошарку навколо армуючих гранул; в- диспергування, або підплавлення гранул; г- недосконалого часткового просочення. Область утворення оптимальних структур знаходиться в інтервалі температур 1225-1150 0С, часу консолідації 12-30 хвилин. Порівняння одержаних даних показало досить високу адекватність результатів експерименту та моделювання. Одержані дані використані при розробці раціонального технологічного процесу одержання виливків з ЛКМ різних складів.

В третьому розділі викладено результати досліджень впливу морфології структурних складових на структуру, триботехнічні і фізико- механічні властивості макрогетерогенних ЛКМ системи „мідний сплав-сталеві гранули”. Вивчено утворення градієнтних структур і особливості руйнування матеріалу тертям ковзання. На основі одержаних результатів визначено ефективні варіанти ЛКМ з раціональною трибо структурою.

ЛКМ являє собою макрогетерогенний дискретно зміцнений композит, що за своєю будовою відповідає правилу Шарпі: в м'якій пластичній матриці (мідний сплав) рівномірно розподілені тверді дискретні елементи - сталеві гранули розміром 0,8-2,5 мм, в кількості 60-70% (об. частка). Встановлено, що при навантаженні тертям ковзання для макрогетерогенних ЛКМ фактична площа контакту з контр-тілом формується в результаті одночасного деформування окремих виступів твердих гранул і навколишніх полупросторів матриці. На початку процесу відбувається часткове занурення твердих гранул в пластичну основу, їх пластична, пластично-пружна деформація, або руйнування, якщо навантаження перевищує межу міцності при стискуванні. Дослідження показали, що поверхневий шар при взаємодії трибопари „ЛКМ-сталь” складається з мікроскопічних продуктів зношування контактних шорохуватостей та продуктів їх окислення. Вивчення елементного складу поверхневих шарів тертя проводили на ОЖЕ-спектрометрі LHS-10 фірми „Лейболд Херіус”. Рівномірний розподіл за всією глибиною міді до приробки та зниження його вглиб вказує на те, що до припрацювання ще не утворився внутрішній щільний і міцний шар дисперсних карбідів заліза, добре зкріплених між собою та основою. На подальшому етапі в результаті взаємного переміщення твердих сталевих гранул, їх втілення в нагрітий пластичній матричний сплав та завдяки різниці коефіцієнтів термічного розширення складових ЛКМ, має місце видавлювання пластичної структурної компоненти з її подальшим „розмазуванням” та „вистиланням” по опорній поверхні гранул. При цьому утворюється шар, що має фрагментовану структуру (шар Сен-Венана) (рис.7). Розміри пластичної деформації, фрагментація зерен зменшуються, далі перехід відбувається до структур основного металу (третього рівня трибосистеми). В процесі навантаження тертям на фрикційному контакті зафіксовано утворення захисних, роздільних плівок. Для одержання профілю розподілення елементів в глибину від поверхні (рис. 8) тертя використовували пошарове травлення іонами аргону з енергією 4000 еv. Встановлено, що плівка тертя, складається з двох шарів: 1) зовнішнього, товщиною 70-100Е, який складається з окислів; 2) внутрішнього- товщиною 900-1000 Е, що складається з суміші карбіду заліза з міддю. Після чого коефіцієнт тертя і температура на трибоконтакті зменшується до 180-200 0С.

Процес зношування стабілізується. Підвищення температурного порогу стабілізації процесу тертя, тобто переходу від зношування І роду до більш інтенсивного зношування ІІ роду, порівняно складає (для сталі- 140 0С; для міді 50 0С), що доказує переваги ЛКМ, як зносостійкого матеріалу, в порівнянні з традиційними антифрикційними матеріалами. Показано, що морфологія структурних елементів гетерофазного макрогетерогенного металокомпозиту відіграє визначальну роль в формуванні його трибоструктури та властивостей. Встановлено, що раціональні розміри армуючих елементів (сталевого дробу) знаходяться в межах 0,5-2,0 мм. Якщо розміри менші за 0,5 мм, спостерігається занадто щільне упакування композиту, тобто нестача пластичного матричного сплаву. При збільшенні діаметру гранул більш за 2,5 мм падіння зносостійкості пов'язане з ливарними дефектами зумовленими великими армуючими гранулами, а також збільшується глибина шару, в якому напруження мають неоднорідний змінний характер. Дослідження триботехнічних характеристик ЛКМ, армованих елементами різного типу показали, що домінуючим фактором впливу являється рівень мікротвердості фаз: практично для всіх макрогетерогенних ЛКМ системи „мідь- сталь” із підвищенням значень К = Нмарм.фази/Нмматриці до 3 спостерігається чітка тенденція зменшення коефіцієнта тертя (f) та інтенсивності зношування (І) (рис 9). М'які і менш міцні армуючі гранули гірше виконують функції армуючих елементів- швидко руйнуються на трибоконтакті, контртіло вступає в контакт з менш міцною матрицею- зносостійкість зменшується. Одержані результати дозволили зробити висновки: 1) зі збільшенням навантаження і швидкості ковзання для ЛКМ покращуються умови утворення на трибоконтакті пластичних і одночасно міцних розподільних плівок; 2) властивості та ефективність роздільних плівок при швидкостях ковзання 5 і 10 м/с (судячи зі зменшення f) поліпшується зі зростанням К, а при V=15 м/с, вони формуються і залишаються стабільними при всіх значеннях К; 3) ЛКМ, як матеріал є ефективним для роботи в умовах сухого тертя при підвищених навантаженнях. При терті з мастилом також спостерігається кореляція між величиною критерію К та трибохарактеристиками ЛКМ, але ця кореляція менш виражена, бо шар мастила між поверхнями тертя нівелює даний ефект.

Напружений стан в приповерхневому гетерофазному робочому шарі, ЛКМ вивчали з використанням полярізаційно-оптичного методу. Визначили, що напруження локалізуються в високомодульних включеннях армуючих гранул, які виступають над поверхнею тертя, а в менш міцній матриці ,спочатку, значні напруження не виникають. Встановлено, що небезпечними з позиції збереження міцності, являються дві зони підвищених дотичних напружень: 1) між включеннями та під ними; 2) в верхівках контактуючих нерівностей. В результаті виконаних триботехнічних досліджень в умовах сухого тертя при Р=6,25МПа; V=4-16 м/с; в інтервалі температур 20-800 0С виявлені переваги ЛКМ, як зносостійкого матеріалу: висока працездатність в широкому інтервалі температур від 20 до 650-8000С.

В четвертому розділі представлено результати дослідження змін характеристик фізико-механічних властивостей та трибологічних характеристик ЛКМ різних складів в залежності від параметрів армування і умов випробування. Показано, що властивості макрогетерогенного матеріалу, який синтезовано метода-ми твердорідиннофазного суміщення, визначаються початковою структурою та вторинними структурами, що утворюються на фрикційному контакті при терті. За допомогою стандартних методів визначено, що ЛКМ системи „мідь-сталь”, в структурі яких мають місце адгезійне або розчинно-дифузійне з'єднання компонентів, має достатню конструктивну міцність для застосування в якості трибоматеріалу в високонавантажених вузлах тертя: стиску 450-920 МПа; в 140- 380 МПа; 1,5-2,0%; а к 5-12 дж/см2; Н, (гранули) 3500-5030 МПа; (матриця): 1060-3000 МПа. Композити в порівнянні з бронзами типу Бр010Ф1 по більшості показників не нижче, але по пластичним і ударним показникам поступаються, тому перспективними є двошарові матеріали „сталь+ЛКМ”. Фрактографічні дослідження зломів ЛКМ свідчать, що руйнування матеріалу відбувається по границі гранула-матриця. Зародками утворення тріщин являються дефекти структури. На границі сплавлення різнорідних фаз не має місце пластична деформація як в мономатеріалі. Про це свідчить утворення з боку міді ямкової будови мікрозлому , а з боку сталевої гранули - крихкого відколу.

При випробуваннях ЛКМ різних складів варіювали навантаження, швидкість ковзання, температуру, наявність або відсутність мастила. Для одержання якомога більш достовірних даних трибодослідження проводили на різних випробувальних машинах тертя: 2070 СМТ-1 (ФТІМС НАНУ); МТ68 і автоматизованому трибологічному комплексі, який включає машину тертя КМЦ- 2 (ІПМ НАНУ). Cерія триботехнічних випробувань ЛКМ різного складу при зношуванні в умовах тертя ковзання при швидкості тертя (V=0,5м/с) і різному навантаженні дозволяє зробити висновок, що зносостійкість ЛКМ з бронзовою матрицею БрКЗМц1 перевищує зносостійкість мономатеріалу, та ЛКМ з матрицями з інших бронз (рис 10,11) , що пов'язано з рядом факторів про які мова йшла вище. Тестові дослідження, проведені в ІПМ НАНУ та Інституті TNO (Нідерланди) підтвердили переваги економноармованих ЛКМ „мідь-сталь” в порівнянні з антифрикційною бронзою Бр05Ц5С5 і азотованою сталлю.

Наведені та інші одержані результати підтвердили перевагу ЛКМ в екстремальних умовах експлуатації перед традиційними антифрикційними матеріалами- бронзами, латунями, бабітами, деякими марками легованих чавунів та порошкових композитів типу „мідь- графіт”. Так, порівняльні трибологічні випробування ЛКМ системи БрКЗМц1 + сталеві гранули, засвідчили перевагу надійної роботи металокомпозиту перед окремими складовими матеріалами при підвищених температурах до 650- 8000С (рис 12).

Одержані результати дослідження фізико-механічних і триботехнічних властивостей ЛКМ мідь-сталь різного складу дозволили зробити висновки щодо раціональних складів і будови металокомпозитів: матриці (від найбільш прийнятної)- бронза КЗМц1; бронза оловяніста БрО10Ф1; бронза алюмінієва типу БрА9Ж1; латунь типу ЛС59- 1; армуючих елементів (відповідно) гранули сталі ШХ; чавунний і сталевий дріт; залізний порошок.

Визначено: армування більш тугоплавкими, високомодульними сталевими гранулами перешкоджає розвитку пластичної деформації, тріщин, зношуванню мідного матричного сплаву при навантаженні зразка, що обумовлює підйом температурної границі працездатності ЛКМ на 5-1000С в порівнянні з мідними сплавами типу бронзи.

Показано, що термічна обробка виливків з ЛКМ „мідь-сталь” (гартування + високий отпуск) дозволяє підвищити зносостійкість за рахунок підвищення твердості армуючих сталевих гранул і відповідно кращого співвідношення Н структурних елементів композиту.

У п'ятому розділі роботи розвинуті технологічні засади одержання заготівок з литих макрогетерогенних композитів на мідній основі, армованих сталевими гранулами, раціональні рішення та режими окремих етапів технологічного процесу одержання композитних виливків з макрогетерогенних зносостійких ЛКМ, а саме: 1) вибір та підготовка шихтових інгредієнтів; 2) технологія консолідацій виробів з ЛКМ; 3) режими термічної обробки; 4) технологія механічної обробки заготівок ЛКМ; 5) методи контролю якості та виправлення дефектів; 6) прийомів щодо відновлення та рециклінга заготівок.

Визначені і рекомендуються раціональні технології і режими твердо-рідиннофазної консолідації заготівок з макрогетерогенних ЛКМ „мідь-сталь” за допомогою ізотермічного і неізотермічного просочення пористих армуючих насадок з сталевих гранул рідким матричним мідним сплавом, які гарантують якість композитних заготовок з ЛКМ різного складу. Сформульовані вимоги до вихідних інгредієнтів ЛКМ: матричним мідним сплавам і дискретним армуючим елементам, що дає можливість обгрунтовано вибрати оптимальний варіант композиції. В роботі показана можливість ефективного використання лому, відходів кольорових сплавів замість первинних мідних сплавів в чушках

Розроблені і відпрацьовані технологічні параметри виробництва заготівок з ЛКМ складають основу технічної документації, яку впроваджено на ряді підприємств України і В'єтнаму: наприклад, “Технологическая инструкция КТО-01-03 на изготовление изделий из биметаллических сплавов типа сталь-бронза, сталь-медь, сталь-ЛКМ”; „Материалы антифрикционные композиционные “Бимет” в заготовках и полуфабрикатах”. Технічні умови ТУ У28.7-24853983-001-2003 ВАТ „Іллічіський рудоремонтний завод”, м. Стаханов ,ТОВ „Бимет”, м.Алчевськ. Разом з конструкторами ФТІМС НАНУ розроблено типове планування дослідно- промислової дільниці для виробництва заготівок ЛКМ.