Новые материалы для деталей горных машин

При добыче полезных ископаемых для выемки, погрузки и транспортирования горной массы используются различные горные машины и оборудование. За время интенсивной эксплуатации подобной техники прогрессирует износ её узлов и исполнительных органов. Вследствие износа рабочих поверхностей деталей машин и оборудования увеличивается потребление горюче-смазочных материалов и/или расход электроэнергии. В результате дополнительных затрат себестоимость готовой продукции повышается. Для увеличения ресурса рабочих поверхностей деталей горных машин и оборудования применяют износостойкие стали и чугуны, наплавки и покрытия. Современное горное машиностроение предъявляет к материалам деталей требования легкого веса, высокой удельной прочности, жаропрочности и коррозионной стойкости. Этим требованиям во многом удовлетворяют композиционные металломатричные материалы, сочетающие данные свойства. В качестве наполнителя металломатричных композитов широко используются частицы оксидов, нитридов, боридов, силицидов, придающие композитам функциональные свойства. Рассмотрены способы получения, исследованы структура, трибологические свойства и механизмы изнашивания алюмоматричных композиционных материалов, дисперсно наполненных отмеченными частицами. Установлено повышение износостойкости изученных материалов с увеличением концентрации частиц наполнителя в матрице. Отмечено, что как интенсивность износа, так и коэффициент износа уменьшались с увеличением времени и пути скольжения и повышались с увеличением приложенной нагрузки. При этом интенсивность износа и коэффициент износа композитов уменьшались пропорционально содержанию частиц наполнителя в алюминиевой матрице. В качестве основных механизмов изнашивания установлены адгезия, истирание, вспахивание и расслоение.

Хазин М. Л., Апакашев Р. А. Новые материалы для деталей горных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 12-1. — С. 149—163. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_121_0_149.

Хазин Марк Леонтьевич — докт. техн. наук, профессор, профессор кафедры «Эксплуатация горного оборудования», ORCID iD: 0000-0002-6081-4474, Уральский государственный горный университет, Екатеринбург, Россия, 620144, e-mail: Khasin@ ursmu.ru;
Апакашев Рафаил Абдрахманович — докт. хим. наук, профессор, проректор по научной работе, ORCID iD 0000-0002-9006-3667, Уральский государственный горный университет, Екатеринбург, Россия, 620144, e-mail: parknedra@yandex.com;

1. Громыка Д. С., Утенкова Т. Г., Короткова О. Ю. Обзор методов оценки механизмов изнашивания исполнительных органов горных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2021. — № 2. — С. 75–86. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-2-0−75−86.

2. Побегайло П. А., Крицкий Д. Ю., Гильманшина Т. Р. Износ элементов карьерных экскаваторов: анализ современного состояния проблемы // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2021. — № 2. — С. 64–74. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-2-0−64−74.

3. Линник Ю. Н., Линник В. Ю., Жабин А. Б., Цих А. Закономерности влияния надежности исполнительных органов и свойств угольных пластов на производительность очистных комбайнов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научнотехнический журнал). — 2021. — № 11. — С. 169–180. DOI: 10.25018/0236_1493_20 21_11_0_169.

4. Белов Н. В., Бородина М. Б., Смирнова О. А., Часовских А. С. Анализ отказов элементов конусных дробилок и причин их возникновения // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2021. — № 3. — С. 17–27. DOI: 10.25018/0236-1493-20213-0-17−27.

5. Боярских Г. А., Симисинов Д. И. Сравнительная оценка эффективности упрочнения элементов опоры шарошечных долот // Известия вузов. Горный журнал. — 2002. — № 5. — С. 65–72.

6. Боярских Г. А., Симисинов Д. И. Ретроспективный анализ исследований и предпосылки обеспечения надежности бурового инструмента // Известия вузов. Горный журнал. — 2009. — № 7. — С. 58–65.

7. Галкин В. А., Макаров А. М., Росляков С. В. Продуктивность труда на горнодобывающих предприятиях как фактор обеспечения их конкурентоспособности // Известия УГГУ. — 2020. — Вып. 4(60). — С. 228–235. DOI: 10.21440/2307-2091-2020-4228−235.

8. Соколов А. С. Некоторые аспекты конкурентоспособности горнодобывающих предприятий // ЭТАП: экономическая теория, анализ, практика. — 2021. — № 3. — С. 73–82. DOI: 10.24412/2071-6435-2021-3-74−82.

9. Никитин А. Ю. Развитие горного машиностроения в новых реалиях зависит от консолидированных усилий участников отрасли // Горная промышленность. — 2022. — № 2. — С. 10–11.

10. Дунаев А. В. Инновационные методы повышения ресурса изношенной техники // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2018. — № 5. — С. 144–150. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-5-0−144−150.

11. Щербаков А. П. Выбор материала и метода повышения износостойкости элементов строительных машин // Вестник СибАДИ. — 2020. — Т. 17. — № 4. — С. 464–475. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17−4-464−475.

12. Съянов С. Ю. Технологическое обеспечение износостойкости деталей машин электроэрозионной обработкой // Наукоемкие технологии в машиностроении. — 2020. — № 12 (114). — С. 18–21. DOI: 10.30987/2223-4608-2020-12−18−21.

13. Криони Н. К., Мингажева А. А. Повышение износостойкости деталей машин азотированием с комплексной подготовкой поверхности // Materials. Technologies. Design. — 2021. — Т. 3. — № 2 (4). — С. 43–50. DOI: 10.54708/26587572_2021_32443.

14. Жачкин С. Ю., Трифонов Г. И. Влияние плазменного напыления композиционных порошковых материалов на износостойкость деталей машин // Master›s Journal. — 2017. — № 1. — С. 30–36.

15. Aynalem G. F. Processing Methods and Mechanical Properties of Aluminium Matrix Composites // Advances in Materials Science and Engineering. 2020, vol. 2020, article 3765791, 19 p. https://doi.org/10.1155/2020/3765791.

16. Panwar N., Chauhan A. Fabrication methods of particulate reinforced Aluminium metal matrix composite-a review // Materials Today: Proceedings. 2018, vol. 5, no. 2, pp. 5933–5939. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.12.194.

17. Курганова Ю. А., Колмаков А. Г. Конструкционные металломатричные композиционные материалы. — М.: Изд-во МГТУ, 2015. — 144 с.

18. Бикмухаметов М. В., Житников Д. С. Композиционные материалы как двигатель прогресса // Интернаука. — 2020. — № 45−2 (174). — С. 19–20.

19. Ujah C. O., Von Kallon D. V. Trends in Aluminium Matrix Composite Development // Crystals. 2022, vol. 12, no. 10, p. 1357. https://doi.org/10.3390/cryst12101357.

20. Памфилов Е. А., Шевелева Е. В. Композиционные материалы в узлах трения технологического оборудования // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования. — 2017. — № 10. — С. 28–32.

21. Ali M. Review of stir casting technique and technical challenges for ceramic reinforcement particulate and aluminium matrix composites // Journal of Silicate Based and Composite Materials. 2020, vol. 72, no. 6, pp. 198–204. Doi.org/10.14382/epitoanyagjsbcm.2020.32.

22. Khazin M. L., Apakashev R. A., Davydov S. Y. Obtaining Aluminum — Matrix Composite Materials Particulate — Reinforced with Ceramic Panicles // Refractories and industrial Ceramics. 2022, vol. 63, no. 3, pp. 291–296.

23. Kim D. Y., Choi H. J. Recent Developments towards Commercialization of Metal Matrix Composites // Materials (Basel). 2020, vol. 13, no. 12, p. 2828. DOI: 10.3390/ ma13122828.

24. Garg P., Jamwal A., Kumar D., Sadasivuni K. K., Hussain C. M., Gupta P. Advance research progresses in aluminium matrix composites: manufacturing & applications // Journal of Materials Research and Technology. 2019, vol. 8, no. 5, pp. 4924–4939. https:// doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.06.028.

25. Ловшенко Ф. Г., Лозиков И. А., Хабибуллин А. И. Алюминиевые механически легированные композиционные жаропрочные материалы с особыми физико-механическими свойствами // Литье и металлургия. — 2020. — № 3. — С. 99–111. DOI: 10.21122/1683-6065-2020-3-99−111.

26. Alam M. A., Ya H. H., Azeem M., Yusuf M., Soomro I. A., Masood F., Shozib I. A., Sapuan S. M., Akhter J. Artificial Neural Network Modeling to Predict the Effect of Milling Time and TiC Content on the Crystallite Size and Lattice Strain of Al7075-TiC Composites Fabricated by Powder Metallurgy // Crystals. 2022, vol. 12, pp. 372–392. https://doi. org/10.3390/cryst12030372.

27. John C. F., Paul R. C., Singh S. C. E., Ramkumar T. Tribological behavior, mechanical properties and microstructure of Al-12Si-ZrC composite prepared by powder metallurgy // Bulletin of the Polish academy of sciences technical sciences (Bull. Pol. Ac.: Tech.). 2017, vol. 65, no. 2, pp. 149–154. DOI: 10.1515/bpasts-2017−0018.

28. Ghasali E., Fazili A., Alizadeh M., Shirvanimoghaddam K., Ebadzadeh T. Evaluation of Microstructure and Mechanical Properties of Al-TiC Metal Matrix Composite Prepared by Conventional, Microwave and Spark Plasma Sintering Methods // Materials (Basel). 2017, vol. 10, no. 11, p.1255. DOI: 10.3390/ma10111255. PMID: 29088114; PMCID: PMC5706202.

29. Varenberg M. Adjusting for Running-in: Extension of the Archard Wear Equation // Tribology Letters. 2022, vol. 70, no. 2, p. 59. DOI :10.1007/s11249-022-01602-6.

30. Михеев Р. С., Чернышова Т. А. Алюмоматричные композиционные материалы с карбидным упрочнением для решения задач новой техники. — М.: Издательская группа URSS, 2013. — 360 с.

31. Adiga K., Herbert M. A., Rao S. S., Shettigar A. Applications of reinforcement particles in the fabrication of Aluminium Metal Matrix Composites by Friction Stir Processing — A Review // Manufacturing Rev. 2022, vol. 9, no. 26, рр. 1–17. https://doi.org/10.1051/ mfreview/2022025.

32. Nayak K. C., Rane K. K., Date P. P., Srivatsan T. S. Synthesis of an Aluminum Alloy Metal Matrix Composite Using Powder Metallurgy: Role of Sintering Parameters // Appl. Sci. 2022, vol. 12, p. 8843. https://doi.org/10.3390/app12178843.