A study of the structure and properties of material based on an iron – copper composite powder

A friction composite material which contains cellulose fiber, carbon fiber, wollastonite, graphite, and resin for use in oil-cooled friction units, hydromechanical boxes, and couplings was developed. The fabrication technique includes the formation of a paper layer based on the mixture of stated fibers via a wet-laid process, impregnation of the layer with phenolic resin, and hot pressing onto a steel carrier. The infrared spectra of the polymeric base (phenolic resin) were studied by solvent extraction. The structural-phase analysis of the obtained material was carried out by the SEM method, and the particle size distribution parameters of the composite components were estimated based on the images of the sample surface. The surface roughness parameters of the samples are as follows: Ra = 5.7 μm Rz = 31.4 μm. The tribotechnical characteristics of the material were tested in an oil medium at a load of 5.0 MPa and a rotation mode of 2000 rpm for 180 min in a pair with a steel 45 counterbody. The coefficient of friction of the developed material was 0.11–0.12; the degree of wear was 6.17 × 10⁻⁶ μm/mm. The degree of compression deformation of the composite is 0.36%, and the compressive strength is 7.8 MPa. The calculated kinetic energy absorbed and power level are 205 J/cm² and 110 W/cm², respectively. The main tribotechnical characteristics of the developed friction material correspond to industrial analogues.

The article presents research on the casting properties of high-entropy alloys (HEAs) of the FeNiCrCuAl and FeNiCrCuMn systems. The HEAs were prepared by induction melting in air. The HEAs were smelted from different charge materials. At the beginning high-alloyed cast iron (content, wt.%: C = 2.60, Si = 1.80, Mn = 1.30, Ni = 17.00, Cr = 2.30, Cu = 3.60, S = 0.05, P = 0.07) and low-carbon ferrochrome of grade FeCr70C1 were loaded into the alumina crucible and then primary nickel with purity of 99.93 wt.%, copper wire of grade of Cu-ETP (purity 99.90 wt. %), technical grade aluminum ENAW-1085, Cu-Mn alloy (content, wt.%: Cu = 61.50, Mn = 37.70, and the balance Fe, Si,) and low-carbon ferromanganese (content, wt.%: Mn = 96.50, and the balance C, Si, S, P) were introduced into the melt. Experiments were carried out to study the castability and linear shrinkage of high-entropy alloys. For comparison, the casting properties of steels grades of C25E, GX10CrNiMn-18-9-1 and grey cast iron were determined. Various casting samples were used to study castability: an evaporative casting rod model, a cast iron U-shaped test sample of Nehendzi-Kuptsov with a vertical channel, and a sand-clay mold with an annular channel. The temperature of the melt was monitored in the furnace, in the pouring basins, and directly in the castings. The cooling rates were determined in the temperature ranges between the liquidus and solidus on the cooling curves of the castings. It was established that the castability of the HEA of the FeNiCrCuMn system is lower than that of standard steels C25E, GX10CrNiMn-18-9-1 and significantly lower than that of gray cast iron. It was determined that the linear shrinkage of high-entropy alloys of the FeNiCrCuMn system is in the range from 2.22% to 2.63% and is close to the linear shrinkage of high-alloyed steels. Propensity to the formation of hot cracks was not found in the studied high-entropy alloys. У роботі представлено дослідження щодо ливарних властивостей високоентропійних сплавів (ВЕС) систем FeNiCrCuAl та FeNiCrCuMn. ВЕС виплавляли методом індукційної плавки на повітрі. Для приготування сплавів як шихтові матеріали використовували різні компоненти: хром уводили у вигляді низьковуглецевого ферохрому марки ФХ010А, залізо за допомогою чавуну марки ЧН17Д3Х2, нікель у вигляді первинного нікелю (Н-1, 99,93 %, мас. част.), мідь у вигляді прутків та дроту (M1, 99,90 % мас. част.), алюміній технічної чистоти (А85, 99,85 % мас. част.), марганець у вигляді лігатури Cu—Mn (Cu — 61,50 % мас. част., Mn — 37,70 % мас. част., Si — 0,30 % мас. част., Fe — 0,50 % мас. част.) та феромарганцю марки Мн965.Було проведено серію експериментів для дослідження рідкоплинності та лінійної усадки високоентропійних сплавів, а для порівняння визначено ливарні властивості сталей 25Л, 10Х18Н9Л. Вивчення рідкоплинності проводили за методиками, які використовували пруткові пінополістиролові проби, розроблену піщано-глинясту пробу з кільцевим каналом постійногоперетину та комплексну U-подібну пробу Нехендзі-Купцова, яка є вдосконаленою формою Нехендзі-Самаріна. Температуру розплаву контролювали в печі, у ливарній чаші, та безпосередньо в пробі. Встановлено, що рідкоплинність ВЕС системи FeNiCrCuMn нижча, ніж у стандартних сталей 25Л, 10Х18Н9Л і значно нижча, ніж у сірого чавуну. Визначено, що лінійна усадка виливків із високоентропійних сплавів знаходиться в діапазоні від 2,22 % до 2,63 % і наближається до лінійної усадки високолегованих сталей. Схильності до формування гарячих тріщин у високоентропійних сплавів, що досліджувалися, не виявлено. Представлено дані по швидкостях охолодження ВЕС, які визначалися шляхом запису і подальшої обробки кривих охолодження на температурних ділянках між точками ліквідус і солідус.