МИКРОСТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВИНЦОВОГО БАББИТА Б(PbSb15Sn10) С НЕКОТОРЫМИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ (La, Ce, Nd)

УДК 669.017.1

¹Зарифова М.С., ¹Ганиев И.Н., ^1,2Холов Х.И.,

 ³Ходжаназаров Х.М., ³Ходжаев Ф.К.

¹Институт химии им. В.И. Никитина НАН Таджикистана
^1,2Таджикский государственный педагогический университет имени С. Айни
³Таджикский технический университет имени М. Осими

Введение. Последние десять лет ознаменовались стремительным развитием новых материалов, таких как пластики, биоматериалы и наноматериалы, которые все чаще применяются в различных сферах. Тем не менее, металлы и их сплавы, проверенные временем и обладающие уникальным сочетанием свойств, сохраняют свое лидирующее положение в качестве фундаментальных строительных блоков для создания машин, оборудования, транспортных средств и инфраструктуры [1,2,7].

Учитывая растущие потребности в надежности и долговечности материалов, разработка инновационных решений, обладающих повышенной стойкостью к износу и трению, становится первостепенной задачей. Это позволит не только значительно снизить производственные затраты и простоя оборудования, но и открыть новые горизонты для создания высокоэффективных продуктов и технологий [3,4,7].

Олово-свинцовые сплавы, особенно баббиты, являются предпочтительным выбором для производства подшипников благодаря своим исключительным антифрикционным свойствам. Композитная структура этих сплавов, состоящая из твердых частиц, диспергированных в мягкой матрице, обеспечивает высокую сопротивляемость износу и гарантирует длительный срок службы подшипников в различных механизмах, от турбин до автомобилей [1-5].

Баббиты - это группа легкоплавких сплавов с низким коэффициентом трения, используемых для изготовления подшипников скольжения. В зависимости от химического состава ГОСТ 1320–74 выделяет три группы баббитов: оловянные, оловянно-свинцовые и свинцовые. Главным компонентом оловянных баббитов выступает олово, придающее им характерные антифрикционные свойства. Примеры оловянных баббитов: Б83 (83% олова, 11% сурьмы, 6% меди) и Б88. Свинцовые баббиты: Б16 (16% олова, 16% сурьмы, 2% меди), БС6 и БН [5,6].

Баббитовые вкладыши подшипников изготавливают путем заливки антифрикционного сплава (баббита) в корпуса из цветных или черных металлов. Для обеспечения надежной работы подшипника необходимо прочное сцепление баббита с корпусом. Это достигается тщательной подготовкой поверхности вкладыша перед заливкой и применением специальных технологий. Тонкостенные вкладыши для автомобильных двигателей изготавливают методом штамповки из биметаллической ленты [6,11].

Для улучшения характеристик баббитов в их состав могут добавляться различные легирующие элементы, такие как сурьма, медь, никель, мышьяк, кадмий, теллур, кальций, натрий, магний и другие. Баббиты являются лучшими антифрикционными сплавами. Их используют для заполнения вкладышей подшипников скольжения в борьбе с трением и обеспечивающий им плавность и бесшумность работы, эксплуатируемых в условиях высоких окружных скоростей, а также переменных и ударных нагрузок. Примерами таких применений являются быстроходные валы турбогенераторов на тепловых электростанциях [4,7–9].

Сплавы системы Sn-Pb-Sb имеют анизотропию механических свойств, то есть их прочность неодинакова в разных направлениях. Они также не очень хорошо деформируются. Введение редкоземельных элементов в свинцовые сплавы представляет собой эффективный метод существенного улучшения их механических свойств. В результате такой модификации сплавы демонстрируют повышенную прочность, устойчивость к высоким температурам, вибрационным нагрузкам и коррозии, а также улучшенные показатели пластичности и экструдируемости [7,10,11].

Редкоземельные металлы (РЗМ) играют ключевую роль в металлургии благодаря их уникальной способности активно взаимодействовать с нежелательными примесями, такими как кислород, сера, азот и водород, которые ухудшают свойства сплавов. Вступая в химические реакции, РЗМ связывают эти примеси, образуя тугоплавкие соединения. Это приводит к удалению из расплава легкоплавких эвтектических включений, которые негативно влияют на их механические характеристики. Кроме того, добавление РЗМ вызывает модификацию других элементов, присутствующих в сплаве, что позволяет тонко регулировать их свойства и создавать материалы с улучшенными характеристиками.

Перспективным направлением развития современной металлургии является использование редкоземельных металлов в качестве легирующих элементов [7,12]. Благодаря своей уникальной способности измельчать кристаллы металла, РЗМ позволяют создавать новые материалы с улучшенными характеристиками [5]. Особое внимание уделяется разработке свинцовых сплавов с добавлением РЗМ, которые могут найти широкое применение в различных отраслях промышленности, от автомобилестроения до электроники [13,10]. Как отмечают авторы исследований [11,14–16], добавление редкоземельных элементов в свинцовые и алюминиевые сплавы делает их прочнее. Это происходит из-за того, что зерна в структуре такого сплава становятся мельче.

Применяя макро- и микроструктурный анализ, можно изучить такие характеристики материала, как распределение и характер включений примесей, следы деформации, параметры зерен (размер, форма, ориентация) и особенности распределения второй фазы. Анализ микроструктуры сплавов в различных состояниях (литом, гомогенизированном и после термообработки) позволяет получить полную информацию о фазовом составе материала в твердом состоянии и оценить влияние технологических факторов на их свойства [7].

В рамках совместного исследования, проведенного учеными из Института химии имени В.И. Никитина НАНТ, Института геологии, сейсмостойкого строительства и сейсмологии НАНТ, а также Таджикского технического университета имени академика М.С. Осими, были получены первые результаты изучения влияния легирования свинцового баббита Б(PbSb15Sn10) такими редкоземельными элементами как лантан, церий и неодим в концентрациях от 0,01 до 1,0 %. В статье представлены данные о том, как введение этих элементов модифицирует микроструктуру сплава и изменяет его механические характеристики.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В процессе получения свинцовых баббитов были использованы следующие ингредиенты: высокочистый свинец марки С2С (соответствующий ГОСТ 3778-98), сурьма марки Су00 (ГОСТ 1089-82), олово марки ОВЧ-000 (ГОСТ 860-75), а также редкоземельные металлы лантан Ла Э, церий Це ЭО и неодим HM-2 (соответственно ОСТ 48-295-85, ТУ 48-295-85 и ТУ 48-40-205-72). Выбор именно этих марок металлов был обусловлен необходимостью обеспечения высокой чистоты и однородности получаемого сплава. Для точного определения состава редкоземельных металлов использовали сканирующий электронный микроскоп высокого разрешения марки JEOL 35 с полевой эмиссией производства компании JEOL (Япония). С помощью микроскоп получили изображения с энергетическими спектрами La, Ce, Nd (рис. 1).

Так как РЗМ немного отличаются по плотности, получается баббит со специфическим свойствам. Благодаря тщательно подобранному составу баббит обладает: низким коэффициентом трения – снижает потери на трение, увеличивает срок службы деталей; высокой износостойкостью – выдерживает большие нагрузки, сохраняя работоспособность в течение длительного времени; долговечностью – не деформируется, не разрушается, сохраняя свои свойства на протяжении всего срока службы [11,17,18].

Из-за своей высокой реакционной способности к окружающей среде, редкоземельные металлы традиционно хранились в масляной ванне, которая служила надежной защитой от окисления и других нежелательных взаимодействий. Перед проведением эксперимента с этими металлами требовалась тщательная очистка от остатков масла. Для этого использовался последовательный процесс: сначала металлы промывались бензином, а затем этиловым спиртом, что позволяло полностью удалить органические загрязнения и подготовить металлы к дальнейшим манипуляциям. Взвешивание проводилось на микроаналитических весах Ohaus AX224/E (Китай) с точностью до 1·10^-5 кг.

В шахтной лабораторной печи типа СШОЛ был получен баббит, легированный РЗМ. Температура плавки составляла 450-500 ºС. Содержание РЗМ в баббите варьировалось от 0,01 до 1,0 масс. %. Из расплава баббита отливались цилиндрические образцы в металлическую форму. Диаметр образцов 16 мм, а длина - 30 мм.

Состав сплавов контролировался, также взвешиванием до и после плавки. Для подготовки поперечного сечения образцов к исследованию выполнялись шлифовка и полировка, что являлось первым этапом обработки. Вторым этапом была ручная полировка алмазной пастой на хлопчатобумажной ткани. Завершалась обработка очисткой поверхности шлифа спиртом. Поверхность микрошлиф обезжиривали спиртом и высушивали фильтровальной бумагой. Исследование микроструктуры на световом микроскопе ММР-2Р сопровождалось анализом цифровых изображений с помощью специального программного обеспечения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Изучение микроскопической структуры баббитов является фундаментом для комплексного исследования их свойств. Анализ микроскопического строения позволяет оценить, как различные механические и температурные нагрузки влияют на характеристики изделий из баббита, а также выявить причины возникновения дефектов в процессе производства.

В исследовании изучалось влияние добавок La, Ce и Nd на микроструктуру литого промышленного свинцового баббита Б(PbSb15Sn10). Баббит содержал 15% сурьмы, 10% олова и остальное свинец.

Проведено исследование влияния добавок La, Ce и Nd на микроструктуру баббита Б(PbSb15Sn10) с использованием метода микроструктурного анализа с увеличением в 500 раз. В результате проведенных исследований установлено, что структура изученных баббитов однотипная и состоит из твердого раствора свинца и других фаз.

Установлено, что введение La, Ce и Nd в количестве до 1,0 масс. % в качестве модификаторов структуры приводит к значительному измельчению микроструктуры исходного баббита, делая ее однородной и мелкозернистой (рис. 2). Видны кристаллы SbSn на фоне тройной эвтектики Pb+SbSn+γ. В небольшом количестве также присутствуют иглообразные кристаллы интерметаллических соединений медь-олово (CuSn) и свинец-РЗМ.

Состав баббита марки Б(PbSb15Sn10) имеет большое сходство с составом баббита БН, однако основное их различие заключается в отсутствии мышьяка в составе баббита Б. Этот баббит располагается на линии системы Pb-SnSb фазовой диаграммы, и при его кристаллизации образуется двойная эвтектика, состоящая из фаз α(Pb)+β(SnSb). Такое положение баббита на линии Pb-SnSb в фазовой диаграмме придаёт ему специфические физические и эксплуатационные характеристики. При этом добавление легирующих элементов, таких как лантан (La), церий (Ce) и неодим (Nd), в свинцовый баббит оказывает влияние на его микроструктуру, способствуя уменьшению размеров отдельных структурных составляющих материала. В соответствии с данными, полученными на основании диаграммы состояния системы Pb-Sb-Sn, структура баббита включает в себя такие фазовые компоненты, как первичные кристаллы фазы (SnSb) и эвтектическую смесь кристаллов Pb-SbSn, которые могут иметь как эвтектическое, так и частично перитектическое происхождение.

Б(PbSb15Sn10) (а)

Рис. 2. Микроструктуры (×500) (а) баббита Б(PbSb15Sn10, модифицированного (б) лантаном, (в) церием  и (г) неодимом

Fig. 2. Microstructures (×500) of (a) babbit B(PbSb15Sn10 modified with (b) lanthanum, (c) cerium and (d) neodymium

Добавление олова в баббит, основным компонентом которого является свинец, приводит к одновременному увеличению твердости материала, что, в свою очередь, сопровождается значительным улучшением его антифрикционных характеристик, что делает такие сплавы весьма привлекательными для использования в условиях, требующих высокой износостойкости. Сплавы, состоящие из комбинации свинца, сурьмы и олова, рассматриваются как экономически более выгодная альтернатива дорогостоящим баббитам на основе олова, поскольку они обеспечивают аналогичные эксплуатационные свойства при меньших затратах. Эти сплавы демонстрируют практически такую же склонность к ликвации, как и двойные системы, включающие комбинации Pb-Sb или Sn-Sb. Однако для того чтобы минимизировать степень ликвации, в такие сплавы целесообразно добавлять небольшие количества меди, обычно в пределах 1,5–2% по массе, что существенно улучшает однородность структуры и эксплуатационные характеристики материала [19].

Существует множество методов механических испытаний металлов, однако среди них одним из наиболее широко применяемых и часто используемых является измерение твердости. Этот метод получил такое широкое распространение благодаря тому, что структура металла или сплава оказывает значительное влияние на его физические и механические свойства, и именно измерение твердости дает возможность предварительно оценить такие важные характеристики материала, как прочность, устойчивость к износу и деформациям. Таким образом, оценка твердости позволяет получить ценную информацию о поведении металла при эксплуатации и служит важным показателем его качества. Используя методы измерения твердости, можно оценить глубину упрочненного слоя, эффективность термической обработки и соответствие деталей техническим требованиям.

Исследовано влияние легирования La, Ce и Nd на механические свойства баббитов. Твердость по Бринеллю (HB) была использована для оценки механических характеристик. Метод Бринелля, описанный в ГОСТ 9012-59, позволяет определить твердость материала путем вдавливания в его стального шарика с заданным диаметром (2,5; 5; 10 мм).

Твердость по Бринеллю (HB) – это величина, которая показывает, насколько материал устойчив к деформации под действием вдавливаемого в него шарика. Она измеряется как отношение приложенной нагрузки (F) к площади поверхности (S) образовавшегося сферического отпечатка:

Взаимосвязь между твердостью материала и геометрическими характеристиками отпечатка при испытании на вдавливание шариком описывается формулой, в которой диаметр шарика D и диаметр отпечатка d выступают в качестве переменных:

Измерения выполнялись строго в соответствии с принятой стандартной методикой, используя для этого специализированный прибор модели ТШ-2. Для проведения испытаний были отобраны образцы, имеющие высоту 30 миллиметров и диаметр 16 миллиметров [11]. В процессе испытательного воздействия на образцы осуществлялось вдавливание под действием заранее определенной нагрузки, обозначенной как F, причем данное воздействие поддерживалось на протяжении фиксированного, заранее установленного периода времени.

Существует приближенная зависимость между пределом прочности металла и его твердостью по Бринеллю, которая можно рассчитать по формуле:

С учётом значения коэффициента k для свинцовых баббитов, равного 0,07, пересчитано значение σ_в, характеризующего прочностные свойства баббитов при растяжении. Как видно из таблицы 1 при добавках La, Ce и Nd до 1,0 масс. % твердость баббита увеличивается. По значениям твердости баббитов был рассчитан предел прочности на растяжение (σ_в, МПа), значения которого представлены на рисунке 3. Видно, что при добавках La, Ce и Nd до 1,0 масс. % прочность баббита увеличивается.

Таблица 1. Влияние РЗМ на твёрдость свинцового баббита Б(PbSb15Sn10)

Table 1. The effect of REM on the hardness of lead babbit B(PbSb15Sn10)

Рис. 3. График изменения прочности баббита Б(PbSb15Sn10)

от добавки РЗМ

Fig. 3. Graph of the change in the strength of babbit B(PbSb15Sn10)

from the REM additive

ВЫВОДЫ

Исследование, направленное на изучение влияния редкоземельных металлов, таких как лантан (La), церий (Ce) и неодим (Nd) на микроструктуру и механические свойства свинцового баббита марки Б (PbSb15Sn10), выявило, что введение добавок редкоземельных металлов в количестве до 1,0 мас. % оказывает значительное воздействие на микроструктуру материала, способствуя ее существенному измельчению, что приводит к формированию однородной и мелкозернистой структуры. Это, в свою очередь, способствует повышению твердости и прочности баббита. Наибольший эффект в плане увеличения твердости и прочности достигается при использовании церия, который проявил себя как наиболее эффективный из рассмотренных редкоземельных металлов для улучшения данных характеристик.

Рецензент: Рузиев Дж.Р.,

д.т.н., профессор

ЛИТЕРАТУРА

1. Ильющенко, А. Эффективный инструмент современного машиностроения / А. Ильющенко // Наука и инновации. Республиканское унитарное предприятие «Издательский дом «Белорусская наука». – 2016. – Т.2. – №156. – С.16-20.
2. Бецофен, С.Я., Исследование механизма деформации, текстуры и анизотропии механических свойств сплавов МА14, ВМД7 и Mg-5Li-3Al / С.Я. Бецофен, R. Wu, И.А. Грушин, А.А. Петров, К.А. Сперанский // Деформация и разрушение материалов. – 2020. – Т.10. – С.22-28.
3. Афанасьев, А.А. Цифровизация промышленности: теоретические основы и методология исследования / А.А. Афанасьев // Экономика, предпринимательство и право. – 2023. – Т. 13. – №. 8. – С. 2537-2556.
4. Перекрестов, А.П. Способы повышения работоспособности подшипников скольжения / А.П. Перекрестов, В.А. Чанчиков // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. – 2010. – № 1. – С. 147–152.
5. Потехин, Б.А. Свойства баббита маpки Б83 / Б.А. Потехин, А.Н. Глущенко, В.В. Илюшин // Технология металлов. Общество с ограниченной ответственностью" Наука и технологии". – 2006. – № 3. – С. 17–23.
6. Барыкин, Н.П. Влияние структуры баббита Б83 на интенсивность износа трибосопряжений / Н.П. Барыкин, Р.Ф. Фазлыахметов, А.Х. Валеева // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2006. - № 2. - С. 44–46.
7. Назаров Ш.А. Микроструктура и механические свойства сплава Al+ 6% Li с редкоземельными металлами / Ш.А. Назаров, И.Н. Ганиев, Н.И. Ганиева, К. Ирэн // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2017. – Т. 15. – № 2. – С. 63–68.
8. Zeng, Z. Magnesium extrusion alloys: a review of developments and prospects / Z. Zeng, N. Stanford, C.H.J. Davies, J.F. Nie, N. Birbilis // International Materials Reviews. – 2019. – V.64. – №1. – Pp.27-62.
9. Roy, S., A novel method of determining interatomic potential for Al and Al-Li alloys and studying strength of Al-Al3Li interphase using evolutionary algorithms / S. Roy, A. Dutta, N. Chakraborti // Computational Materials Science. – 2021. – V.190. – Pp. 110258.
10. Потехин, Б.А. Влияние способов литья на структуру и свойства оловянного баббита / Б.А. Потехин, В.В. Илюшин, А.С. Христолюбов // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2009. – №8. – С.16–21.
11. Зарифова, М.С. Влияние добавок лантана на температурную зависимость теплофизических свойств и изменений термодинамических функций свинцового баббита БЛа (PbSb15Sn10)) / М.С. Зарифова, И.Н. Ганиев, Х.И. Холов, Ф.К. Ходжаев, Н.М. Муллоева // Материаловедение. – 2023. – №5. – С.3–8.
12. Ганиев, И.Н. Теплоемкость и термодинамические функции свинцового баббита БНа (PbSb15Sn10Na), легированного натрием / И.Н. Ганиев, Х.М. Ходжаназаров, Ф.К. Ходжаев, Б.Б. Эшов // Журнал физической химии. – 2023. – Т.97. – №4. – С.469–475.
13. Gursoy, O. Lanthanides: A focused review of eutectic modification in hypoeutectic Al–Si alloys / O. Gursoy, G. Timelli //Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – V.9. – №4. – Pp.8652-8666.
14. Ганиев, И.Н. Влияние добавок калия на анодную устойчивость свинцового баббита БК (PbSb15Sn10К) / И.Н. Ганиев, Х.М. Ходжаназаров, Ф.К. Ходжаев, Х.О. Одиназода // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. – 2022. – №1. – С.52–63.
15. Fu, L. Strengths and ductility enhanced by micro-alloying Sm/La/Ca to Mg–0.5 Zn–0.2 Mn alloy / L. Fu, Q. Le, W. Hu, J. Zhang, J. Wang // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – V.9. – №3. – Pp. 6834-6849.
16. Ипатов, А.Г. Анализ структуры и свойства восстановительных покрытий из порошковых композиций на основе железа / А.Г. Ипатов // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. – 2021. – №1. – С.39 – 44.
17. Зарифова, М.С. Потенциодинамическое исследование свинцового баббита БЛа (PbSb15Sn10) с лантаном в среде электролита NaCl / М.С. Зарифова, И.Н. Ганиев, Х.И. Холов, С.К. Шарипов, Ф.К. Ходжаев // Перспективные материалы. – 2023. – №1. – С.52–59.
18. Исмонов, Р.Д. Кинетика окисления алюминиевого сплава AБ1 (Al+ 1% Вe) с индием, в твердом состоянии / Р.Д. Исмонов, И.Н. Ганиев, Х.О. Одиназода, А.М. Сафаров // Политехнический вестник. Серия: Инженерные исследования. – 2020. – №1. – С.99-104.
19. Бецофен, С.Я. Фазовый состав, текстура и анизотропия механических свойств сплавов Al-Cu-Li и Al-Mg-Li (Обзор). / С.Я. Бецофен, В.В. Антипов, М.И. Князев // Деформация и разрушение материалов. – 2015. – Т.11. – С.10-26.

REFERENCES

1. lyushenko, A. An effective tool of modern mechanical engineering / A. Ilyushenko // Science and innovation. Republican unitary Enterprise "Publishing House "Belarusian Science". – 2016. – Vol. 2. – No.156. – Pp. 16-20.
2. Betsofen, S.Ya., Investigation of the mechanism of deformation, texture and anisotropy of mechanical properties of alloys MA14, VMD7 and Mg-5Li-3Al / S.Ya. Betsofen, R. Wu, I.A. Grushin, A.A. Petrov, K.A. Speransky // Deformation and destruction of materials. – 2020. – Vol.10. – Pp. 22-28.
3. Afanasyev, A.A. Digitalization of industry: theoretical foundations and research methodology / A.A. Afanasyev // Economics, entrepreneurship and law. – 2023. – vol. 13. – No. 8. – Pp. 2537-2556.
4. Perekrestov, A.P. Ways to improve the performance of sliding bearings / A.P. Perekrestov, V.A. Vanchikov // Bulletin of the Astrakhan State Technical University. Series: Marine Engineering and Technology. – 2010. – No. 1. – Pp. 147-152.
5. Potekhin, B.A. Properties of babbit mark B83 / B.A. Potekhin, A.N. Glushchenko, V.V. Ilyushin // Technology of metals. Limited Liability Company "Science and Technology". – 2006. – No. 3. – Pp. 17-23.
6. Barykin, N.P. The influence of the babbit B83 structure on the wear rate of tribo-joints / N.P. Barykin, R.F. Fazliakhmetov, A.H. Valeeva // Metallurgy and heat treatment of metals. – 2006. – No. 2. – Pp. 44-46.
7. Nazarov Sh.A. Microstructure and mechanical properties of Al+ 6% Li alloy with rare earth metals / Sh.A. Nazarov, I.N. Ganiev, N.I. Ganieva, K. Irene // Bulletin of Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov. – 2017. – Vol. 15, – No. 2. – Pp. 63-68.
8. Zeng, Z. Magnesium extrusion alloys: a review of developments and prospects / Z. Zeng, N. Stanford, C.H.J. Davies, J.F. Nie, N. Birbilis // International Materials Reviews. – 2019. – Vol.64. – №1. – Pp. 27-62.
9. Roy, S., A novel method of determining interatomic potential for Al and Al-Li alloys and studying strength of Al-Al3Li interphase using evolutionary algorithms / S. Roy, A. Dutta, N. Chakraborti // Computational Materials Science. – 2021. – Vol.190. – P. 110258.
10. Potekhin, B.A. The influence of casting methods on the structure and properties of tin babbit / B.A. Potekhin, V.V. Ilyushin, A.S. Khristolyubov // Metallovedenie i heat treatment of metals. – 2009. – No.8. – Pp. 16-21.
11. Zarifova, M.S. The effect of lanthanum additives on the temperature dependence of thermophysical properties and changes in thermodynamic functions of lead babbit UAv (PbSb15Sn10) / M.S. Zarifova, I.N. Ganiev, Kh.I. Kholov, F.K. Khodjaev, N.M. Mulloeva // Materials Science. – 2023. – No.5. – Pp. 3-8.
12. Ganiev, I.N. Heat capacity and thermodynamic functions of lead babbit B Na (PbSb15Sn10Na) doped with sodium / I.N. Ganiev, H.M. Khojanazarov, F.K. Khojaev, B.B. Eshov // Journal of Physical Chemistry. – 2023. – Vol. 97, – No.4. – Pp. 469-475.
13. Gursoy, O. Lanthanides: A focused review of eutectic modification in hypoeutectic Al–Si alloys / O. Gursoy, G. Timelli //Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol.9. – №4. – Pp. 8652-8666.
14. Ganiev, I.N. The effect of potassium additives on the anodic stability of lead babbit BK (PbSb15Sn10 K) / I.N. Ganiev, H.M. Khojanazarov, F.K. Khojaev, H.O. Odinazoda // Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Chemical technology and biotechnology. – 2022. – No.1. – Pp. 52-63.
15. Fu, L. Strengths and ductility enhanced by micro-alloying Sm/La/Ca to Mg–0.5 Zn–0.2 Mn alloy / L. Fu, Q. Le, W. Hu, J. Zhang, J. Wang // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol.9. – №3. – Pp. 6834-6849.
16. Ipatov, A.G. Analysis of the structure and properties of reducing coatings from iron-based powder compositions / A.G. Ipatov // Bulletin of the Izhevsk State Agricultural Academy. – 2021. – No.1. – Pp. 39-44.
17. Zarifova, M.S. Potentiodynamic study of lead babbit UAv (PbSb15Sn10) with lanthanum in a NaCl electrolyte medium / M.S. Zarifova, I.N. Ganiev, H.I. Kholov, S.K. Sharipov, F.K. Khodjaev // Promising materials. – 2023. – No.1. – Pp. 52-59.
18. Ismanov, R.D. Kinetics of oxidation of aluminum alloy A1 (Al+ 1% Ve) with indium, in a solid state / R.D. Simonov, I.N. Ganiev, H.O. Odinazoda, A.M. Safarov // Polytechnic Bulletin. Series: Engineering Research. – 2020. – No.1. – Pp. 99-104.
19. Betsofen, S.Ja. Phase composition, texture and anisotropy of mechanical properties of Al-Cu-Li and Al-Mg-Li alloys (Review). / S.Ja. Betsofen, V.V. Antipov, M.I. Knyazev // Deformation and destruction of materials. – 2015. – T.11. – Pp. 10-26.

ХОСИЯТҲОИ МИКРОСОХТӢ ВА МЕХАНИКИИ БАББИТИ СУРБИИ Б(PbSb15Sn10) БО ЧАНДЕ АЗ МЕТАЛЛҲОИ НОДИРИ ЗАМИНӢ (La, Ce, Nd)

Дар мақола натиҷаи омӯзиши таъсири баъзе элементҳои нодири заминӣ (La, Ce, Nd) ба хосияти микросохтӣ ва механикии баббити сурбии B(PbSb15Sn10) оварда шудааст. Нишон дода шудааст, ки илова кардани элементҳои нодири заминӣ ба баббити сурбӣ боиси беҳтар шудани хусусияти устуворӣ мегардад, ки ин боиси дароз шудани муҳлати хидмат ва эътимоднокии баланди амалиётӣ мегардад. Муқаррар карда шудааст, ки илова намудани элементҳои нодири заминӣ сахтии баббити аслиро то 187 МПа зиёд мекунад. Барои баланд бардоштани сахтӣ ва мустаҳкамӣ серий самаранокии хуби ҷавҳарониданро дорост. Аз ҷумла натиҷаҳои тадқиқоти микроструктураи баббитҳо нишон медиҳанд, ки иловаи ками металлҳои нодири заминӣ агар таъсири модификасиякунанда доранд, сохтори эвтектикиро (Pb+SbSn+γ) дар баббитҳо хеле такмил медиҳанд. Дар сохтори баббитҳо дар баробари кристаллизатсияи эвтектикӣ интерметаллидҳои ба системаҳои Sb - ЭНЗ тааллуқ дошта, қайд карда шуд. ЭНЗҳо ба сохтори хӯлаҳо тағйирот ворид карда, андозаи донаҳоро хурд мекунанд.

Калидвожаҳо: баббит B(PbSb15Sn10); элементҳои нодирзаминӣ; сахтӣ; устуворӣ

МИКРОСТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВИНЦОВОГО БАББИТА Б(PbSb15Sn10) С НЕКОТОРЫМИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ (La, Ce, Nd)

В данной статье подробно изложены результаты исследования, посвященного изучению воздействия редкоземельных элементов, таких как лантан (La), церий (Ce) и неодим (Nd), на микроструктуру, а также на механические свойства свинцового баббита марки Б(PbSb15Sn10). В ходе работы проводился тщательный анализ изменений в структуре сплава и его механических характеристик под влиянием указанных редкоземельных добавок, что позволило выявить их роль в формировании свойств материала. Показано, что добавки РЗМ в свинцовый баббит приводят к значительному улучшению прочностных характеристик, что обуславливает их более длительный срок службы и высокую надежность в эксплуатации. Установлено, что исследования добавки РЗМ увеличивают твердость исходного баббита до 187 МПа. Церий являются наиболее эффективным легирующим компонентом в плане увеличения твердости и прочности. Результаты проведённого исследования микроструктуры баббитов свидетельствуют о том, что введение небольших добавок редкоземельных металлов (РЗМ) оказывает существенное модифицирующее влияние на структуру сплава, в результате чего происходит значительное измельчение эвтектической структуры, представленной фазами Pb+SbSn+γ, в составе баббитов. Помимо процесса кристаллизации эвтектики в структуре баббитов наблюдается образование и выпадение включений интерметаллидных фаз, которые относятся к системам, включающим сурьму и редкоземельные металлы. РЗМ вносят изменения в структуру сплавов, уменьшая размер зерен.

Ключевые слова: баббит Б(PbSb15Sn10); РЗМ; микроструктура; твердость по Бринелля; предел прочности

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF LEAD BABBIT B(PbSb15Sn10) WITH SOME RARE EARTH METALS (La, Ce, Nd)

The article presents a detailed study on the effects of rare earth elements, such as lanthanum (La), cerium (Ce), and neodymium (Nd), on the microstructure and mechanical properties of lead-based babbitt alloy grade B (PbSb15Sn10). The study involves a thorough analysis of the changes in the alloy's structure and its mechanical characteristics under the influence of these rare earth additives, which helped to reveal their role in shaping the material's properties. It is shown that the addition of rare earth metals to the lead babbitt significantly improves its strength characteristics, leading to a longer service life and high operational reliability. The research established that adding rare earth metals increases the hardness of the original babbitt alloy to 187 MPa. Cerium is identified as the most effective alloying component in terms of enhancing hardness and strength. The results of the microstructure analysis of the babbitts indicate that the introduction of small amounts of rare earth metals has a substantial modifying effect on the alloy's structure, resulting in significant refinement of the eutectic structure, represented by Pb+SbSn+γ phases, in the babbitts. Additionally, during the eutectic crystallization process, the formation and precipitation of intermetallic phase inclusions, involving antimony and rare earth metals, were observed in the babbitt structure. Rare earth metals alter the alloy structure by reducing the grain size.

Keywords: babbit B(PbSb15Sn10); REM; microstructure; Brinell hardness; tensile strength

Маълумот дар бораи муаллифон: Зарифова Маҳҷуба Салоҳиддиновна – Институти химияи ба номи В.И. Никитини Академия миллии илмҳои Тоҷикистон, доктор PhD. Суроға: 734063, Душанбе, Ҷумҳурии Тоҷикистон, хиёбони С. Айни, 299/2. Телефон: (+992) 939906463. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Ганиев Изатулло Наврузович – Институти химияи ба номи В.И. Никитини Академия миллии илмҳои Тоҷикистон, д.и.х., профессор, академик. Суроға: 734063, Душанбе, Ҷумҳурии Тоҷикистон, хиёбони С. Айни, 299/2. Телефон: (+992) 935728899. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Холов Холмахмад Исроилович – Институти химияи ба номи В.И. Никитини Академия миллии илмҳои Тоҷикистон, н.и.т., ходими калони илмӣ; Суроға: 734063, Душанбе, Ҷумҳурии Тоҷикистон, хиёбони С. Айни, 299/2. Телефон: (+992) 909996463. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Ходжаназаров Хайруллоевич Махмудхонович – Донишгоҳи техникии Тоҷикистон ба номи М. Осими, н.и.т., муаллими калони кафедраи «Метрология, стандартизатсия ва сертификация». Суроға: 734042, Душанбе, Ҷумҳурии Тоҷикистон, хиёбони академикҳо Раҷабовҳо 10. Телефон: (+992) 907606073. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 Ходжаев Фируз Камолович – Донишгоҳи техникии Тоҷикистон ба номи М. Осими, н.и.т., муаллими калони кафедраи «Метрология, стандартизатсия ва сертификация». Суроға: 734042, Душанбе, Ҷумҳурии Тоҷикистон, хиёбони академикҳо Раҷабовҳо 10. Телефон: (+992) 937457171.

Сведения об авторах: Зарифова Махджуба Салохиддиновна – Институт химии имени В.И. Никитина Национальной академии наук Таджикистана, доктор PhD; Адрес: 734063, г. Душанбе, Республика Таджикистан, проспект С. Айни, 299/2. Телефон: (+992) 939906463. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Ганиев Изатулло Наврузович – Институт химии имени В.И. Никитина Национальной академии наук Таджикистана, д-р. хим. наук., профессор, академик; Адрес: 734063, г. Душанбе, Республика Таджикистан, проспект С. Айни, 299/2. Телефон: (+992) 939906463. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Холов Холмахмад Исроилович – Институт химии имени В.И. Никитина Национальной академии наук Таджикистана, канд. тех. наук., старший научный сотрудник; Адрес: 734063, г. Душанбе, Республика Таджикистан, проспект С. Айни, 299/2. Телефон: (+992) 909996463. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Ходжаназаров Хайрулло Махмудхонович – Таджикский технический университет имени М. Осими, канд. тех. наук., старший преподаватель кафедры «Метрология, стандартизация и сертификация». Адрес: 734025, г. Душанбе, Республика Таджикистан, проспект Раджабов. Телефон: (+992) 907606073. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Ходжаев Фируз Камолович – Таджикский технический университет имени М. Осими, канд. тех. наук., старший преподаватель кафедры «Метрология, стандартизация и сертификация». Адрес: 734025, г. Душанбе, Республика Таджикистан, проспект Раджабов. Телефон: (+992) 937457171.

Information about the authors: Zarifova Mahjuba Salohiddinovna – Institute of Chemistry named after V.I. Nikitin National Academy of Sciences of Tajikistan, PhD; Address: 734063, Dushanbe, Republic of Tajikistan, S. Aini Avenue, 299/2. Phone: (+992) 939906463. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Ganiev Izatullo Navruzovich – – Institute of Chemistry named after V.I. Nikitin National Academy of Sciences of Tajikistan, Doctor of Chemical Sciences, Professor, Academician; Address: 734063, Dushanbe, Republic of Tajikistan, S. Aini Avenue, 299/2. Phone: (+992) 939906463. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. 

Kholov Kholmahmad Isroilovich – – Institute of Chemistry named after V.I. Nikitin National Academy of Sciences of Tajikistan, Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher; Address: 734063, Dushanbe, Republic of Tajikistan, S. Aini Avenue, 299/2. Phone: (+992) 909996463. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Khojanazarov Khairullo Mahmudkhonovich – Tajik Technical University named after M. Oshimi, Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer at the Department of Metrology, Standardization and Certification. Address: 734025, Dushanbe, Republic of Tajikistan, Rajabov Avenue. Phone: (+992) 907606073. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Khojanazarov Khairullo Mahmudkhonovich – Tajik Technical University named after M. Oshimi, Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer at the Department of Metrology, Standardization and Certification. Address: 734025, Dushanbe, Republic of Tajikistan, Rajabov Avenue. Phone: (+992) 937457171.

                Статья поступила в редакцию 23.09.2024

Одобрена после рецензирования 25.11.2024

                                                                                                                     Принята к публикации 26.11.2024