粉末冶金烧结硬化凸轮材料的摩擦磨损性能研究

本研究将铁基Fe-Cr-Mo-Cu-Si-P-C粉末冶金材料用于组合烧结式粉末冶金中空凸轮轴的凸轮制备,使用MR-H5型高速环块磨损实验机进行摩擦磨损性能测试,并通过白光干涉形貌法对该凸轮材料在不同转速下的摩擦磨损性能进行研究。结果表明,凸轮材料烧结后密度可达7.5 g/cm3以上,硬度HRC达到53.7;材料的磨损状况与转速密切相关,在1 000~2 000 r/min转速范围内,磨损机制主要为磨粒磨损,随着转速提高,微凸体啮合程度不断降低,摩擦因数降低。磨损量则呈现先增加后减少的趋势。当转速达到3 000r/min时,以粘着磨损为主,材料磨损严重。在同样的实验条件下,该粉末冶金凸轮材料的磨损量仅为传统球墨铸铁凸轮材料的1/3,显示了优异的耐磨性。     

粉末冶金组合烧结中空凸轮轴的组织与性能

采用粉末冶金组合烧结技术制备由Fe-Cr-Mo-P-Si-Cu-C凸轮和16Mn钢管为芯轴组成的中空凸轮轴,对凸轮的密度、硬度等物理性能、摩擦磨损性能和微观组织进行测试与分析,研究烧结致密化机理,并与传统凸轮材料球墨铸铁的摩擦磨损性能进行对比。结果表明:Fe-Cr-Mo-P-Si-Cu-C凸轮材料在烧结过程中产生Fe-C-P三元液相,Cr、Mo元素溶解于液相中使得液相量显著增加,促进液相烧结,体积收缩率高达19.1%。凸轮材料的平均密度为7.51 g/cm3,平均硬度(HRC)53.7,与钢制芯轴形成牢固的冶金结合,扭矩高达1 150 N·m,连接可靠性较好;该凸轮材料的硬度与传统球墨铸铁凸轮材料相近,耐磨性是球墨铸铁的3倍,质量减轻35%,满足发动机使用要求。     

激光表面淬火后铁基烧结凸轮的组织与性能研究

本论文研究了铁基烧结凸轮材料经宽带激光表面淬火前后的显微组织、硬度及其摩擦学特性。研究结果表明：经激光表面淬火后，铁基烧结凸轮材料的耐磨性得到了显著的改善，摩擦系数也明显降低。在摩擦过程中，摩擦表而形成一具有高硬度的表面层，在摩擦表而层的最表层还覆盖着一层表面膜。该表面膜的存在可进一步改善铁基烧结凸轮材料的耐磨性。     

铜含量对铁基粉末冶金航空刹车材料摩擦磨损性能的影响

讨论了大范围内铜含量(0～30％,质量分数)对铁基粉末冶金航空刹车材料摩擦磨损性能的影响和材料的摩擦磨损机理,结果表明:不合铜时,材料的摩擦因数和磨损量均较大,磨损机理主要为粘着磨损;添加铜后,材料的摩擦因数和磨损量均有所下降,疲劳磨损为主要机理;当铜含量升高到有大量游离铜存在时,材料的摩擦因数和磨损量逐渐增加,磨损机理又主要体现为粘着磨损。     

鳞片石墨含量对地铁集电靴用铜基粉末冶金材料性能的影响

采用粉末冶金技术制备了鳞片石墨含量分别为2%、3%、4%、5%、6%的铜基粉末冶金摩擦材料并测定其力学性能;使用MM-1000Ⅲ型摩擦磨损试验机测试其摩擦磨损性能;使用扫描电镜观察其摩擦表面及冲击断面的微观组织形貌并分析其摩擦磨损及冲击断裂机理。结果表明:随鳞片石墨含量的增加,材料的冲击韧性、布氏硬度、抗拉强度下降,材料的电阻率上升;在相同压力和配置惯量的试验参数下,随着鳞片石墨含量的增加材料摩擦因数和磨损率下降,3%石墨含量的摩擦材料样品摩擦因数变化最稳定,同时材料的摩擦磨损机理主要由剥落磨损转变为黏着磨损和磨粒磨损;材料冲击韧性随鳞片石墨含量增加而降低,冲击断面韧窝的成形受材料组织孔隙数量和位错塞积的影响。     

自润滑材料滑动摩擦失效分析

通过滑动摩擦磨损实验,评价试样的磨损性能,结合自润滑材料的摩擦特性（μ-n）曲线和自润滑滑动摩擦磨损机理,利用SEM研究摩擦磨机理,得知自润滑材料失效的实质是：在滑动摩擦的后期,自润滑向干摩擦过渡,最终转变为干摩擦,而干摩擦的磨损量比自润滑的高3个数量级,使材料的磨损量急剧升高,材料因磨损量过大而失效,其磨损机理粘着磨损。     

粉末热锻凸轮的数值模拟

凸轮作为装配式凸轮轴上的关键零部件之一,其制造技术很大程度上影响着凸轮轴及发动机的发展。采用验证实验的方法确认有限元法模拟粉末热锻凸轮的压制及热锻成形过程的合理性,在此基础上利用数值模拟法对凸轮的压制方式进行改进、优化热锻工艺参数。针对粉末压制成形工艺,对不同压制方式下(单向压制、双向压制、浮动压制、摩擦压制)的压坯密度进行模拟分析。而针对热锻工艺则研究分析锻压速度、摩擦因数、坯料加热温度、模具预热温度、坯料初始相对密度5组因素对锻件密度分布的影响,从而获得最佳的工艺方案。     

直八型多用直升机旋翼刹车材料的研制

阐述了直八型直升机旋翼刹车材料的研究工艺;探讨了非金属基、铜基和铁基在相同条件下的摩擦性能;研究了润滑组元MoS_2、BN以及摩擦组元Sic对铁基摩擦材料性能的影响,并分析了其影响机理;指出非金属成分含量可以控制摩擦材料制动过程中摩擦力矩的峰比值,提高力矩的稳定性;同时也指出细片状珠光体组织的铁基材料耐磨性最好,并研制成功国内首次应用于直升机旋翼刹车装置的9—9铁基摩擦材料。     

石墨含量对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金压烧技术制备了含不同质量分数石墨的铜基摩擦材料,研究了石墨含量对摩擦材料微观组织、磨损性能和磨损机理的影响。结果表明:铜基体的连续性随石墨含量增加而降低,动摩擦系数随石墨含量的增加先增加后降低,磨损量随着石墨含量的增加而减小;材料的磨损机理为犁沟式磨料磨损;石墨质量分数为16%时,试样动摩擦系数和静摩擦系数最高并且稳定,具有最好的摩擦磨损性能。     

真空常温下空间用铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦学行为及可靠性寿命

在真空常温下,对空间摩擦副进行大负荷服役条件(400 N)可靠性寿命摩擦循环试验,考察空间用铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损特性,探讨摩擦材料的可靠性寿命并揭示其摩擦磨损机理。结果表明:铜基摩擦材料在真空常温大负荷摩擦循环试验条件下,摩擦磨损过程可分成三个阶段:第一阶段(1~1 400次试验),摩擦因数由0.28增加到0.61,并趋于稳定,磨损机理以磨粒磨损为主;第二阶段(1 400~2 700次试验),摩擦因数稳定在0.61左右,磨粒磨损和粘着磨损并存;第三阶段(2 700次试验后),摩擦因数逐渐下降,磨损机理转变为较强的粘着磨损和疲劳磨损,材料表现为失效,整个试验过程中,摩擦因数稳定系数均高于0.9。研究表明,研制的铜基摩擦材料在真空常温条件下可满足转位机构和空间机械臂等的可靠性需求。     

膨胀蛭石对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备膨胀蛭石含量(质量分数,下同)分别为0.1%,2%和4%的铜基摩擦材料,利用MM-1000摩擦试验机测定该材料的摩擦磨损性能,并研究膨胀蛭石对磨损机理的影响。结果表明:加入1%膨胀蛭石时,铜基摩擦材料的摩擦因数提高,但随蛭石含量继续增加而逐渐降低。低转速下,加入膨胀蛭石的材料磨损率显著降低,磨损率受蛭石含量的影响较小;在中高转速下,随蛭石含量从1%增加到4%,材料的磨损率逐渐增大。加入膨胀蛭石后材料表面的摩擦膜更光滑,没有出现易疲劳磨损的亚表面。在低转速条件下,含膨胀蛭石的铜基摩擦材料的磨损机制以粘着磨损为主,在中高速条件下,其磨损机制转变为粘着磨损、犁削磨损和疲劳磨损的复合磨损机制。     

不同类型莫来石对铜基材料摩擦磨损性能的影响

利用粉末冶金方法制备了含三种不同类型莫来石的铜基摩擦材料,测试了三种材料的摩擦磨损性能。结果表明:随着制动压力和转速的增大,采用莫来石作为摩擦组元的铜基摩擦材料的摩擦系数降低,磨损量增大。采用高纯电熔莫来石时对摩擦材料的磨损较大,对对偶件的磨损较小。采用莫来石相含量较低的烧结莫来石的摩擦材料摩擦稳定性较差。采用蓝晶石煅烧莫来石的摩擦材料具有较好的综合性能。随着莫来石粒度的减小,摩擦材料的耐磨性变差。     

45CrNiMoVA与PCrNiMo配副的摩擦磨损特性

 在自制的销盘式干滑动摩擦磨损实验机上研究了45CrNiMoVA与PCrNiMo配副的摩擦磨损特性。结果表明：材料的磨损率随着速度、载荷的增加而增大;摩擦因数随着载荷增加而减小;随着速度的改变磨损率的变化规律为：减小、增大、再减小;硬度对实验材料磨损率的影响与通常所用材料不同,磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损。     

铜、铜基合金及铜基形状记忆合金的磨损机理图

本文依照 Lim 和 Ashby 处理方法,参阅有关铜和铜基合金的研究成果,得到了这类材料的磨损机理图。基于对铜基形状记忆合金磨损机理的研究,对某些高弹性材料,作者提出了一种新的摩擦磨损机理。     

MoS_2含量对Cu/Cu-MoS_2功能复合材料组织及性能的影响

采用真空热压法制备不同MoS2含量的Cu/Cu-MoS2功能复合材料,测定其密度、硬度和电导率,并用MMU-5GA微机控制真空高温摩擦磨损试验机测试其摩擦磨损性能,通过扫描电镜对试样显微组织及磨损形貌进行观察,并进行能谱分析。结果表明:通过真空热压法制备的功能复合材料组织均匀、过渡层明显,Cu层与耐磨层的过渡平稳,界面结合强度较高;烧结过程中,Cu与部分MoS2发生反应,烧结产物主要为复杂的CuS-Mo化合物及单质Mo;随着MoS2含量的增加,材料的电导率和密度下降,硬度及耐磨性提高;单质Mo及MoS2对材料的耐磨性影响较大,当耐磨层含3%质量分数的MoS2时,功能复合材料的电导率与耐磨性有较好的配合。     

电火花沉积工艺对3Cr2W8模具钢性能的影响

本文研究了电火花沉积工艺对3Cr2W8模具钢性能的影响,通过显微硬度、摩擦磨损试验和耐腐蚀性实验表明,经过电火花加工后的3Cr2W8钢表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀均高于基体材料。     

BN/Cu复合材料摩擦磨损性能与磨损机制研究

通过直流辅助热压烧结制备了氮化硼（BN）颗粒添加量为0.4%～1.2%（质量分数）的BN/Cu复合材料,采用立式销盘摩擦磨损试验机对其进行耐磨性检测,使用扫描电子显微镜（SEM）表征材料磨损前后的表面形貌,同时分析了BN颗粒添加量对复合材料物理性能和摩擦磨损性能的影响。研究结果表明：直流辅助热压烧结制备的复合材料致密度均可达到96%以上,导电率可达80%IACS以上。添加适量的BN颗粒,可以极大提升复合材料的摩擦磨损性能。当BN颗粒的添加量为0.8%时,由于摩擦过程中有润滑膜产生,复合材料的摩擦系数最为稳定,且摩擦磨损性能较为优异,主要由磨粒磨损和轻微的黏着磨损共同作用。     

显微组织对磨料磨损性能的影响

本文研究了马氏体,贝氏体、残余奥氏体及马氏体—贝氏体混合组织在二体、三体磨料磨损下的磨损特性,对材料磨损表面及磨屑形貌进行了详细分析。结果表明,材料的磨料磨损主要由显微切削和显微裂纹两个因素控制,材料的耐磨性由其强度与韧性的配合所决定。马氏体组织的加工硬化速率及碳含量强烈影响其耐磨性,先转变少量下贝氏体对其耐磨性有益。下贝氏体组织在高应力磨料磨损下比相同硬度,或稍高硬度的回火马氏体组织具有较高的耐磨性,但在低应力磨损下表现为不利的作用。粗大的贝氏铁素体组织在两种磨损下都对耐磨性不利。马氏体—贝氏体混合组织比马氏体组织,贝氏体组织具有更高的耐磨性。残余奥氏体在二体高应力磨损下起非常有益的作用,在三体低应力磨损下则起不利的作用。     

SiC/C-Cu复合材料的载流磨损性能

采用粉末冶金法制备SiC/C-Cu复合材料,研究SiC颗粒含量对该材料组织结构与物理性能的影响,并在HST-100载流摩擦磨损试验机上进行载流磨损试验,研究摩擦速度、电流密度与SiC颗粒含量对SiC/C-Cu复合材料磨损率的影响以及磨损机理的变化。结果表明:SiC颗粒均匀分布于铜基体中。随SiC含量增加,复合材料的硬度和孔隙率都逐渐增大,密度和导电率降低。添加SiC颗粒可增强C-Cu复合材料的抗磨损性能,材料的磨损率随摩擦速度和电流密度增加而增加,随SiC含量增加呈先降低后上升的趋势,含2%SiC(质量分数)的SiC/C-Cu复合材料具有优异的抗载流磨损性能。添加SiC颗粒可减少摩擦磨损过程中铜基体的粘着磨损,磨损机理主要为磨粒磨损和电弧侵蚀磨损。     

表面改性纳米SiO2对铜基摩擦材料摩擦学性能的影响

为提高铜基粉末冶金摩擦材料的综合性能,采用粉末冶金法分别制备了Cu和Ni包覆的纳米SiO2(n-SiO2)颗粒增强的铜基摩擦材料.通过惯性试验,考核了摩擦材料的摩擦磨损和耐热性能;采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计研究了材料的显微组织、基体硬度和磨损机理.结果表明:表面改性n-SiO2可细化铜基摩擦材料的基体组织,显著提高铜基体的硬度;添加Cu/n-SiO2和Ni/n-SiO2的摩擦材料的耐磨性能比添加未表面改性n-SiO2的摩擦材料分别提高3.95倍和7.46倍;n-SiO2颗粒增强铜基摩擦材料的主要磨损机理为犁沟式磨料磨损.