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自润滑含油轴承以其体积小、构造简单和自润滑等特点而得到广泛应用,随着机械、电子行业朝着微型化、高精密化、智能化方向发展,对金属含油轴承提出更高的要求。然而因为材料自润滑性能决定的多孔性,含油轴承材料一般承载能力较低、摩擦过程中磨损量大、轴承寿命低,如果能对以上缺点加以改进,不仅可以拓宽含油轴承的使用范围,而且会产生可观的经济效益。
本文在Fe-40CuSn-3MoS2和Fe-1.5C-5Cu两种合金体系基础上,分别添加不同种类和数量的合金元素及稀土氧化物,通过测量材料的压溃强度、表观硬度、含油率、摩擦系数和磨损量以及模拟轴承运转的台架试验,研究所加合金元素的最佳加入量及相应的烧结工艺;通过光学显微镜、SEM、EDX等现代化材料检测手段对材料进行微观结构观察、微区成分分析以及摩擦表面的形貌观察,得到如下结论:
Ce02的加入对Fe-40CuSn-3MoS2材料的径向压溃强度和表观硬度的影响不大;但是对其烧结过程有很大的影响,Ce02可以活化烧结,改善基体的结合性,同时使材料内部的孔隙分布均匀,使得该材料具有良好的减摩性和耐磨性。P的加入大大提高了Fe-40CuSn基体材料的径向压溃强度和表观硬度,材料的摩擦系数小,磨损量小;Cr的加入促进烧结并对Fe基起到了良好的固溶强化作用。Ce02、P、Cr体系合金的合理加入量分别为0.25%、0.4%和0.6%,对应的合理烧结温度分别为880℃、930℃和930℃。
少量Ce02的加入可以很明显的改善Fe-1.5C-5Cu体系的径向压溃强度和表观硬度,但是过量的Ce02会导致材料组织中“条状物”的增多、粗化,恶他材料的性能;Mo的加入对Fe-1.5C-5Cu材料的径向压溃强度和表观硬度的影响不大,但是可以改善材料的摩擦性能,尤其是高载荷下的耐磨性,过量Mo的加入会使材料中出现部分疏松的组织,造成材料的压溃强度下降。Ce02与Mo的合理加入量为0.2~0.4%与5%;高的压坯密度很大程度上提高了材料的压溃强度和表观硬度,却只是略微改善了材料的耐磨性,所以需针对不同使用要求合理选择材料的压坯密度,与材料的摩擦性能合理搭配。
Fe-40CuSn-3MoS2系材料的表观硬度、压溃强度相对较低,磨损过程会有大量的粘起,故磨损机理主要是粘着磨损,其中参杂着氧化磨损以及少量的磨粒磨损;Fe-1.5C-5Cu系材料的压溃强度与表观硬度都相对比较大,磨擦表面可以观察到沟槽和裂纹的出现,部分区域有片状脱落的痕迹,磨损机理为主要为磨粒磨损为主,伴随着少量的氧化磨损及粘着磨损。
本课题研究的五组材料体系,即:Fe-40CuSn-3MoS2-xCe02、Fe-40CuSn-3MoS2-xP、Fe-40CuSn-3Mol2-0.6P-xCr以及Fe-1.5C-5Cu-xCe02、Fe-1.5C-5Cu-xMo(x表示合金加入量),其中,Fe-40CuSn-3MoS2-0.4P及Fe-1.5C-5Cu-(0.2~0.4)Ce02材料的综合性能最好,该两组材料均具有摩擦系数小,减摩性好,可以承受较高的载荷的特点。