油膜轴承由于其摩擦系数小、损耗低、刚性高等优点,被广泛应用于钢铁、矿山、冶金、电力等系统的高、精、尖关键设备上。衬套作为油膜轴承的核心部件,其结构和运行过程中的受力情况对油膜轴承最终的使用性能起着至关重要的作用。现阶段油膜轴承衬套是由钢体与巴氏合金相结合,近些年新兴起的多层复合结构轴承衬套,其各层合金间的界面结合性能关系到轧机油膜轴承最终的使用性能,影响着生产线运行的安全可靠性。油膜轴承多层合金复合结构衬套研究已经成为油膜轴承工艺改进的重要方向,是我国高端装备制造产业核心基础件的关键组成部分。研究新型油膜轴承多层结构衬套的异种金属界面结合强度对设备结构与性能至关重要。本文主要研究内容如下:首先,根据试验操作标准,设计并制备了在焊接工艺下轴瓦双金属结合强度试件,通过SEM试验观察结合界面的微观组织、晶系分布以及物相成分,探究巴氏合金与不同牌号的钢体在焊接工艺下的结合机理。利用XRD残余应力测试仪检测不同钢体与巴氏合金结合时钢体表面的残余应力分布,判断轴承衬套的最佳基体材料。然后,以新型复合结构衬套巴氏合金ZCh Sn Sb8-4为研究对象,在原子替代法建模特点的基础上,考虑了巴氏合金中Cu₆Sn₅、Sn Sb、Sn三种组分含量配比,利用分子动力学方法对多层合金复合衬套界面间结合性能进行模拟分析,计算在相同条件下三层复合结构和五层复合结构衬套各层合金的能量大小,并对相邻合金界面间的结合能进行计算分析,判断其危险结合界面,同时给出了复合结构材料危险结合界面的判定方法。计算结果表明:结合界面的层数对结合性能有着明显的影响,五层复合结构衬套的最小界面结合能比三层复合结构衬套的最小界面结合能大33.87%,即五层复合结构衬套界面结合性能优于三层复合结构衬套。同时从不同结构衬套相邻两界面的结合能发现,不同复合层结构的衬套导致的危险结合界面存在差异。钢铅合金层与镍栅层之间的界面结合能最大,结合最牢固;镍栅层与巴氏合金层的界面结合能最小,最易发生合金脱落。此外还分析了温度和过渡层对衬套界面结合性能的影响。该部分从分子层面研究了新型复合结构衬套界面间相互作用机理,为生产实践提供了参考依据。最后,推导出复合材料界面端奇异应力场完整公式,通过计算复合材料界面端奇异性应力场Dundurs及其相关参数,对ZSnSb11Cu6/20钢和ZSnSb11Cu6/FeSn₂/20钢模型界面端奇异性应力场进行计算,对比其界面端附近主应力和剪应力大小及分布,判断其危险结合界面。计算结果得出巴氏合金与FeSn₂结合时的奇异性应力小于与其他钢材结合时的奇异性应力,中间层材料FeSn₂能有效减缓巴氏合金与钢体之间的应力奇异性;在ZSnSb11Cu6/FeSn₂/20钢三层结构衬套模型中,ZSnSb11Cu6/FeSn₂结合界面处的奇异性应力要大于FeSn₂/20钢处,则FeSn₂/20钢界面处的结合性能要优于ZSnSb11Cu6/FeSn₂处的结合界面,ZSnSb11Cu6/FeSn₂结合处即为危险结合界面。