复层铁基粉末冶金材料的制备及其摩擦学性能分析

摘要

铁基粉末冶金含油轴承，因其强度、硬度较高，耐高温、耐磨性好，价格便宜等优点，应用十分广泛。但随着现代工业的发展，在一些对性能要求较高的场合，粉末冶金含油轴承会出现硬度、强度不足，易破损等问题，尽管可以通过增加产品密度的方法来改善其力学性能，但材料的含油率会随之下降，润滑效果减弱。针对这一现状，本论文从孔隙的角度出发，对铁基粉末冶金含油轴承材料进行分层设计，制备基体致密高强、表层多孔含油的复层铁基粉末冶金材料。利用力学性能、摩擦磨损试验等，探讨孔隙变化对复层材料性能的影响规律，以及减摩耐磨机理。
　　研究结果表明:随着硬脂酸锌含量的增加，表层的含油率明显上升，含油量增加，有助于改善复层材料的摩擦学性能，但是当孔隙率过高时，材料的力学性能下降，孔隙边缘更容易发生颗粒脱落现象，加剧了材料的磨损，当表层硬脂酸锌含量为1.6％时摩擦学性能较好;在确定硬脂酸锌含量的基础上，微调表层中TiH2的含量，有助于提升材料的力学性能和含油率，而且烧结过程中产生的TiC等硬质相会有效提高材料的耐磨性能;确定表层和基体的最佳配方之后，调整表层的厚度，发现随着表层厚度的逐渐增加，表层的硬度逐渐下降、含油率有所上升，而基体的硬度变化不大，材料摩擦学性能先随表层厚度增加而变好后逐渐变差，当表层厚度达到50％时，整体的摩擦学性能最好，耐磨性能显著。通过与单层材料以及现有材料进行变速度、变载荷试验后发现，复层材料由于含油率较高，供油充分，加上基体的支撑作用，使其具有较好的减摩耐磨性能，明显优于单层材料和现有材料;可以承受更高的试验速度和载荷。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 含油轴承概述

1．2 含油轴承的工作原理

1．3 孔隙在含油轴承中的作用

1．3．1 孔隙的形成

1．3．2 孔隙对材料性能的影响

1．3．3 孔隙率的测量

1．4 铁基含油轴承的主要失效形式

1．4．1 磨损失效

1．4．2 疲劳失效

1．5 复层粉末冶金材料的研究现状

1．5．1 双层粉末冶金材料的研究

1．5．2 梯度复层材料的研究

1．6 本文的主要研究内容

第二章 配方设计与试样制备

2．1 试验材料

2．2 配方设计

2．2．1 基体配方

2．2．2 表层配方

2．2．3 复层材料表层厚度的确定

2．3 试样制备

2．4 性能测试

2．4．1 密度、孔隙度和含油率测试

2．4．2 力学性能测试

2．4．3 摩擦学性能测试

2．4．4 粉末冶金材料微观检测分析

第三章 复层材料性能随孔隙的变化

3．1 硬脂酸锌含量对复层材料性能的影响

3．1．1 硬脂酸锌含量对材料烧结前后密度的影响

3．1．2 硬脂酸锌含量对材料含油率和组织性能的影响

3．1．3 硬脂酸锌含量对材料力学性能的影响

3．1．4 硬脂酸锌含量对复层材料摩擦学性能的影响

3．2 TiH2含量对复层材料性能的影响

3．2．1 TiH2含量对烧结前后密度的影响

3．2．2 TiH2含量对复层材料含油率和显微组织的影响

3．2．3 TiH2含量对复层材料力学性能的影响

3．2．4 TiH2含量对复层材料摩擦学性能的影响

3．3 本章小结

第四章 复层材料表层厚度的确定

4．1 表层厚度对复层试样烧结前后密度的影响

4．2 表层厚度对复层试样含油率的影响

4．3 表层厚度对复层试样力学性能的影响

4．3．1 不同表层厚度的力学性能模拟分析

4．3．2 不同表层厚度对硬度的影响

4．4 不同表层厚度对复层材料摩擦学性能的影响

4．4．1 定载荷试验

4．4．2 逐级加载试验

4．5 本章小结

第五章 复层材料的性能对比试验

5．1 三种材料烧结前后的密度分析

5．2 三种材料的含油率分析

5．3 三种材料的硬度分析

5．4 三种材料的定载荷变速度试验

5．5 三种材料的定速度变载荷试验

5．5．1 逐级加载方式1下的摩擦学性能分析

5．5．2 逐级加载方式2下的摩擦学性能分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况