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Al-20Si-5Cu合金干滑动摩擦磨损性能研究

作　者: 童强强
导　师: 金云学
学　校: 江苏科技大学
专　业: 材料学
关键词: 制动盘过共晶Al-Si 热处理摩擦磨损性能磨损机制
分类号: TG146.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本论文采用自行熔炼的Al-20Si-5Cu合金为研究对象，在研究热处理工艺对其组织和力学性能的影响的基础上，采用UMT-2型摩擦磨损试验机，分别研究了其常温、高温摩擦磨损性能，并采用SEM、EDS、OLS4000等手段分析材料的摩擦磨损特性。结果表明：Al-20Si-5Cu的最佳热处理工艺为：515℃保温6小时，水冷；165℃保温6小时，空冷。热处理能有效改善材料的显微组织形貌、提高材料的宏观硬度和基体的显微硬度，T6处理的试样硬度最高。在常温下，磨损率随着载荷的增加而增加，T6态试样磨损率最低，耐磨性最好；摩擦系数随着热处理工艺而变化，但对载荷不敏感，基本上是稳定的；随着附加载荷的变化，材料的磨损机制发生转变：铸态材料的磨损机制由低载荷的氧化磨损、磨粒磨损转变为高载荷的剥层磨损，固溶态、T6态材料的磨损机制则氧化磨损、磨粒磨损转变疲劳磨损。在常温下，随着转速的变化，磨损率都随着转速增加而增大，但T6态磨损率最低，即T6态材料耐磨性最好；不同热处理态试样的摩擦系数随转速的变化呈现出不一致的规律，且摩擦系数的都是在较小范围波动，但T6态材料摩擦系数最为稳定，即T6态材料的摩擦性能最好；铸态和固溶态材料的磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损，而T6态主要为磨粒磨损。在温度为200℃，转速为150r/min的条件下，磨损率随着附加载荷的增大而增大，但T6态试样的磨损率增加缓慢且小，故T6态试样的耐磨性较好；随着载荷的变化，T6态材料的摩擦系数较铸态的的平缓，摩擦磨损过程中尖锐的峰也较少，制动稳定性好，具有较好的摩擦性能；随着载荷的增加，铸态材料在整个摩擦磨损试验过程中的磨损机制都为黏着磨损，而T6态试样的由磨粒磨损转变为轻微的黏着磨损。在附加载荷为4N，转速为50r/min的条件下，在临界温度200℃之前材料的磨损率随着温度升高而缓慢增加，临界温度之后，磨损率急剧增加，但T6态材料的临界温度较铸态的推迟了50℃，且磨损率低；2种状态的试样的摩擦系数在200℃之前随着温度缓慢，但T6态摩擦系数变化规律较铸态的平稳，出现较少的尖锐的峰，故T6态材料摩擦性能较好，当温度超过200℃后，摩擦系数都急剧增大，且摩擦系数分散度增加，摩擦稳定性下降；随着温度的升高，材料的磨损机制发生转变，铸态材料和T6态材料都由低温的氧化磨损、磨粒磨损转为黏着磨损，但T6态材料磨损轻，在高温条件下，具有较好的耐磨性。综上，Al-20Si-5Cu合金的干滑动摩擦磨损特性的变化与热处理对其显微组织、硬度的改变有密切的关系。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-16
第1章绪论  16-26
  1.1 选题理论背景与实用价值  16-17
  1.2 过共晶铝硅合金的特点  17-19
    1.2.1 过共晶硅合金的牌号  17
    1.2.2 过共晶铝硅合金的组织和性能  17-19
  1.3 铝合金的热处理  19
    1.3.1 热处理的目的  19
    1.3.2 热处理方法与工艺  19
  1.4 摩擦磨损理论  19-23
    1.4.1 概述  19-20
    1.4.2 摩擦磨损特性研究中的主要参数  20-21
    1.4.3 干滑动摩擦涉及的主要磨损机制  21-23
  1.5 本课题国内外研究现状  23-24
  1.6 本课题主要研究内容  24-26
第2章试验材料及试验方法  26-32
  2.1 技术路线  26
  2.2 试验原材料  26-27
  2.3 熔炼用设备  27
  2.4 试验材料的熔炼及浇注  27-30
    2.4.1 熔炼前的准备  27-28
    2.4.2 熔炼及浇注工艺  28-30
  2.5 材料的组织结构分析  30
    2.5.1 金相试样的制备及组织分析  30
    2.5.2 X 射线分析  30
    2.5.3 SEM 分析  30
    2.5.4 EDS 分析  30
  2.6 材料硬度的测试  30-31
    2.6.1 布氏硬度测试  30
    2.6.2 显微硬度测试  30-31
  2.7 材料摩擦磨损性能测试  31-32
第3章热处理工艺对 Al-20Si-5Cu 合金组织和力学性能的影响  32-39
  3.1 引言  32
  3.2 最佳热处理工艺的确定  32-35
  3.3 热处理工艺对 Al-20Si-5Cu 合金组织的影响  35-36
  3.4 热处理工艺对 Al-20Si-5Cu 合金力学性能的影响  36-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章 Al-20Si-5Cu 合金室温摩擦磨损性能的研究  39-57
  4.1 引言  39
  4.2 载荷对 Al-20Si-5Cu 合金摩擦磨损性能的影响  39-49
    4.2.1 载荷对磨损率的影响  39-40
    4.2.2 载荷对摩擦系数的影响  40-41
    4.2.3 载荷对磨损面的影响  41-46
    4.2.4 载荷对磨损断面的影响  46-48
    4.2.5 载荷与磨屑形貌  48-49
  4.3 转速对 Al-20Si-5Cu 合金摩擦磨损性能的影响  49-56
    4.3.1 转速对磨损率的影响  49-50
    4.3.2 转速对摩擦系数的影响  50-52
    4.3.3 转速对磨损面的影响  52-55
    4.3.4 转速对磨损断面的影响  55-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章 Al-20Si-5Cu 合金高温摩擦磨损性能的研究  57-74
  5.1 引言  57
  5.2 200℃温度下载荷对其摩擦磨损特性的影响  57-64
    5.2.1 200℃温度下载荷对磨损率的影响  57-58
    5.2.2 200℃温度下载荷对摩擦系数的影响  58-59
    5.2.3 200℃下载荷对磨损面的影响  59-62
    5.2.4 200℃下载荷对磨损断面的影响  62
    5.2.5 200℃下载荷与磨屑形貌  62-64
  5.3 温度对 Al-20Si-5Cu 合金摩擦磨损性能的影响  64-72
    5.3.1 温度对磨损率的影响  64-65
    5.3.2 温度对摩擦系数的影响  65-67
    5.3.3 温度对磨损面的影响  67-70
    5.3.4 温度对磨损断面的影响  70-71
    5.3.5 温度与磨屑形貌  71-72
  5.4 本章小结  72-74
结论  74-76
参考文献  76-80
攻读硕士学位期间发表的学术论文  80-81
致谢  81

Al-20Si-5Cu合金干滑动摩擦磨损性能研究

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