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Al、Zr对Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响

作　者: 杨明
导　师: 刘子利
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Fe-18Cu基摩擦材料 粉末冶金 摩擦系数 摩擦磨损
分类号: TF125.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 80次
引　用: 2次
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内容摘要


铁基摩擦材料因其耐高温性能好、承载能力强以及价格便宜的优点而得到广泛应用,但其与铁质对偶摩擦时极易发生粘着,容易拉伤对偶表面。相比与铁质对偶件来说,铜基摩擦材料较为平稳且耐磨性好,但铜的价格比较高,本文以Fe-18Cu合金为基体,通过添加Al、Cu-10Al、Zr强化基体,利用粉末冶金的方法制备了材料。通过运用光学显微镜、XRD、SEM等测试研究并探讨了材料强化后的微观组织、摩擦磨损性能以及磨损机理,结果表明:本研究材料的组织中有Fe-18Cu相、SiO2、石墨,添加强化元素前,基体组织颗粒较大,组织中孔隙分布不均匀,致密度较低。Al元素的添加量为0%～3%,添加Al后材料的显微组织有AlCu4新相生成,基体组织得到细化,且晶粒分布均匀。随着Al含量的增加,材料力学性能不断提高,其中含铝2%时材料的力学性能最佳,抗压强度为368Mpa,硬度为95.5HB;材料的摩擦因数随Al含量和转速的增加先上升后下降,Al含量为3%时,材料的磨损以粘着和犁削为主。同时增加材料中Cu和Al的含量,在材料添加Cu-10Al中间合金, Cu-10Al含量为0%～12%,添加Cu-10Al后,材料的显微组织有Fe3Al新相生成,材料的晶粒细化,致密度提高。随着Cu-10Al含量增加,材料的抗压强度和硬度先上升后下降,含Cu-10Al为8%时材料的抗压强度和硬度最高分别为377MPa,102HB;材料的摩擦性能在500r/min时,材料的摩擦系数随Cu-10Al含量的增加而增大,以第三体对材料基体的切削作用为主; 1500r/min时,材料的摩擦系数在Cu-10Al含量为8%时出现最低值0.261,以疲劳磨损和氧化磨损为主;转速为达到3000r/min时,材料的摩擦系数随Cu-10Al含量的增加先降低后升高,材料以磨损磨粒磨损、氧化磨损为主同时包括少量疲劳磨损。Zr元素的添加量为0%～2%,添加锆后材料基体中有FeZr3新相生成,晶粒细化,孔隙率下降,随着Zr含量的增加材料的抗压强度先上升后下降,其中含1%Zr摩擦材料的抗压强度和布氏硬度最高,分别为383MPa,103HB。材料的摩擦性能当转速为500r/min时,摩擦系数随Zr含量得增加而减小,材料主要以磨粒磨损为主。当转速为1500r/min时,材料主要以氧化磨损为主,并掺杂少量磨粒磨损。当转速为3000r/min时,材料磨损以氧化磨损为主,同时包括磨粒磨损及疲劳磨损。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章 绪论  11-24
  1.1 前言  11-12
  1.2 摩擦磨损概述  12-14
    1.2.1 摩擦磨损概述  12-13
    1.2.2 摩擦机理  13
    1.2.3 磨损机理  13-14
  1.3 粉末冶金摩擦材料  14-16
  1.4 粉末冶金摩擦材料的研究  16-18
  1.5 粉末冶金摩擦材料的制作工艺以及配方研究  18-20
    1.5.1 新型工艺研究  18-19
    1.5.2 新型配方的研究  19-20
  1.6 粉末冶金摩擦材料的发展趋势  20-22
  1.7 本课题研究的目的、意义及研究内容  22-24
第二章 实验方案  24-30
  2.1 试验材料与试验设备  24
  2.2 试验方法  24-30
    2.2.1 成分设计及主要参数  24-25
    2.2.2 试样制备及工艺参数  25-26
    2.3.3 材料性能测试  26-30
第三章 铝对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织及性能的影响  30-41
  3.1 铝对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织及性能的影响  30-34
    3.1.1 显微组织  30-33
    3.1.2 烧结温度对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料密度的影响  33
    3.1.3 Al 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料密度的影响  33-34
    3.1.4 Al 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料力学性能的影响  34
  3.2 Al 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响  34-40
    3.2.1 Al 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料摩擦特性的影响  35-36
    3.2.2 Al 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料磨损特性的影响  36
    3.2.3 含Al 元素Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损机理  36-40
  3.3 本章小结  40-41
第四章Cu-10Al 对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织及性能的影响  41-52
  4.1 Cu-10Al 对材料组织及性能的影响  41-46
    4.1.1 显微组织  41-43
    4.1.2 压制压力对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料密度的影响  43-44
    4.1.3 Cu-10Al 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料密度的影响  44-45
    4.1.4 Cu-10Al 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料力学性能的影响  45-46
  4.2 Cu-10Al 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料摩擦性能的影响  46-51
    4.2.1 Cu-10Al 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料摩擦特性的影响  46-47
    4.2.2 Cu-10Al 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料磨损特性的影响  47-48
    4.2.3 含Cu-10Al 中间合金Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损机理  48-51
  4.3 本章小结  51-52
第五章 Zr 对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料组织及性能的影响  52-62
  5.1 Zr 对材料组织及性能的影响  52-56
    5.1.1 显微组织  52-55
    5.1.2 烧结压力对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料密度的影响  55
    5.1.3 Zr 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料密度的影响  55-56
    5.1.4 Zr 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料力学性能的影响  56
  5.2 Zr 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料摩擦性能的影响  56-60
    5.2.1 Zr 含量对Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料摩擦特性的影响  57-58
    5.2.2 Zr 含量对Fe-18Cu 粉末冶金摩擦材料磨损特性的影响  58
    5.2.3 含Zr 元素Fe-18Cu 基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损机理  58-60
  5.3 本章小结  60-62
第六章 结论  62-64
参考文献  64-70
致谢  70-71
在学期间的研究成果及发表的学术论文  71

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 冶金技术 > 粉末冶金（金属陶瓷工艺） > 粉末冶金制品及其应用 > 摩擦材料制品
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