Fe-Ni-C-Si自润滑材料组织与性能的研究

【摘要】： 本文采用熔炼法制备Fe-Ni-C系合金,添加不同含量的硅促使凝固组织中的石墨生成,并研究其对合金性能的影响。结果表明,熔炼法制备的Fe-Ni-C-Si合金具有组织致密、均匀的特点。随着硅添加量的提高,固溶于奥氏体基体中的硅含量不断增加,碳原子不断减少,结晶中的片状石墨逐渐短粗化和球化而共晶石墨的数量减少。 对合金进行物相分析发现,镍添加量为30%的凝固组织由奥氏体和石墨组成,当镍添加量减少为20%时,合金则将出现铁素体相和有序相Ni3Fe。研究了不同的硅添加量对Fe-Ni-C-Si系自润滑材料的力学性能的影响。研究结果表明,合金硬度、抗拉强度、抗弯强度随着硅添加量的增加而提高,当硅添加量为2.5%时,上述性能数值达到一个相对高值。当硅添加量继续增加至3.5%,由于固溶于奥氏体中碳原子含量下降,上述性能数值将开始下降。合金冲击韧性则随着合金硬度的提高而降低。镍添加量不同时,合金的断裂机理也不同。镍添加量为30%时,主要为沿晶断裂;其余则表现为韧性断裂。 Fe-Ni-C-Si系合金的热膨胀材料的热膨胀系数为9.8×10-6K-1～13.23×10-6K-1,比球墨铸铁的热膨胀系数13.5×10-6K-1小。随着硅含量的增加,合金材料中的石墨面密度先增大后减少,合金密度值则随着石墨面密度的提高而降低。摩擦磨损试验结果显示, Fe-Ni-C-Si系合金的干摩擦磨损性能主要与合金中石墨的形态、数量、合金硬度等有关。尺寸较大的片状石墨具有较好的润滑效果,避免了粘着磨损。合金硬度越高磨损率越低,如果合金硬度较低,合金表面将无法支撑有效的润滑膜,这时磨损机理主要为粘着磨损。当硬度较高时,磨损机理转变为疲劳磨损。其中Fe-20%Ni-3.5%C-0.5%Si合金具有优良的干摩擦磨损性能,其退火态的干摩擦因数保持在0.14的较低值,磨损机理为疲劳磨损。油摩擦磨损时,摩擦因数主要与合金硬度有关,合金硬度越高摩擦因数越小,这时磨损机理主要为磨粒磨损。随着合金硬度的提高,材料的油摩擦磨损性能提高,材料的油摩擦因数和磨损率不断减小。铸态合金摩擦性能优于退火态合金。

【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TG113