铜包铁（Fe-20Cu）基摩擦材料的组织及性能研究

【摘要】：本文采用铜包铁粉(Fe-20Cu)为基体,添加Al粉、石墨和MoS2粉,利用压烧法将其制备成摩擦材料,通过SEM和XRD和能谱分析等手段,研究了干摩擦条件下铜包铁(Fe-20Cu)基摩擦材料的组织结构对摩擦学性能的影响,分析了不同转速时的磨损机理。通过数值方法模拟了该材料制备的汽车刹车片的制动过程,探讨了制动过程中刹车片的温度与热应力的耦合情况。研究结果表明： (1)以铜包铁(Fe-20Cu)粉作为基体,铜对铁的包覆抑制Fe与添加元素间的相互作用,影响摩擦材料的组织结构。添加Al的摩擦材料组织中除了存在CuFe和AlCu固溶体、Fe、Cu和SiC相外,生成了新相AlCu4,无Fe-Al金属间化合物；而添加石墨的摩擦材料组织由铁素体、珠光体、二次渗碳体、石墨和烧结过程中产生的渗碳体组成,由于包覆铜对碳扩散的阻碍作用,导致残留石墨增多,组织中存在的渗碳体量减少；同时添加MoS2和石墨的摩擦材料中主要有Fe、Cu、次渗碳体、CuS和少量Fe(Mo)固溶体相,但是铜对铁的包覆作用阻止了FeS相的生成。 (2)铜包铁(Fe-20Cu)基摩擦材料的磨损机制随着添加元素和转速不同而变化。在低转速干摩擦条件下,添加石墨和MoS2后,摩擦材料的粘着磨损程度降低,磨损机制为以疲劳磨损为主；在高转速干摩擦条件下,三种摩擦材料的磨损机制为磨粒磨损、氧化磨损和疲劳磨损并存,但材料破坏由疲劳磨损控制。 (3)通过数值模拟出了Fe-20Cu-3%Al-3%石墨-3%MoS2摩擦材料制作的刹车片制动过程的温度场和热应力场,模拟结果表明温度场和应力场相互影响,并随着时间发生变化。