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  江苏大学硕士学位论文热处理对锡青铜摩擦磨损性能的研究姓名：****请学位级别：硕士专业：有色金属冶金指导教师：**潮2012-12-15江苏大学硕士学位论文摘要本文研究了铸态锡青铜及不同热处理态锡青铜以４５＃钢为摩擦副在不同时间、不同载荷下的摩擦磨损性能，采用扫描电镜对磨损表面的形貌进行观察及成分分析以及投射光显微镜对剖面进行了观察和分析，探讨了锡青铜合金的摩擦磨损机理。实验根据结果得出：铸态和热处理态锡青铜合金磨失重率，从总的来看铸态和热处理锡青铜试样在相同时间，随着载荷增加磨损的失重率也增加；相同载荷，跟着时间的延长，磨损失重率也增加；锡青铜试样在相同时间内，随着磨损载荷的增加硬度的总体趋势下降，但铸态时当载荷在５００Ｎ时硬度有所升高。经过热处理，锡青铜试样的硬度略有提高，当载荷达到７５０Ｎ时硬度最大。磨损时间和磨损载荷对磨面的形貌有着重大的影响。在短时间和低载荷下（载荷不超过５００Ｎ）磨面主要以划痕为主，磨损机制主要为磨粒磨损；跟着时间和载荷的增大，磨损机制也发生了变化，磨损表面出现了褶皱和撕裂带，粘着磨损加强（铸态锡青铜载荷为７５０Ｎ时）；随着磨损时间、载荷的经一步加大，磨损产热，磨面温度上升，氧化磨损加强（载荷１０００Ｎ时），最后由于磨损逐步加强，磨损机制转变为塑性挤出及热软化磨损。经热处理后的锡青铜磨损量略有减少，硬度稍有提高，实验表明经热处理后的锡青铜可承受更高载荷的磨损。铸态锡青铜在超过５００Ｎ的载荷后表现出粘着磨损现象，经热处理后的锡青铜在７５０Ｎ载荷后才表现出粘着磨损现象，由此表明经热处理后的锡青铜可表现出更好的摩擦磨损性能。关键词：青铜、热处理、干滑动磨损、４５＃钢、磨损机制、磨损性能江苏大学硕士学位论ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｐａｐｅｒ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｔｉｎ—ｂｒｏｎｚｅａｌｌｏｙｗｈｉｃｈｈａｓｔｗｏｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｃａｓｔｉｎｇａｎｄｈｅａｔｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒ４５＃ｓｔｅｅｌ．Ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｏｒｎｓｕｒｆａｃｅｓｗｅｒｅｅｘａｍｉｎｅｄｎｄａｎａｌｙｚｅｄｕｓｉｎｇＳＥＭｉｇｈｔＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ．Ｔｈｅｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｌｏａｄｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅｗｅａｒｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓｈｅａｔｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｎ－ｂｒｏｎｚｅｓａｍｐｌｅｓｂｏｔｈＷＯＵｌｄｉｎｃｒｅａｓｅｗｈｅｎＳａｍｅｔｉｍｅＳａｍｅｌｏａｄ．Ａｓｗｅａｒｌｏａｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｈｅｈａｒｄｎｅｓｓ’ｔｒｅｎｄｈｅａｔｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｎ—ｂｒｏｎｚｅｂｏｔｈｗｏｕｌｄｄｅｃｌｉｎｅｗｈｅｎｓａｍｅｔｉｍｅ．Ｈｅａｔｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｍｐｌｅｓ，ｔｈｅｈａｒｄｎｅｓｓｂｒｏｎｚｅｔｈｅｓｂｉｔｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｔｈｅｗｅａｒｔｉｍｅｌｏａｄｈａｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ．Ｉｎｓｈｏｒｔｔｉｍｅｌｏｗｍｏｒｅｌｏａｄ（ｎｏ５００Ｎ）ｇｒｉｎｄｉｎｇｓｃｒａｔｃｈｅｓａｉｎｌｙｄｏｍｉｎａｔｅｄｗｏｒｎｓｕｒｆａｃｅｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｍａｉｎｌｙａｂｒａｓｉｖｅｗｅａｒ．Ａｓｔｉｍｅｌｏａｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｃｈａｎｇｉｎｇ．Ｔｅａｒｆｏｌｄｂｅｌｔｈｅｗｏｒｎｓｕｒｆａｃｅ．Ａｔｉｍｅ，ａｄｈｅｓｉｖｅｗｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ（１０ａｄｗｉｔｈ７５０Ｎ）．Ｗｈｅｎｗｅａｒｔｉｍｅｌｏａｄｆｕｒｔｈｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｗｅａｒｐｒｏｃｅｓｓｐｒｏｄｕｃｅｓｍｏｒｅｈｅａｔ，ｇｒｉｎｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｓｏｘｉｄａｔｉｏｎｗｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ（１０ａｄ１０００Ｎ）．Ｌａｓｔｄｕｅｗｅａｒｆｕｒｔｈｅｒｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ，ｔｈｅｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｃｈａｎｇｅｄｐｌａｓｔｉｃｅｘｔｒｕＳｉＯｎ．Ｔｈｅｗｅａｒｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓｔｉｎ－ｂｒｏｎｚｅｓａｍｐｌｅｓｄｅｃｒｅａｓｅｓｌｉｔｔｌｅａｆｔｅｒｈｅａｔｉｎｇ，ａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｓｌｉｇｈｔｌｙ．ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｔｈａｔｈｅａｔｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｎ—ｂｒｏｎｚｅｓａｍｐｌｅｓｃｏｕｌｄｅｎｄｕｒｅｍｕｃｈｈｉｇｈｅｒｓｔｒｅｓｓｅｓ．Ａｄｈｅｓｉｖｅｗｅａｒｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｃｏｕｌｄｓｅｅｃａｓｔｉｎｇｔｉｎ—ｂｒｏｎｚｅｓａｍｐｌｅｓｅｘｃｅｅｄ５００Ｎ，ｂｕｔｈｅａｔｉｎｇＩＩＩ江苏大学硕士学位论文ｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｎ－ｂｒｏｎｚｅｓａｍｐｌｅｓ７５０Ｎ．ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｈｅｈｅａｔｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｎ—ｂｒｏｎｚｅｓａｍｐｌｅｓｈｏｗｍｏｒｅｆｒｉｃｔｉＯｎｗｅａｒｂｅｈａｖｉｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｉｎ—ｂｒｏｎｚｅ、ｈｅａｔｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔ、ＤｒｙｓｌｉｄｉｎｇＷｅａｒ、４５＃ｓｔｅｅｌ、Ｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍ、Ｗｅａｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．ＩＶ江苏大学硕士学位论文第一章绪论１．１本课题研究的目的及意义磨损是相互接触的物体在相互运动中发生表层材料不断损伤的过程，它是伴随摩擦过程产生的必然结果。这一问题已受到大家的极大重视，因其所造成的损失十分惊人。根据统计：机械零件的失效主要有磨损、断裂和腐蚀等三种方式，然而磨损失效却占了６０％…８０％【１．４】。因而对磨损机理的研究和提高耐磨性的措施，将十分有效的节约材料和能量，对提高机械装备的使用性能和寿命及减少维修费用有很大帮助，同时于国民经济具有重大意义。由于科学技术的快速的提升，２０世纪３０年代以后，磨损问题已成为保证机械装备正常工作的薄弱环节。尤其是在高速、重载、精密和特殊工况下工作的机械装备，此时对磨损的研究提出更迫切的要求。同时，６０年代以来其他科学技术的发展：如材料科学、表面物理与化学、表面测试技术等。同时也促进了对磨损机理进行更深入的研究【５—９１。铜是一种既传统又现代的重要金属材料，在人类所使用的材料中，铜对人类文明历史的重大影响是其他任何材料都不能够比拟替代的，在人类文明发展史上有两个时期是以铜合金命名的：青铜时代和亚青铜时代。十八世纪末，又因铜的导电性而催生了工业革命，为现代文明奠定了基础。铜是人类认识和使用最早的金属，也是人类用以制造工具的第一种金属，考古资料证实，远在一万年前，西亚就开始用铜来制作装饰件等物品。古埃及人在象形文字中，用带圈的十字架表示铜，含义是“永恒的生命”，以此来赞誉它的经久耐用和可重复使用的特性。据记载在阿纳托尼亚发现了公元前５０００多年人类社会最早的铜器。公元前３００ ０…４０００年，西班牙韦尔瓦地区的工匠们就开始提炼铜。在中东地区的西奈荒 漠中出土了公元前３５００年前的最早铜炉。在埃及，公元前２７５０年的基厄普 斯金字塔内发现了铜水管，说明当时铜在工程上已得到了很重要的应用。约在公 元前２５００年，发现了铜与锡形成的合金，生产出比纯铜更坚硬耐用的青铜器和 青铜工具，从此进入了青铜器时代。公元前１世纪罗马人开始使用同和锌的合金… 一黄铜，扩大了铜合金的品种及其应用场景范围。 江苏大学硕士学位论文 锡青铜一直 在铜基轴承材料中占据着主导地位，铸造锡青铜是机械工业中常用的耐磨防腐材料， 具有非常好的干磨擦性能，称之为耐磨“铜合金”，因此大范围的应用于导轨板、轴瓦、轴 承、轴套、齿轮、继电器及触头等部件的制造。１．２铜合金摩擦磨损发展状况 小盼、王昌燧【１０】等研究了锡青铜的腐蚀性能：利用传统浇筑技术铸造含１５％Ｓｎ的青铜，根据结果得出经过６５０。Ｃ．～７００。Ｃ退火８ ｈ或更长时间的热处 理，可提高青铜合金的耐腐蚀和抗老化性能，减少或消除合金组织中ｍ＋６）共析体，从而 抑制青铜器的晶间腐蚀，提高青铜合金的耐腐的能力。 合成了几种三丁基烷基四氟硼酸季膦盐离子液体，用核磁共振氢谱仪表征其结构，用差热分析仪测定其耐热性，在ＳＲＶ摩擦磨损试验机上评价其作为润滑剂对钢 ／锡青铜摩擦副的摩擦磨损性能，并与磷嗪ｘ．１Ｐ和２．乙基．３．己基咪唑四 氟硼酸盐（Ｌ厂Ｐ２０６）作比较，根据结果得出，三丁基烷基四氟硼酸季膦盐离子 液体的耐热性和抗氧化性能较好，作为钢／锡青铜摩擦副润滑剂具备优秀能力的摩擦 磨损性能，摩擦系数极低（＜ｏ．０５），抗磨性优于常规二烷基咪唑基离子液体． 龙，徐金城，张文丛【１２】采用冷压烧结方法制备了短碳纤维增强锡青铜基自润滑复合材料和ＺＱＳｎ６６３锡青铜，对其力学性能及摩擦磨损性能进行了对比研 究，并对磨损机制进行了讨论。根据结果得出，当碳纤维体积分数小于１２％时，锡青 铜自润滑复合材料的力学性能优于Ｚ ＱＳｎ６６３锡青铜，磨损率和摩擦因数低于 ＱＳｎ６６３锡青铜。当碳纤维体积分数达到１２％时，复合材料的摩擦磨损性能达到最佳。扫描电镜和ＥＤＳ分析根据结果得出。Ｚ ＱＳｎ６６３锡青铜的磨损是以 粘着和磨粒磨损共存的机制，以粘着磨损为主；锡青铜自润滑复合材料的磨损是粘 着磨损和氧化磨损共同作用的结果。 刘阳，路阳，袁利华，李曙【１３】利用往复 式摩擦磨损试验机和单摆冲击划痕试验机研究高铝青铜Ｃｕ．１４％Ａ 通铝青铜ＱＡ１９．４在３．５％ＮａＣ ｌ、５％Ｈ２ Ｓ０４、空气及纯水巾滑 动及其在空气中冲击载荷条件下的摩擦磨损行为。根据结果得出：高铝青铜Ｃｕ一１４ ｌ—ｘ除了在纯水及高载滑动下的磨损量高于普通铝青铜０Ａｌ９－４以外， 其它条件下的耐磨性均优于ＱＡｌ９．４；在纯水中，高铝青铜Ｃｕ．１４Ａ Ｘ于高载滑动下的磨损量突增现象与Ａｌ含量高而塑性降低有关：通过不同冷却时 的摩擦系数和加热样品硬度的测定发现，在腐蚀性介质中，高铝青铜摩擦 江苏大学硕士学位论文磨损性能的改善是由于滑动接触表面成分因脱铝腐蚀而变软以及 腐蚀产物参与摩擦过程的缘故。 吴良奎，焦明华，俞建卫【１４】等在端面摩擦磨 损试验机上对锡青铜、铝青铜、铝黄铜镶嵌轴承试样进行了常温下干摩擦对比实验，