Cu-Fe-Si合金材料的组织及其耐磨性研究

发布时间：2020-05-25 22:12

【摘要】：本论文采用非自耗真空电弧熔炼法制备了Cu-Fe-Si合金材料,借助HSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机,采用单因素变量法进行分组实验,分析了硅含量、摩擦载荷、摩擦转速、摩擦系数四者之间的关系,以“球-面”摩擦副摩擦的方式考察了不同硅含量的铜铁硅合金的摩擦磨损性能的影响,深入分析了硅含量对铜铁硅合金材料力学性能的影响规律,采用扫描电子显微镜(SEM)、超景深显微系统、能谱仪以及X射线衍射仪(XRD)等仪器对试件和对偶磨球摩擦副表面的磨损特性进行了微观组织、相结构与成分的分析,得到以下主要结论:(1)铜铁硅合金的抗压性能随着硅含量增加先增加有降低。硅含量为5%时,铜铁硅合金具有极高的屈服强度;随着硅含量的增加,材料的抗压性能逐渐提高,硅含量为13%时,铜合金的抗压强度达到最大值,为1168.58MPa,随着硅含量继续增加,材料的抗压强度又开始逐渐降低。(2)Cu-Fe-Si体系中,当硅含量低于18wt%时,体系中所有的硅能全与铜、铁反应完全,形成金属硅化物。适量的高硬度金属硅化物能显著提高了铜合金的硬度、抗腐蚀性能和耐磨性能。同时可以减小组织孔隙度,提高表面光洁度,起到降低摩擦面的损伤程度,达到降低铜基合金的摩擦因数和磨损率的作用。(3)同一转速下,摩擦载荷越高、摩擦系数越低;在同一载荷下,转速与摩擦系数之间成线性关系;定速定载荷时,随着硅含量的提高,摩擦系数先降低后上升,体积磨损率呈现出先降低而后增加的趋势。有效掌握硅含量、摩擦载荷、摩擦速度和摩擦系数四者之间的平衡区域,能使铜铁硅合金材料的摩擦磨损性能达到最佳状态。(4)Cu-Fe-Si合金材料的耐磨性主要取决于基体组织。硅的质量分数超过18%时,组织中形成过多的脆性金属硅化物导致材料组织疏松,力学性能急剧降低,宏观上表现为材料体积磨损率显著增加。应当视具体工况条件来确定Cu-Fe-Si中硅的含量,以达到强度与耐磨性的有机平衡。(5)不同的工况条件下,磨损机制也不相同。以40N-600r/min工况为例说明,硅占比5%的试样,磨损机理以严重的粘着磨损为主,硅占比10%的试样,其磨损机理主要以轻微的粘着磨损和磨粒磨损为主,硅含量13%的试样,摩擦过程中表面磨损机理以轻微的磨粒磨损为主,含硅15%的试样,其磨损机理以表面疲劳磨损和磨粒磨损为主,含硅含量18%的试样,主要发生严重的磨粒磨损。
【图文】：

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在成型压强为 150 MPa ~ 200 MPa 的情况下，将混合粉末压制成块，以备熔炼。实验选取的原料如表 2-1：表 2-1 试验原料特性参数Table 2-1 The charracteristic parameters of the power粉末种类粒径/um 纯度生产厂家雾化铜粉 -200 目 98.7% 长沙天久金属材料有限公司还原铁粉 -200 目 97.9% 清河县汇广金属材料有限公司多晶硅粉 15um 95% 清河县汇广金属材料有限公司2.1.2 熔炼工艺的设计为了保证每组试样制备的条件相同，熔炼的电流每次均采用 300A，电流过小无法熔开，电流过大容易造成合金组织内发生严重的成分偏析。每次熔炼的时间也保证相同。

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23图 3-5 不同硅含量的 Cu-Fe-Si 合金材料（a）10wt％Si，（b）13wt％Si，，（c）15（e）20wt％Si，（f）25wt％SFIG. 3-5 Microstructure and EDS of Cu-Fe-Si w(a)10％Si doping,(b)13％Si doping,(c)15％(e)20％Si and(f)25％Si doping(从图 3-5 显微组织图可以看到，不同硅含
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG146.11

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