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粉末冶金铜基含油轴承因其优良的导热、导电、抗氧化、耐腐蚀性能以及良好的塑性等优点,得到了广泛的应用。但铜基含油轴承承载能力比较低,且过去开发的大部分材料中都含有剧毒Pb作为固体润滑组元,加之科技的发展对铜基轴承材料的转速、寿命、承载能力等性能提出了更高要求,这些均推动着铜基含油轴承材料研究的进一步深化。
本文采用粉末冶金方法,在分解氨气氛保护下制备粉末冶金铜基含油轴承材料,通过对材料的显微组织、物理-力学性能以及摩擦磨损性能的研究,探讨了合金成分对铜基轴承材料性能的影响规律以及压坯密度对CuSn-P-C-Mo系材料性能的影响,系统分析了合金化与载荷对粉末冶金铜基含油轴承材料摩擦磨损性能的影响规律。研究结果主要包括以下几个方面:
CuSn-3C材料中,加入合金元素P和Mo,组织细化,且Mo以颗粒状弥散分布在锡青铜基体上,通过弥散强化机制使材料的压溃强度提高,摩擦系数和磨损量减小。CeO2通过使组织分布更加均匀化以及提高材料的塑性来改善CuSn-P-C-CeO2系轴承材料的综合性能。本实验条件,在790℃烧结温度下,CuSn-P-C-Mo系轴承最佳的压坯密度为6.50~6.55g/cm3,Mo的最佳含量为2%,CuSn-P-C-CeO2系轴承在6.50~6.55g/cm3压坯密度下,CeO2的最佳含量为0.08%。
CuSn-P-MoS2-C-Cr系轴承材料中,Cr弥散分布在材料中,通过颗粒强化机制使材料强度提高,摩擦系数和磨损量下降;CuSn-P-MoS2-C-Ni系材料通过Ni的固溶强化和Ni3P的弥散强化作用使材料的表观硬度和压溃强度提高,摩擦系数和磨损量降低;Fe对提高CuSn-P-MoS2-C系轴承材料的压溃强度作用一般,但其可以降低材料的摩擦系数和磨损量。本实验条件下,CuSn-P-MoS2-C-Cr系和CuSn-P-MoS2-C-Ni(Fe)系轴承材料适宜的烧结温度分别为790℃和750℃,加入Cr,Ni、Fe的最佳质量百分含量分别为2%、2%、4%。
粉末冶金铜基轴承材料的磨损量均随载荷的升高而增加。与CuSn-3C相比,CuSn-0.4P-3C-2Mo和CuSn-0.4P-3C-0.08CeO2的摩擦系数和磨损量均减小,摩擦系数随载荷增加而减小。Cr、Ni、Fe均可以改善CuSn-P-MoS2-C-M系轴承材料的摩擦磨损性能,其影响效果为:Cr最佳,Ni次之,Fe的效果一般。CuSn-P-MoS2-C和CuSn-P-MoS2-C-4Fe材料,当载荷较小时,摩擦系数随载荷增加而减小,当载荷大于150N时,其摩擦系数反而增加。CuSn-P-MoS2-C-2Cr和CuSn-P-MoS2-C-2Ni在50-200N的试验载荷范围内,摩擦系数均随载荷增加而减小。