王智鳳

（1.江南大學機械工程學院 江蘇無錫214122；2.江陰市華姿中等專業(yè)學校 江蘇江陰214401）

磨損是機械運動副中的主要失效形式之一。如何減少摩擦磨損并提高機械和零件的使用壽命是摩擦學研究領域共同關心的問題之一。鑄錫青銅ZCuSn10Pb1是機械工程中常用的耐磨材料之一，常用于連桿、襯套、軸瓦、齒輪、蝸輪等機械零件，鑄錫青銅ZCuSn10Pb1摩擦副的摩擦磨損特性是直接影響機器機械性能和使用壽命的重要因素之一。

本研究作者旨在通過在摩擦磨損試驗機上對鑄錫青銅ZCuSn10Pb1涂層與40CrNiMo摩擦副進行模擬實際工況的摩擦、磨損試驗，分析摩擦磨損表面形貌，來研究其摩擦磨損機制，便于指導實際生產(chǎn)。

1.試驗說明

1.1 試樣制備

本實驗采用試驗基體為鑄錫青銅ZCuSn10Pb1，其尺寸為長30mm，寬10mm，高7mm。將試樣在型號為SZ2-4-10的箱式電阻爐進行表面軟氮化處理，工藝參數(shù)見表1。

1.2 摩擦磨損試驗

所有試驗均在室溫下進行，摩擦試樣為長30mm，寬10mm高7mm的長方體，在M-2000磨損試驗機上進行模擬試驗，試驗前后試樣均在超聲波清洗器中清洗并干燥。摩擦副軸轉速400轉/分，試樣做來回往復運動，載荷為 100N，200N，300N，400N，500N。分別在干摩擦條件下進行滑動摩擦磨損試驗。

試驗時，讀出摩擦力矩值，通過 計算出摩擦系數(shù)，涂層試樣的磨損由EN1878型電子天平測定，進而計算其磨損率。

2.結果與討論

2.1 涂層硬度

應用MH-3型顯微硬度計對其進行顯微硬度測試時，載荷為25mg（0.25N），壓痕放大400倍。為能獲得真實的軟氮化涂層硬度，分別選擇不同區(qū)域的6點，測量出該點的復合硬度，其值大致維持在HV318.5。

表1 不同材料表面軟氮化工藝參數(shù)

2.2 載荷對摩擦性能的影響

鑄錫青銅 ZCuSn10Pb1、ZCuSn10Pb1涂層與40CrNiMo之間的摩擦系數(shù)對比曲線見圖1。

由圖1分析可得出，在固定轉速400r/min，干摩擦條件下，ZCuSn10Pb1隨著載荷的增加摩擦系數(shù)也增大，載荷從100N增大到200N時，摩擦系數(shù)從0.353增大到0.515，此后變化不大，分析認為，載荷為200N時，ZCuSn10Pb1材料部分轉移（圖3-6），導致摩擦系數(shù)迅速升高。ZCuSn10Pb1涂層的摩擦系數(shù)隨著載荷的增加摩擦系數(shù)也增大，在相同試驗條件下，ZCuSn10Pb1涂層的摩擦系數(shù)均低于ZCuSn10Pb1。這說明在ZCuSn10Pb1表面軟氮化處理，有利于改善材料的摩擦性能。

2.3 載荷對磨損性能的影響

在轉速400r/min，干摩擦，載荷分別為100N、200N、300N、400N、500N 的情況下，鑄錫青銅 ZCuSn10Pb1、ZCuSn10Pb1涂層與40CrNiMo之間的磨損率隨載荷變化對比曲線見圖2。

由圖2可以看出，在固定轉速400r/min，干摩擦條件下，ZCuSn10Pb1的磨損率隨載荷的增加成上升趨勢，隨著載荷從100N增大到500N時，磨損率分別為0.06g/萬 轉 、0.2525g/萬 轉 、0.415g/萬 轉 、0.4925g/萬轉、0.515g/萬轉，ZCuSn10Pb1 涂層的磨損率隨載荷的增加也成上升趨勢，載荷為100N和200N時，磨損率分別為0.0015g/萬轉和 0.05g/萬轉，在 300N和400N時，磨損率增至0.3225g/萬轉和0.4g/萬轉，在500N時，磨損率迅速增至0.5g/萬轉。這是因為隨著載荷增大，摩擦副的真實接觸面積和接觸的微凸體數(shù)增加，從而使粘著磨損增加；表面損傷增加，磨損增大；另外由于載荷直接影響涂層的磨損機制，所以隨著載荷增大，使得涂層磨損加劇，磨損增大。當載荷增大到500N，此時涂層的磨損最嚴重，造成磨損率迅速升高。另在相同載荷下，ZCuSn10Pb1涂層的磨損率均小于ZCuSn10Pb1。

由此可知，對ZCuSn10Pb1表面軟氮化處理有利于提高材料的耐磨性。

圖1

圖2

結語

通過對對鑄錫青銅表面軟氮化前后/40CrNiMo的摩擦磨損性能研究得出以下結論：

（1）載荷對摩擦系數(shù)和磨損量都有影響，隨著載荷從100N增大到300N ZCuSn10Pb1的摩擦系數(shù)也增大，載荷從300N增大到500N摩擦系數(shù)先減小后增大，ZCuSn10Pb1磨損量也隨著載荷增大而增大。

（2）ZCuSn10Pb1涂層的摩擦系數(shù)與磨損量隨著載荷增大而增大，綜合分析可知，相同條件下 ZCuSn10Pb1涂層的摩擦系數(shù)和磨損量均小于ZCuSn10Pb1。

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