羅錦潔

(重慶三峽學(xué)院機(jī)械學(xué)院，重慶 400000)

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灰鑄鐵的摩擦學(xué)性能研究

羅錦潔

(重慶三峽學(xué)院機(jī)械學(xué)院，重慶 400000)

摘要：綜述了灰鑄鐵在國(guó)民生產(chǎn)中的重要應(yīng)用，由于摩擦導(dǎo)致的嚴(yán)重?fù)p耗，圍繞灰鑄鐵的摩擦學(xué)問(wèn)題進(jìn)行探究，介紹了從灰鑄鐵自身組織出發(fā)提高耐磨性的方法及部分改善灰鑄鐵摩擦學(xué)性能的研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：灰鑄鐵；摩擦；應(yīng)用

在我們的日常生活中，灰鑄鐵的使用極為廣泛，灰鑄鐵具有投入成本低、易產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、具有綜合力學(xué)性能等諸多優(yōu)點(diǎn)，是國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)最常使用的基礎(chǔ)材料，同時(shí)灰鑄鐵具有良好的鑄造性、切削加工性能、優(yōu)異的抗磨性、減震性、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單等特性，使得它被廣泛的應(yīng)用于交通運(yùn)輸、機(jī)械制造、建筑、石油化工等各個(gè)行業(yè)！

據(jù)有效數(shù)據(jù)估算全世界在能源的消耗上每年有接近1/3以上的資源被消耗掉，而大部分的磨損及構(gòu)件失效形式最主要就是摩擦所引起的，不完全統(tǒng)計(jì)絕大多數(shù)以金屬為制品的零件損壞的“罪魁禍?zhǔn)住本褪悄p，灰鑄鐵和其它金屬相比，具有優(yōu)良的抗摩擦性能，其原因在于干摩擦?xí)r，灰鑄鐵里的石墨可以起到潤(rùn)滑作用，如果在構(gòu)件運(yùn)動(dòng)時(shí)加入潤(rùn)滑油，會(huì)產(chǎn)生更好的效果，運(yùn)動(dòng)時(shí)部分石墨被磨損掉形成凹槽，這樣潤(rùn)滑劑就會(huì)流進(jìn)凹陷處被儲(chǔ)存起來(lái)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中就保證了形成連續(xù)性的油膜,這種優(yōu)良的耐磨性使得它廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)，如汽車剎車片、氣缸套、軸承等。

對(duì)灰鑄鐵的摩擦學(xué)問(wèn)題的科研人員在早期就進(jìn)行了大量的細(xì)致的研究，我們知道灰鑄鐵的主要成分是具有片狀石墨的鑄鐵，石墨的形態(tài)和數(shù)目會(huì)對(duì)鑄鐵的性能產(chǎn)生極大的影響，科研人員從這個(gè)角度出發(fā)做出了與此相關(guān)的摩擦磨損評(píng)定，給出了一些理論，但是這些理論都是不全面的，因?yàn)檫x定的實(shí)驗(yàn)條件的范圍很窄，所以針對(duì)灰鑄鐵的摩擦學(xué)問(wèn)題尚不成熟、全面，而灰鑄鐵的應(yīng)用如此廣泛，對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行更加系統(tǒng)的摩擦學(xué)問(wèn)題研究是非常有必要的。

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，直觀看灰鑄鐵的耐磨性能是它的牌號(hào)聯(lián)系在一起，牌號(hào)越高，耐磨性能也越好，而其實(shí)質(zhì)的耐磨性是由它的金相組織決定的，往往耐磨的鑄鐵為多相組織，這些組織包括基體、石墨、硬化相，基體為細(xì)片狀珠光體其耐磨性高于粒狀珠光體，且片狀珠光體越細(xì)越好，片間距越小耐磨性越優(yōu)，而粒狀珠光體的碳化物容易脫落，會(huì)加劇磨損，珠光體中鐵素體作為軟基底，滲碳體承受載荷，提高了耐磨性；在石墨的選型上以A型為優(yōu)，片狀中等、數(shù)目適量、均勻分布為宜，形體過(guò)大，數(shù)目過(guò)多會(huì)削弱基體，形體細(xì)小，往往伴隨有鐵素體，從而降低減磨性能，石墨本身具有自潤(rùn)滑的作用，在濕摩擦作用下還可以保存潤(rùn)滑劑，使油膜具有連續(xù)性，抗咬合、減磨，硬化相中磷元素形態(tài)細(xì)小，呈網(wǎng)狀分布為優(yōu)，其它一些元素如鎢、釩、鈦等形成的碳化物越細(xì)小、呈彌散分布為優(yōu)，這些硬化相可形成滑動(dòng)作用面，大幅度的增加了耐磨性。

史正良[1]采用不同的表面處理方式對(duì)灰鑄鐵的摩擦學(xué)性能進(jìn)行了探索，筆者從隔離金屬之間的直接接觸的方向出發(fā)，為了避免采用鑄鐵制備的機(jī)械構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)中咬合、損傷，同時(shí)為了提高構(gòu)件的抗摩擦能力，降低損耗，增加安全性，選擇了常用的對(duì)灰鑄鐵的處理方式—磷化處理，討論探索了三種處理方式：磷化處理表面、磷化+納米鐵基離子表面處理及磷化+二硫化鉬粘連固體涂層處理，分析對(duì)比了對(duì)表面進(jìn)行后灰鑄鐵摩擦學(xué)性能的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磷化試樣的摩擦系數(shù)幅值跳動(dòng)范圍較大，隨著摩擦產(chǎn)熱，摩擦副表面溫度升高，灰鑄鐵表面的氧化膜在往返摩擦過(guò)程中遭到破壞、擠壓，表層處理材料受到摩擦損傷，主要經(jīng)歷了彈性變形和塑形變形；磷化+納米鐵基離子表面處理試樣的在往復(fù)干摩擦實(shí)驗(yàn)中摩擦系數(shù)變化緩慢，跳動(dòng)幅度很小，分析原因在于納米鐵基離子可填補(bǔ)摩擦過(guò)程中試樣被劃傷的凹痕，降低了滑動(dòng)阻力，起到了自我修復(fù)和減摩的作用；磷化+二硫化鉬粘結(jié)固體涂層處理試樣在摩擦實(shí)驗(yàn)中摩擦系數(shù)迅速降低，很快趨于平穩(wěn)，抗摩擦能力較好的原因一是由于二硫化鉬顆粒具有自潤(rùn)滑性，而是顆粒轉(zhuǎn)移填補(bǔ)了凹痕，故而減小了摩擦系數(shù)。

張永振[2]等在干摩擦實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行了滑動(dòng)摩擦實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示摩擦速度、接觸壓力對(duì)摩擦系數(shù)及磨損率會(huì)產(chǎn)生一定的影響，當(dāng)摩擦速度低、壓力小的狀態(tài)下，逐漸增加速度、力，磨損率無(wú)變化，摩擦系數(shù)變化??；當(dāng)摩擦速度高、壓力大的狀態(tài)下，磨損率增加，摩擦系數(shù)明顯降低；除了摩擦速度及接觸壓力這兩個(gè)因素外臨界速度與臨界接觸壓力也會(huì)對(duì)磨損率及摩擦系數(shù)產(chǎn)生影響，當(dāng)臨界速度較低，可以通過(guò)增大壓力的方法來(lái)使摩擦系數(shù)達(dá)到一個(gè)較穩(wěn)定的狀態(tài)；當(dāng)臨界壓力的值較小，可以通過(guò)增加相對(duì)滑動(dòng)速度的方法來(lái)增加摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性，速度越低，壓力越小，灰鑄鐵的耐磨性越差，材料的磨損情況越嚴(yán)重，速度越高，壓力越大，灰鑄鐵的耐磨性越好，材料損失較小，有利于保護(hù)材料。

孫一唐[3]等采用軟氮化法對(duì)灰鑄鐵表面進(jìn)行改性，并對(duì)其抗粘著磨損及抗磨料磨損的情況進(jìn)行研究，其方法是對(duì)灰鑄鐵軟氮化后立進(jìn)行油冷，用亞硒酸溶液對(duì)灰鑄鐵浸蝕來(lái)決定擴(kuò)散的深度，采用亞硒酸、鹽酸、乙醇對(duì)溶液進(jìn)行配比，在氧的加入量上選取1%、2%、4%四種比例，在溫度的選擇上選擇570℃、620℃、650℃、730℃四種溫度，并持續(xù)恒溫3小時(shí)，往復(fù)干滑動(dòng)摩擦條件下進(jìn)行試驗(yàn)后，結(jié)果顯示：經(jīng)過(guò)軟氮化處理的灰鑄鐵其抗摩擦性能遠(yuǎn)高于普通灰鑄鐵，耐磨性提高了6～10倍之多，同時(shí)溫度也會(huì)對(duì)試樣的摩擦性能產(chǎn)生影響，隨著軟氮化溫度的升高，灰鑄鐵的抗摩擦性能隨之提高，以650℃以上溫度處理試樣最為顯著。

灰鑄鐵在人們的生產(chǎn)和生活中應(yīng)用極為廣泛，更多、更全面的對(duì)灰鑄鐵的摩擦學(xué)性能進(jìn)行探究是非常有必要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]史正良,潘健.不同表面處理對(duì)灰鑄鐵摩擦學(xué)性能的影響.[J].制冷與空調(diào),2013,13(7):83-85.

[2]張永振.鑄鐵的干滑動(dòng)摩擦磨損[J].現(xiàn)代鑄鐵，2000(2)：35-42.

[3]孫一唐，陳永潭.軟氮化對(duì)灰鑄鐵抗粘著磨損和抗磨料磨損的影響.[J].吉林工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1982.03:31-47.

中圖分類號(hào):TG251

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-1602(2016)04-0020-01