耐磨減摩材料及熱處理PPT課件

1、 摩擦磨損一般都發(fā)生在材料的摩擦表面上，大量統(tǒng)計(jì)表明，在機(jī)械零件失效形式中，磨損失效約占80%，故磨損是造成材枓和能源損失的一個(gè)主要方面。為了節(jié)約材料和能源必須重視對(duì)材料的正確選擇和使用，以及新型的耐磨、減摩材料的研制開發(fā)。第1頁(yè)/共38頁(yè)零件材料選擇的一般原則： 滿足零件使用性能的要求。它是根據(jù)零件的工作條件(如載荷的類型、大小和性質(zhì)）、工作環(huán)境（如溫度、周圍介質(zhì)的性質(zhì)，以及某些特殊需要提出來(lái)的。 滿足加工工藝性能（如鑄造性能、焊接性能、塑性加工性能、機(jī)械加工性能）和熱處理工藝性能的要求。 滿足經(jīng)濟(jì)性(如材料價(jià)格便宜、符合國(guó)家的能源狀況和供應(yīng)情況等）的要求。著手點(diǎn)：工況，失效分析第2頁(yè)/共3

2、8頁(yè)第3頁(yè)/共38頁(yè)第4頁(yè)/共38頁(yè)1 金屬耐磨材料 金屬耐磨材料在工程實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)楹谏饘偌捌浜辖鹳Y源豐富，價(jià)格便宜，并且可以用各種表面處理方法加以強(qiáng)化，使之具有一定的強(qiáng)度、韌性及耐磨性，以滿足各種工況條件下對(duì)材料提出的要求。 金屬耐磨材料包括耐磨鋼、耐磨鑄鐵、復(fù)合鋼材及耐磨堆焊焊條等。第5頁(yè)/共38頁(yè)材料的耐磨性 定義： 材料的耐磨性通常是指在一定的工況條件下，摩擦副材料在摩擦過程中抵抗磨損的能力。l材料的耐磨性離不開工況條件( (速度、載荷、溫度、介質(zhì)等) )。同一種材料，在不同的工況條件下其耐磨性相差很大。 例如，高錳鋼，當(dāng)受低應(yīng)力磨損時(shí)，它的耐磨性不好，而在高應(yīng)力磨損的場(chǎng)

3、合，它具有特別高的耐磨性。 高硬度的材料通常具有良好的抗磨料磨損性能，而在交變接觸應(yīng)力作用下抗疲勞磨損的能力卻并不好。l此外材料的配對(duì)、摩擦副的結(jié)構(gòu)形狀、磨損的型式、維護(hù)條件等的不同，其耐磨性也不相同。 * * *因此，可以說(shuō)并不存在一種材料，它在各種情況下都是耐磨( (或減摩) )的。材料的耐磨性是有條件的，也是相對(duì)的。第6頁(yè)/共38頁(yè)1.1 耐磨鋼1） 影響鋼耐磨性的主要因素：含碳量的影響；合金元素的影響；碳化物的影響；金相組織的影響； 第7頁(yè)/共38頁(yè)2）常用耐磨鋼的種類 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼； 合金鋼（錳鋼、錳釩鋼、錳鉬鎢鋼、鉻鋼、鉻錳鋼等）； 軸承鋼； 高錳鋼（耐磨鋼）；第8頁(yè)/共38頁(yè)1

4、.2 耐磨鑄鐵 鑄鐵的機(jī)械性能雖不及鋼，但鑄鐵含有石墨，具有一定的耐磨性和減磨性，且成本低，可用于對(duì)減摩、耐磨要求不高的場(chǎng)合。 作為耐磨鑄鐵主要是指各種合金白口鑄鐵，常用的有高鉻合金白口鑄鐵(含Cr15-30)、鎳硬白口鑄鐵(含Ni 3.3-5)、鎢系白口鑄鐵等。 其中高鉻合金白口鑄鐵是當(dāng)代最優(yōu)秀的耐磨材料之一，具有良好的抗磨粒磨損能力。但合金元素含量高，成本較高；其韌性較普通的白口鑄鐵和鎳硬白口鑄鐵高，但比高錳鋼和低合金耐磨鋼卻低得多，因此不能用于受強(qiáng)烈沖擊載荷的零件。第9頁(yè)/共38頁(yè)常用的耐磨鑄鐵 冷硬鑄鐵 白口鑄鐵 中錳球墨鑄鐵 磷系鑄鐵 硼鑄鐵 普通白口鑄鐵普通白口鑄鐵合金白口鑄鐵合金

5、白口鑄鐵高鉻白口鑄鐵高鉻白口鑄鐵 鎳鉻白口鑄鐵鎳鉻白口鑄鐵第10頁(yè)/共38頁(yè)2 滑動(dòng)軸承合金2.1 對(duì)軸承合金的要求： 減摩性； 耐磨性； 有足夠的強(qiáng)度（抗拉、抗壓、抗剪、抗疲勞、抗沖擊），尤其是在沖擊載荷和交變裁荷作用下，應(yīng)具有足夠的抗疲勞強(qiáng)度； 順應(yīng)性和嵌藏性； 良好的物理、化學(xué)性能（高的導(dǎo)熱性、熱容量，熱膨脹系數(shù)小，耐蝕性，潤(rùn)濕性等）； 工藝性好； 選擇減摩材料還要根據(jù)摩擦副的工況條件考慮。第11頁(yè)/共38頁(yè)2.2 常用的軸承合金軸承合金（巴氏合金） 錫（Sn）、鉛（Pb）、銻(Sb)、銅（Cu）的合金，統(tǒng)稱為軸承合金。它以錫鉛作基體，以增加塑性，而懸浮的Sb-Sn相和Cu-Sn的硬晶粒

6、則起抗磨作用。軸承合金由E.Babbitt（1839年）發(fā)明，故稱之為巴氏合金。錫基軸承合金 鉛基軸承合金第12頁(yè)/共38頁(yè) 2.2.1錫基軸承合金成分：以錫為主，由錫(78%-93%）、銻(4%-14%）、銅（3%-8%）組成。優(yōu)點(diǎn)：膨脹系數(shù)小，嵌藏性好，摩擦系數(shù)低，韌性好，耐磨性好，減摩性好，抗粘著能力強(qiáng)，尤其在邊界摩擦?xí)r抗粘著能力優(yōu)于鉛基合金，而且導(dǎo)熱性、耐蝕性良好，它與鋼背的附著好，工藝性能好缺點(diǎn)：抗疲勞強(qiáng)度較差，錫價(jià)格貴用途：主要用于汽輪機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和壓氣機(jī)等的高速軸承。 第13頁(yè)/共38頁(yè) 2.2.2鉛基軸承合金成分：以鉛為主，加入銻(10%-18%）、錫（0-20%），加入Sn可提

7、高固溶體的強(qiáng)度同時(shí)形成SnSb(硬質(zhì)點(diǎn)）。優(yōu)點(diǎn)：具有自潤(rùn)滑性，高溫強(qiáng)度好，價(jià)格便宜缺點(diǎn)：耐磨性、導(dǎo)熱性、耐蝕性比錫基合金差 用途：用于低速、輕載或中載的次要軸承上，多用來(lái)制造汽車、拖拉機(jī)曲軸軸承，以及減速器、球磨機(jī)等的軸承 第14頁(yè)/共38頁(yè)2.2.3銅合金 錫青銅成分：以錫為主要合金元素的銅基合金稱為錫青銅。一般含錫量在3%-14%之間優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度較高，適于重載情況下使用，具有較好的耐磨性、耐蝕性、減摩性、耐疲勞性能，以及良好的鑄造性能。分類：錫磷青銅(如ZQSnl0-l)，錫鋅鉛青銅（如ZQSn6-8-3）用途：用于化工機(jī)械、儀表、電動(dòng)機(jī)、機(jī)床等軸承中。表3-11列出了錫青銅的主要化學(xué)成

8、分、機(jī)械性能和用途。第15頁(yè)/共38頁(yè) 鉛青銅：成分：它是銅(硬基體）與鉛(軟質(zhì)點(diǎn)）組成的軸承合金，鉛含量8-33%之間。優(yōu)點(diǎn)：其承載能力高，導(dǎo)熱性好(為錫基軸承合金的6倍），摩擦系數(shù)低，具有較高的耐疲勞強(qiáng)度和抗膠合能力。在高溫時(shí)（表面溫度超過300）可以從摩擦表面析出鉛，在基體上形成一層薄膜，能起潤(rùn)滑作用，可以在320以下工作缺點(diǎn)：順應(yīng)性、嵌藏性差，不耐腐蝕，對(duì)軸頸的相對(duì)磨損較大，與之相配的軸頸硬度以300HB為宜。用途：ZQPb30用于內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承和連桿軸承上。 第16頁(yè)/共38頁(yè) 鋁青銅：成分：含鋁約在8-11%之間優(yōu)點(diǎn)：鋁青銅比錫青銅機(jī)械性能高，耐磨性、耐腐蝕性好，它是銅合金中強(qiáng)度較

9、高的一種減摩材料缺點(diǎn)：順應(yīng)性差，嵌藏性差用途：主要用于制造蝸輪、軸套等。 第17頁(yè)/共38頁(yè)2.2.4鋁基合金成分：由鋁(60%-95%）和錫（5%-10%）等組成。優(yōu)點(diǎn)：減摩性好，可承受重裁荷，疲勞強(qiáng)度高，耐腐蝕也好，具有較高的高溫硬度，適合于在高速重載下工作，其價(jià)格低，它是一種新型的耐磨減摩材料，被廣泛用來(lái)制造高速重載軸承和一般軸套。缺點(diǎn)：抗粘著能力低，為改善抗粘著性、順應(yīng)性和嵌藏性，可以增加錫的含量到30%-40%。由于鋁基合金硬度較高，故要求相配的軸頸硬度應(yīng)不低于300HB。用途：它可以代替銅合金，從而節(jié)約大量的銅。第18頁(yè)/共38頁(yè)2.2.4多層合金減摩材料 為了更好的滿足耐磨、減摩

10、的要求，可將上述減摩材料制成兩層、三層或多層合金減摩材料，以改善其表面性能。如用低碳鋼帶和上述減摩合金之一軋制成雙金屬減摩材料。也可以在減摩合金上再鍍一層薄軟的鍍層，構(gòu)成三層減摩材料，減摩合金厚度一般在1mm以下，用減薄減摩合金厚度的方法來(lái)增加其抗疲勞強(qiáng)度，減摩鍍層厚度一般為0.02-0.04mm，以此來(lái)改善其表面性能。可用連續(xù)軋制和沖壓加工的方法制成零件，其制造精度高，互換性好，適合大批生產(chǎn)，可用于高速重載條件下的動(dòng)力機(jī)械上的軸瓦材料。鋼背-銅鉛雙金屬合金鋼背-鋁基雙金屬合金 第19頁(yè)/共38頁(yè)2.2.6其他減摩材料1）粉末冶金減摩材料2）金屬塑料減摩材料3）金屬纖維減摩材料第20頁(yè)/共38

11、頁(yè)3 非金屬耐磨減摩材料 非金屬材料是指除金屬材料之外的其它材料，其種類繁多。在非金屬材料中用于耐磨減摩材料的有工程陶瓷材料、工程塑料及其復(fù)合材料等。 第21頁(yè)/共38頁(yè)3.1 工程陶瓷材料3.1.1陶瓷材料的分類 按歷史的發(fā)展和成分、性能特點(diǎn)可將其分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷（屬于復(fù)合材料）。 傳統(tǒng)陶瓷常用硅酸鹽做原料，經(jīng)粉碎、成型、燒結(jié)制成。按用途又可分為日用陶瓷、建筑陶瓷、化工用陶瓷(耐酸、堿能力強(qiáng)）、電器絕緣陶瓷、多孔陶瓷（隔熱、保溫）等。 特種陶瓷主要采用人工化合物做原料，包括各種高純氧化物、碳化物、氮化物等。制造工藝與普通陶瓷類似，它具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，可以滿足各種

12、工程的特殊需要。按其性能可分為功能陶瓷和工程陶瓷。功能陶瓷又分為導(dǎo)電陶瓷、壓電陶瓷、導(dǎo)體陶瓷、磁性陶瓷、光學(xué)陶瓷及傳感器材料、耐燒蝕、耐腐蝕、抗氧化、蠕變小等特點(diǎn)；常用的工程陶瓷有氮化物、氧化物和碳化物陶瓷。第22頁(yè)/共38頁(yè)3.1.2陶瓷材料的特點(diǎn) 組成：晶相、玻璃相、氣相 晶相是主要組成相，決定陶瓷的性能。剛玉陶瓷 性能：陶瓷材料的硬度比金屬高，抗壓強(qiáng)度大，耐磨損，耐腐蝕，抗氧化，耐高溫，熔點(diǎn)比金屬高。但是其質(zhì)脆，塑性變形能力極低，受力大時(shí)，易發(fā)生脆性斷裂。 常見工程陶瓷：氧化鋁、氧化鋯、氮化硅、碳化硼、氮化鈦、碳化硅、碳化鈦、碳化硼等。此外，還有新研制的增韌氧化物等。第23頁(yè)/共38頁(yè)3

13、.2 工程塑料 具有優(yōu)良的機(jī)械、物理、化學(xué)及電的綜合性能的塑料稱為工程塑料，它作為良好的工程材料已得到廣泛的應(yīng)用。第24頁(yè)/共38頁(yè)3.2.1塑料的特性優(yōu)點(diǎn)：l比重小，一般塑料比重左0.9-2.3之間，鋼的1/6，鋁的l/2。l大部分塑料的摩擦系數(shù)低，減摩性好，具有自潤(rùn)滑性能，部分塑料經(jīng)過增強(qiáng)后耐磨性能大大提高，可在少油或無(wú)油條件下工作。l耐蝕性好，它對(duì)酸堿等化學(xué)藥物有良好的抵抗能力；l可降低振動(dòng)，減小噪音；l具有良好的電絕緣性能，但在塑料中加入某些導(dǎo)電填料后，可制成導(dǎo)電材料。缺點(diǎn)：l機(jī)械性能較差；l抗蠕變性能低；l耐熱性低，其耐熱性不如金屬和陶瓷；l易老化變質(zhì)。第25頁(yè)/共38頁(yè)用途：l傳動(dòng)

14、零件：齒輪、蝸輪、凸輪；l耐磨、減摩零件：軸承、導(dǎo)軌活塞環(huán)等；l一般結(jié)構(gòu)零件：殼罩、蓋板、手輪、手柄、墊片等；l耐蝕性零件：化工管道、容器、閥、泵等；l電氣絕緣零件：如插頭、插座、線圈骨架等。第26頁(yè)/共38頁(yè)3.2.2工程塑料的分類 按工程塑料合成方法可以分為熱塑性和熱固性兩種。 1）熱塑性工程塑料:聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸脂、氯化聚醚、聚砜、聚酰亞胺、氟塑料、聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲脂(有機(jī)玻璃）等。 2）熱固性工程塑料:酚醛塑料、環(huán)氧塑料、氨基塑料等。 按用途可以分為耐磨、減摩、耐蝕、耐高溫等幾種塑料，有的塑料兼?zhèn)涠喾N用途。 1）耐磨傳動(dòng)零件用塑料：如聚酰胺

15、(尼龍），MC尼龍、聚甲醛、聚碳酸酯等。 2）減摩自潤(rùn)滑零件用塑料：如聚四氟乙烯、填充的聚四氟乙烯等。 3）耐蝕性塑料：如聚四氟乙烯、聚丙烯、低壓聚乙烯等。 4）耐高溫塑料：如聚砜、聚酰亞胺、氟塑料等。 5）一般結(jié)構(gòu)件用塑料：聚丙烯、低壓聚乙烯、ABS等。第27頁(yè)/共38頁(yè)3.2.3常用的工程塑料（1）熱塑性工程塑料l聚酰胺(尼龍或PA）l聚甲醛（POM）l聚碳酸酯（PC） l聚砜（PSU）lABS l聚四氟乙烯（F-4） （2）熱固性工程塑料l酚醛塑料 l氨基塑料 l環(huán)氧塑料 l有機(jī)硅塑料 第28頁(yè)/共38頁(yè)3.3 橡膠 橡膠是高聚物，其分子形狀呈線型，它在很寬的溫度范圍內(nèi)具有高彈性，通常隨

16、品種不同而不同，一股橡膠在-4080范圍內(nèi)具有高強(qiáng)性。橡膠在高彈變形時(shí)，彈性模量低，其彈性模量約在1MPa左右，而伸長(zhǎng)率則在100-1000%之間。橡膠的抗拉強(qiáng)度或扯斷強(qiáng)度與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，線型結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高，支鏈多的強(qiáng)度低，在一定的范圍內(nèi)，分子量大的強(qiáng)度高。 強(qiáng)度的高低，是決定其使用壽命的主要因素。 橡膠有良好的耐磨性及絕緣、隔音等性能，可用它來(lái)制造傳動(dòng)件，密封件和減振件等；其耐油性及耐腐蝕氣體介質(zhì)性優(yōu)良，耐熱性也較好，常用來(lái)制造膠輥、膠圈及搓毛膠板等。 第29頁(yè)/共38頁(yè)4 復(fù)合材料 復(fù)合材料以韌性好的材料為基體，以高強(qiáng)度、高模量的材料為增強(qiáng)相，其增強(qiáng)相有粒狀和纖維狀（如玻璃纖維、碳纖維、硼纖維

17、等）。 比強(qiáng)度和比模量大； 減震性能優(yōu)良； 耐磨性、減摩性優(yōu)良，具有良好的自潤(rùn)滑性能，抗疲勞性能好，基體和增強(qiáng)纖維間的界面能有效地阻止裂紋的擴(kuò)展故疲勞極限較高； 化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，具有耐蝕性、隔熱性、抗燒蝕、耐高溫性。 具有優(yōu)良的工藝性能，適合一次整體成型； 價(jià)格高，使用經(jīng)濟(jì)性差。第30頁(yè)/共38頁(yè)4.2復(fù)合材料的分類根據(jù)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為： 纖維復(fù)合材料； 層疊復(fù)合材料； 細(xì)粒復(fù)合材料； 骨架復(fù)合材料。第31頁(yè)/共38頁(yè)4.2.1纖維增強(qiáng)材料 纖維增強(qiáng)材料有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維和晶須。l玻璃纖維 l碳纖維和石墨纖維 l硼纖維 l晶須 上述增強(qiáng)纖維具有較高的強(qiáng)度，它主要承擔(dān)外載荷，但纖

18、維排布方向要與構(gòu)件的受力方向一致，才能發(fā)揮增強(qiáng)作用，而且纖維和基體的熱膨脹系數(shù)要相適應(yīng)。第32頁(yè)/共38頁(yè)4.2.2玻璃纖維增強(qiáng)塑料 玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料|種類：聚酰胺（尼龍）、聚碳酸酯、聚甲醛等；|性能：強(qiáng)度（抗拉、抗壓、抗彎）、抗蠕變性能；|用途：制造耐磨、減摩的機(jī)械零件、密封件、泵、閥與汽車殼體等。玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料分類：環(huán)氧、酚醛、氨基、樹脂、有機(jī)硅等樹脂。性能：抗拉、抗壓、抗彎和抗沖擊強(qiáng)度 ，尤其是抗沖擊強(qiáng)度提高較多，比強(qiáng)度高，脆性降低，收縮減小，具有較高的耐蝕性、耐熱性和電絕緣性，但剛性比金屬差。用途：制造機(jī)械零件，如軸承、齒輪及形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，也用于車輛制造。 第33頁(yè)/共38頁(yè)l 4.2.3碳纖維增強(qiáng)塑料碳纖維增強(qiáng)塑料以環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚四氟乙烯等為基體材料，用碳纖維增強(qiáng)。比強(qiáng)度、比模量高，抗沖擊性能優(yōu)良。疲勞強(qiáng)度較高，摩擦系數(shù)小，耐磨性好，重量輕，剛度較高，可以制造高溫、高速、自潤(rùn)滑、耐磨零部件。用于無(wú)需潤(rùn)滑和不許使用潤(rùn)滑油的場(chǎng)合，可做軸承、齒輪