石墨對(duì)鐵基-石墨復(fù)合材料耐磨性的影響

傘晶超 王彥鵬

遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院（沈陽(yáng) 110161）沈陽(yáng)鑄造研究所（沈陽(yáng) 110022）

石墨是性能良好的固體自潤(rùn)滑材料，在粘著磨損過(guò)程中有較好的減磨作用，因此鐵素體灰鐵相對(duì)于鋼，具有優(yōu)良的減磨性能，原材料成本低，具有良好減震性、耐磨性、耐蝕性、抗氧化性、良好的鑄造性能及切削加工性，因此鐵素體基灰鑄鐵是優(yōu)良的鑄造材料。

1 試樣準(zhǔn)備

1.1 材料的選取

將石墨粉通過(guò)篩號(hào)為 100目的篩子以得到細(xì)顆粒石墨粉。將石墨粉與清水混合攪拌后靜置少許時(shí)間，使石墨粉里含有的二氧化硅等雜質(zhì)沉淀下來(lái)，倒出石墨懸濁液與清水混合，反復(fù)數(shù)遍再與清水混合，靜置較長(zhǎng)時(shí)間倒掉上面較輕的不溶于水的塵埃雜質(zhì)，然后將石墨粉過(guò)濾、烘干、粉碎。由于石墨密度比鐵小的多，熔煉時(shí)容易漂浮在鐵水上面，很難達(dá)到均勻混合的目的，所以采用粉末冶金的方法，先將四份相同質(zhì)量的新切削的鐵屑和石墨粉分別按 1%,2%,3%, 5%比例混合均勻，然后用100 t摩擦壓力機(jī)在和坩堝形狀一致的沖壓模中壓制成鐵-石墨的壓塊。

1.2 試樣的燒結(jié)

把壓塊放入坩鍋中用烘干的木炭粉覆蓋，然后裝入特制的中頻感應(yīng)燒結(jié)裝置中進(jìn)行燒結(jié)，電流加至120 A，電壓加至340 V。用紅外線測(cè)溫儀測(cè)定溫度為1290 ℃左右時(shí)，取出自然冷卻，四份試樣操作方法相同。

2 試驗(yàn)方法

(1)試驗(yàn)?zāi)康模河檬е胤y(cè)量鐵基－石墨復(fù)合材料的磨損量Δm，比較各成分的鐵基－石墨復(fù)合材料的耐磨性。

(2)試驗(yàn)設(shè)備：干試固定磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)，TG328A型分析天平。

(3)試驗(yàn)參數(shù)：轉(zhuǎn)速ω＝6轉(zhuǎn)/分，行程s＝3m，進(jìn)給量a＝4 mm/轉(zhuǎn)。

(4)試驗(yàn)過(guò)程：將試樣加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣。先預(yù)磨3 min形成上下試樣的面接觸后，用分析天平測(cè)量磨損前試樣的質(zhì)量，然后正式試驗(yàn)，磨損行程達(dá)3000 mm后停止，用分析天平測(cè)量磨損后試樣的質(zhì)量，試驗(yàn)以磨損失重(mg)為考核指標(biāo)，分析天平的稱量精度為0.1 mg，并計(jì)算磨損量Δm。四種試樣分別測(cè)出四組數(shù)據(jù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

表1為磨損試驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行描圖分析，見(jiàn)圖1。

表1 磨損試驗(yàn)結(jié)果

圖1 磨損試驗(yàn)分析

圖 1說(shuō)明隨石墨含量的增加磨損量先減小后急速增加，其中含3%石墨的試樣的磨損量最小。石墨對(duì)減少磨損起著積極有利的作用，一方面石墨的晶格結(jié)構(gòu)為六方層狀，當(dāng)受到切應(yīng)力作用時(shí)，很容易沿片層方向滑動(dòng)，導(dǎo)致石墨脫落；另一方面由于石墨的流失在磨損面上會(huì)形成固體膜，降低摩擦系數(shù)，減少磨損切應(yīng)力，從而使基體抗磨性增強(qiáng)；此外，石墨含量的增加會(huì)相應(yīng)增加材料的動(dòng)摩擦系數(shù)，而使材料的靜摩擦系數(shù)相應(yīng)降低，鐵素體為塑韌相具有一定的耐磨性。另外由于選用粒度為100目的石墨粉，其粒度小與基體的結(jié)合強(qiáng)度提高，在基體中成為穩(wěn)固的潤(rùn)滑劑“源”，減磨性能大大提高，磨損降低。而石墨也有壞作用的一面即削弱基體的作用，數(shù)量越多，越不均勻，過(guò)于粗大，削弱作用就越厲害，使耐磨性降低。當(dāng)石墨含量小于3%時(shí)鐵基－石墨復(fù)合材料隨石墨含量的增加，石墨的潤(rùn)滑作用明顯提高，鐵基－石墨復(fù)合材料的耐磨性也逐漸提高，雖然石墨對(duì)基體的割裂作用增大，使得耐磨性有所下降，但是對(duì)鐵基－石墨復(fù)合材料抗磨性影響不大，綜合作用使其抗磨性增大。當(dāng)石墨含量超過(guò)3%后，雖然其潤(rùn)滑作用也增大了，但由于石墨數(shù)量過(guò)多，使其對(duì)基體的割裂作用大大增加，使整體的抗拉強(qiáng)度降低，容易產(chǎn)生整體剝落，導(dǎo)致耐磨性下降。

4 結(jié)論

(1)加入 3%石墨的鐵基－石墨復(fù)合材料其耐磨粒磨損和耐粘著磨損能力最強(qiáng)，石墨的最佳加入量為3%。

(2)加入石墨數(shù)量過(guò)多會(huì)加劇基體組織的磨損，石墨的破壞作用更顯著。

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