石墨對鐵基-石墨復合材料耐磨性的影響

傘晶超 王彥鵬

遼寧裝備制造職業技術學院（沈陽 110161）沈陽鑄造研究所（沈陽 110022）

石墨是性能良好的固體自潤滑材料，在粘著磨損過程中有較好的減磨作用，因此鐵素體灰鐵相對于鋼，具有優良的減磨性能，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良的鑄造材料。

1 試樣準備

1.1 材料的選取

將石墨粉通過篩號為 100目的篩子以得到細顆粒石墨粉。將石墨粉與清水混合攪拌后靜置少許時間，使石墨粉里含有的二氧化硅等雜質沉淀下來，倒出石墨懸濁液與清水混合，反復數遍再與清水混合，靜置較長時間倒掉上面較輕的不溶于水的塵埃雜質，然后將石墨粉過濾、烘干、粉碎。由于石墨密度比鐵小的多，熔煉時容易漂浮在鐵水上面，很難達到均勻混合的目的，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

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燒結裝置中進行燒結，電流加至120 A，電壓加至340 V。用紅外線測溫儀測定溫度為1290 ℃左右時，取出自然冷卻，四份試樣操作方法相同。

2 試驗方法

(1)試驗目的：用失重法測量鐵基－石墨復合材料的磨損量Δm，比較各成分的鐵基－石墨復合材料的耐磨性。

(2)試驗設備：干試固定磨粒磨損試驗機，TG328A型分析天平。

(3)試驗參數：轉速ω＝6轉/分，行程s＝3m，進給量a＝4 mm/轉。

(4)試驗過程：將試樣加工成標準試樣。先預磨3 min形成上下試樣的面接觸后，用分析天平測量磨損前試樣的質量，然后正式試驗，磨損行程達3000 mm后停止，用分析天平測量磨損后試樣的質量，試驗以磨損失重(mg)為考核指標，分析天平的稱量精度為0.1 mg，并計算磨損量Δm。四種試樣分別測出四組數據。

3 試驗結果及分析

表1為磨損試驗結果，并對其結果進行描圖分析，見圖1。

表1 磨損試驗結果

圖1 磨損試驗分析

圖 1說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。石墨對減少磨損起著積極有利的作用，一方面石墨的晶格結構為六方層狀，當受到切應力作用時，很容易沿片層方向滑動，導致石墨脫落；另一方面由于石墨的流失在磨損面上會形成固體膜，降低摩擦系數，減少磨損切應力，從而使基體抗磨性增強；此外，石墨含量的增加會相應增加材料的動摩擦系數，而使材料的靜摩擦系數相應降低，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合強度提高，在基體中成為穩固的潤滑劑“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，數量越多，越不均勻，過于粗大，削弱作用就越厲害，使耐磨性降低。當石墨含量小于3%時鐵基－石墨復合材料隨石墨含量的增加，石墨的潤滑作用明顯提高，鐵基－石墨復合材料的耐磨性也逐漸提高，雖然石墨對基體的割裂作用增大，使得耐磨性有所下降，但是對鐵基－石墨復合材料抗磨性影響不大，綜合作用使其抗磨性增大。當石墨含量超過3%后，雖然其潤滑作用也增大了，但由于石墨數量過多，使其對基體的割裂作用大大增加，使整體的抗拉強度降低，容易產生整體剝落，導致耐磨性下降。

4 結論

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

(2)加入石墨數量過多會加劇基體組織的磨損，石墨的破壞作用更顯著。

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