第三章-常用减摩耐磨及摩阻材料课件.ppt
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- 第三 常用 耐磨 材料 课件
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1、第三章第三章 常用减摩耐磨及摩阻材料常用减摩耐磨及摩阻材料 摩擦磨损一般都发生在材料的摩擦表面摩擦磨损一般都发生在材料的摩擦表面上,大量统计表明,在机械零件失效形式中,上,大量统计表明,在机械零件失效形式中,磨损失效约占磨损失效约占80%,故磨损是造成材枓和能,故磨损是造成材枓和能源损失的一个主要方面。为了节约材料和能源损失的一个主要方面。为了节约材料和能源必须重视对材料的正确选择和使用,以及源必须重视对材料的正确选择和使用,以及新型的耐磨、减摩材料的研制开发。新型的耐磨、减摩材料的研制开发。零件材料选择的一般原则:零件材料选择的一般原则:v满足零件使用性能的要求。它是根据零件的工作条满足零件
2、使用性能的要求。它是根据零件的工作条件件(如载荷的类型、大小和性质)、工作环境(如温如载荷的类型、大小和性质)、工作环境(如温度、周围介质的性质,以及某些特殊需要提出来的。度、周围介质的性质,以及某些特殊需要提出来的。v满足加工工艺性能(如铸造性能、焊接性能、塑性满足加工工艺性能(如铸造性能、焊接性能、塑性加工性能、机械加工性能)和热处理工艺性能的要加工性能、机械加工性能)和热处理工艺性能的要求。求。v满足经济性满足经济性(如材料价格便宜、符合国家的能源状况如材料价格便宜、符合国家的能源状况和供应情况等)的要求。和供应情况等)的要求。着手点:工况,失效分析着手点:工况,失效分析1 金属耐磨材料
3、金属耐磨材料v金属耐磨材料在工程实际中应用最为广泛,金属耐磨材料在工程实际中应用最为广泛,因为黑色金属及其合金资源丰富,价格便宜,因为黑色金属及其合金资源丰富,价格便宜,并且可以用各种表面处理方法加以强化,使并且可以用各种表面处理方法加以强化,使之具有一定的强度、韧性及耐磨性,以满足之具有一定的强度、韧性及耐磨性,以满足各种工况条件下对材料提出的要求。各种工况条件下对材料提出的要求。v金属耐磨材料包括耐磨钢、耐磨铸铁、复合金属耐磨材料包括耐磨钢、耐磨铸铁、复合钢材及耐磨堆焊焊条等。钢材及耐磨堆焊焊条等。1.1 耐磨钢耐磨钢A、影响钢耐磨性的主要因素:影响钢耐磨性的主要因素:钢的各种性能,钢的各
4、种性能,化学成分,化学成分,组织状态,组织状态,工况条件工况条件(载荷、速度、温度、环境介质),载荷、速度、温度、环境介质),摩擦副结构尺寸,摩擦副结构尺寸,加工质量,加工质量,配偶件的材质等。配偶件的材质等。对于材料设计来讲,要注意三个方面影响:对于材料设计来讲,要注意三个方面影响:v含碳量含碳量v合金元素:种类,分布合金元素:种类,分布v金相组织金相组织B、耐磨钢的种类、耐磨钢的种类v低碳低合金钢低碳低合金钢 v中碳钢和中碳低合金钢中碳钢和中碳低合金钢 v高碳低合金钢高碳低合金钢 v低碳铬钢和不锈钢低碳铬钢和不锈钢 v高碳高合金钢高碳高合金钢 v铸造石墨钢铸造石墨钢1.2 耐磨铸铁耐磨铸铁
5、A、影响铸铁耐磨性的主要因素影响铸铁耐磨性的主要因素:石墨石墨基体组织基体组织合金元素合金元素B、常用的耐磨铸铁、常用的耐磨铸铁 v冷硬铸铁冷硬铸铁 v白口铸铁白口铸铁 v中锰球墨铸铁中锰球墨铸铁v磷系铸铁磷系铸铁v硼铸铁硼铸铁 普通白口铸铁普通白口铸铁合金白口铸铁合金白口铸铁高铬白口铸铁高铬白口铸铁 镍铬白口铸铁镍铬白口铸铁2 金属减磨材料金属减磨材料2.1 对减摩材料的要求:对减摩材料的要求:v减摩性;减摩性;v耐磨性;耐磨性;v有足够的强度(抗拉、抗压、抗剪、抗疲劳、抗冲有足够的强度(抗拉、抗压、抗剪、抗疲劳、抗冲击),尤其是在冲击载荷和交变裁荷作用下,应具击),尤其是在冲击载荷和交变裁
6、荷作用下,应具有足够的抗疲劳强度;有足够的抗疲劳强度;v顺应性和嵌藏性;顺应性和嵌藏性;v磨合性;磨合性;v导热性能好,热膨胀系数小;导热性能好,热膨胀系数小;v耐腐蚀。耐腐蚀。v选择减摩材料还要根据摩擦副的工况条件考虑。选择减摩材料还要根据摩擦副的工况条件考虑。2.2 常用的金属减摩材料常用的金属减摩材料2.2.1轴承合金(巴氏合金)轴承合金(巴氏合金)锡(锡(Sn)、铅()、铅(Pb)、锑)、锑(Sb)、铜(、铜(Cu)的合金,)的合金,统称为轴承合金。它以锡铅作基体,以增加塑性,统称为轴承合金。它以锡铅作基体,以增加塑性,而悬浮的而悬浮的Sb-Sn相和相和Cu-Sn的硬晶粒则起抗磨作用。
7、的硬晶粒则起抗磨作用。轴承合金由轴承合金由E.Babbitt(1839年)发明,故称之为年)发明,故称之为巴氏合金。巴氏合金。锡基轴承合金锡基轴承合金 铅基轴承合金铅基轴承合金v锡基轴承合金锡基轴承合金成分:成分:以锡为主,由锡以锡为主,由锡(78%-93%)、锑)、锑(4%-14%)、)、铜(铜(3%-8%)组成。)组成。优点优点:膨胀系数小,嵌藏性好,摩擦系数低,韧性好,:膨胀系数小,嵌藏性好,摩擦系数低,韧性好,耐磨性好,减摩性好,抗粘着能力强,尤其在边界耐磨性好,减摩性好,抗粘着能力强,尤其在边界摩擦时抗粘着能力优于铅基合金,而且导热性、耐摩擦时抗粘着能力优于铅基合金,而且导热性、耐蚀
8、性良好,它与钢背的附着好,工艺性能好蚀性良好,它与钢背的附着好,工艺性能好缺点:缺点:抗疲劳强度较差,锡价格贵抗疲劳强度较差,锡价格贵用途:用途:主要用于汽轮机、发动机和压气机等的高速轴主要用于汽轮机、发动机和压气机等的高速轴承。承。v铅基轴承合金铅基轴承合金成分:成分:以铅为主,加入锑以铅为主,加入锑(10%-18%)、锡()、锡(0-20%),加入),加入Sn可提高可提高固溶体的强度同时形成固溶体的强度同时形成SnSb(硬质点)。硬质点)。优点优点:具有自润滑性,高温强度好,价格便宜:具有自润滑性,高温强度好,价格便宜缺点:缺点:耐磨性、导热性、耐蚀性比锡基合金差耐磨性、导热性、耐蚀性比锡
9、基合金差 用途:用途:用于低速、轻载或中载的次要轴承上,多用来用于低速、轻载或中载的次要轴承上,多用来制造汽车、拖拉机曲轴轴承,以及减速器、球磨机制造汽车、拖拉机曲轴轴承,以及减速器、球磨机等的轴承等的轴承 2.2.2铜合金铜合金v锡青铜锡青铜成分成分:以锡为主要合金元素的铜基合金称为锡青铜。:以锡为主要合金元素的铜基合金称为锡青铜。一般含锡量在一般含锡量在3%-14%之间之间优点优点:机械强度较高,适于重载情况下使用,具有较:机械强度较高,适于重载情况下使用,具有较好的耐磨性、耐蚀性、减摩性、耐疲劳性能,以及好的耐磨性、耐蚀性、减摩性、耐疲劳性能,以及良好的铸造性能。良好的铸造性能。分类分类
10、:锡磷青铜:锡磷青铜(如如ZQSnl0-l),锡锌铅青铜(如,锡锌铅青铜(如ZQSn6-8-3)用途:用途:用于化工机械、仪表、电动机、机床等轴承中。用于化工机械、仪表、电动机、机床等轴承中。表表3-11列出了锡青铜的主要化学成分、机械性能和列出了锡青铜的主要化学成分、机械性能和用途。用途。v铅青铜:铅青铜:成分成分:它是铜:它是铜(硬基体)与铅硬基体)与铅(软质点)组成的轴承合软质点)组成的轴承合金,铅含量金,铅含量8-33%之间。之间。优点优点:其承载能力高,导热性好:其承载能力高,导热性好(为锡基轴承合金的为锡基轴承合金的6倍),摩擦系数低,具有较高的耐疲劳强度和抗胶倍),摩擦系数低,具
11、有较高的耐疲劳强度和抗胶合能力。在高温时(表面温度超过合能力。在高温时(表面温度超过300)可以从)可以从摩擦表面析出铅,在基体上形成一层薄膜,能起润摩擦表面析出铅,在基体上形成一层薄膜,能起润滑作用,可以在滑作用,可以在320以下工作以下工作缺点缺点:顺应性、嵌藏性差,不耐腐蚀,对轴颈的相对:顺应性、嵌藏性差,不耐腐蚀,对轴颈的相对磨损较大,与之相配的轴颈硬度以磨损较大,与之相配的轴颈硬度以300HB为宜。为宜。用途用途:ZQPb30用于内燃机曲轴轴承和连杆轴承上。用于内燃机曲轴轴承和连杆轴承上。v铝青铜:铝青铜:成分成分:含铝约在:含铝约在8-11%之间之间优点优点:铝青铜比锡青铜机械性能
12、高,耐磨性、耐腐蚀:铝青铜比锡青铜机械性能高,耐磨性、耐腐蚀性好,它是铜合金中强度较高的一种减摩材料性好,它是铜合金中强度较高的一种减摩材料缺点缺点:顺应性差,嵌藏性差:顺应性差,嵌藏性差用途:用途:主要用于制造蜗轮、轴套等。主要用于制造蜗轮、轴套等。2.2.3铝基合金铝基合金成分成分:由铝:由铝(60%-95%)和锡()和锡(5%-10%)等组成。)等组成。优点优点:减摩性好,可承受重裁荷,疲劳强度高,耐腐:减摩性好,可承受重裁荷,疲劳强度高,耐腐蚀也好,具有较高的高温硬度,适合于在高速重载蚀也好,具有较高的高温硬度,适合于在高速重载下工作,其价格低,它是一种新型的耐磨减摩材料,下工作,其价
13、格低,它是一种新型的耐磨减摩材料,被广泛用来制造高速重载轴承和一般轴套。被广泛用来制造高速重载轴承和一般轴套。缺点缺点:抗粘着能力低,为改善抗粘着性、顺应性和嵌:抗粘着能力低,为改善抗粘着性、顺应性和嵌藏性,可以增加锡的含量到藏性,可以增加锡的含量到30%-40%。由于铝基合。由于铝基合金硬度较高,故要求相配的轴颈硬度应不低于金硬度较高,故要求相配的轴颈硬度应不低于300HB。用途用途:它可以代替铜合金,从而节约大量的铜。:它可以代替铜合金,从而节约大量的铜。2.2.4多层合金减摩材料多层合金减摩材料 为了更好的满足耐磨、减摩的要求,可将上述减为了更好的满足耐磨、减摩的要求,可将上述减摩材料制
14、成两层、三层或多层合金减摩材料,以改善摩材料制成两层、三层或多层合金减摩材料,以改善其表面性能。如用低碳钢带和上述减摩合金之一轧制其表面性能。如用低碳钢带和上述减摩合金之一轧制成双金属减摩材料。也可以在减摩合金上再镀一层薄成双金属减摩材料。也可以在减摩合金上再镀一层薄软的镀层,构成三层减摩材料,减摩合金厚度一般在软的镀层,构成三层减摩材料,减摩合金厚度一般在1mm以下,用减薄减摩合金厚度的方法来增加其抗以下,用减薄减摩合金厚度的方法来增加其抗疲劳强度,减摩镀层厚度一般为疲劳强度,减摩镀层厚度一般为0.02-0.04mm,以此,以此来改善其表面性能。可用连续轧制和冲压加工的方法来改善其表面性能。
15、可用连续轧制和冲压加工的方法制成零件,其制造精度高,互换性好,适合大批生产,制成零件,其制造精度高,互换性好,适合大批生产,可用于高速重载条件下的动力机械上的轴瓦材料。可用于高速重载条件下的动力机械上的轴瓦材料。钢背钢背-铜铅双金属合金铜铅双金属合金钢背钢背-铝基双金属合金铝基双金属合金 3 非金属耐磨减摩材料非金属耐磨减摩材料 非金属材料是指除金属材料之外的其它非金属材料是指除金属材料之外的其它材料,其种类繁多。在非金属材料中用于耐材料,其种类繁多。在非金属材料中用于耐磨减摩材料的有工程陶瓷材料、工程塑料及磨减摩材料的有工程陶瓷材料、工程塑料及其复合材料等。其复合材料等。3.1 工程陶瓷材料
16、工程陶瓷材料3.1.1陶瓷材料的分类陶瓷材料的分类v按历史的发展和成分、性能特点可将其分为传统陶瓷、特种按历史的发展和成分、性能特点可将其分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷(属于复合材料)。陶瓷和金属陶瓷(属于复合材料)。v传统陶瓷常用硅酸盐做原料,经粉碎、成型、烧结制成。按传统陶瓷常用硅酸盐做原料,经粉碎、成型、烧结制成。按用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、化工用陶瓷用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、化工用陶瓷(耐酸、碱耐酸、碱能力强)、电器绝缘陶瓷、多孔陶瓷(隔热、保温)等。能力强)、电器绝缘陶瓷、多孔陶瓷(隔热、保温)等。v特种陶瓷主要采用人工化合物做原料,包括各种高纯氧化物、特种陶瓷主要采用
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