铸造铝青铜的摩擦特性与机械性能.doc

铸造铝青铜的摩擦特性与机械性能(7一第卷第1期VoIl19.1辽宁工程技术大学(自然科学版)JournalofLiaoningTechnicalUniversity(NaturalScience)2000年2月Feb,2000铸造铝青铜的摩擦特性与机械性能!生迟长志297多摘要针对高压齿轮聂铡扳的工作特点馆制了五种铸造铝青铜并分l进行了拉伸性能,摩擦特性耜耐磨牲实,如诙钿柱唇产化提供了必要的准备.关毽词,曼苎墼丝塑竺却,械I0引言铸造铝青铜具有亳好的耐磨性,耐蚀性和良好的铸造性能,特别是加入多元合金后与钢相接近的机械性能,所以广泛用于制造重载齿轮,轴瓦等零件,同时由于其机械性能受温度变化的影响小,也可用于制造蒸汽机,内燃机以及处于高温下工作的化工机械零件.但是该合金的主要缺点是干摩擦系数较大,在润滑不亳条件下工作时易出现咬合等问题.高压齿轮泵中,所形成的高压与其侧板的密封性能有关.而其密封性能又取决于侧板材质的耐磨性和机械性能.以前这种倒板多采用黄铜和多元锡青铜制造,但是随着所要求的泵压越来越高,以前的材料已经满足不了要求.而目前经常使用的铝青铜的干摩擦系数又相对较大,在高压泵工作时常有润滑不良情况的发生,所以用目前常用的铝青铜制造侧板不能充分保证高压泵长期正常工作.目前我国尚不能制造这种侧板,进口的侧板为钢背衬以2mm厚的铜合金,这种铜合金的成分,组织和性能尚不清楚.鉴于上述情况,本实验拟采用在铸造铝青铜的基础上,加入能够提高干摩擦性能的合金元素,来探索适用于制造高压泵侧板的材料.l铝青铜化学成分结合高压齿轮泵侧板工况,常用铝青铜的特点合金元素在铝青铜中的作用,作为对比,选择五种合金作为实验材料,分别为两种国标牌号的ZCuA19Mn2和ZcuAI9Fe4合金以及非国标牌号的ZCuA19Mn2Pbl,ZClJA19Fe.4Pbl和ZcuAl9Mn6Fe4Zn2合金.加入Pb的目的是改善铝青铜的干摩擦特性,加入zn的目的是提高材料的机械性能.2实验方法采用高温电阻炉熔炼,精炼剂为经过烘干处理的氯化锌,覆盖剂为烘干的木炭.加料顺序为,当炉温达到600.C时加入电解铜,纯铁和纯锰等高熔点且不易氧化的炉料,待熔清后加入铝,锌和铅等熔点低和易氧化的炉料.合金的熔炼温度视合金成分不同可取11801240oC,采用表干型砂型铸造浇注拉伸试样和耐磨试样.拉伸试样为mm的标准试样,耐磨试样的尺寸为(10x10x25)mm.收穰日期1999一IO一08.第作者王爱群导,1.956年生.工程师.本文缱拄王慧兰辽宁工程教求大(自然科学版)第19卷拉挣实验在WDS100型电子万能实验机三逆行,磨损实验在M200摩擦磨损实验机上进行,耐磨材料为高速钢,干摩擦时加载荷50kg,有润滑时,加载荷75k旦.在金相显微镜下观察每种合金试样的组织,分析相组成所用腐蚀剂为氨水加双氧水混合溶液.3实验结果与分析3.1合金的机械性能表1为本实验所用铝青铜的拉伸机械性能测试结果.从表1中可以看出,铝青铜中加入1%Pb岳可使其抗拉降低6/o-.8%.使其塑性降低43%左右ZCuAI9Mn6F4Zn2是参考了ZCuA19Mn6Fe4Ni2而设计的,zn代替贵重金属Ni目的是降低成本.由表1可以看出,以zn代Ni后的拉伸性能降低了16%左右,但仍高于所实验的其它合金.表1实验铝青铜的拉伸机械性箭Tab.1thetensilepropertiesofthetestedAi-bronze3.2实验铝青铜的摩擦特性与耐磨性3.2.1干摩擦材料的干摩擦特性除了与材料本身的组织和蛙能有关夕,还与对磨材料的硬度和表面光洁度等有关_l1.本文所实验的国标牌号铸造铝青铜的干摩擦系数高于文献2所给定的值,国标牌号铸造铝青铜的干摩擦系数也偏高.这可能与对磨材料表面粗糙度较大有关,但是不影响实验结果的可比性由表2中可虬看出,在铝青铜中加八Pb不仅育效地降低干摩擦系数和磨损量.同时还可石出,ZCuAI9Mn6Fe4Zn2的干摩擦系数与ZCuAI9Fe4接近袁2实验铜青铜的的千摩擦特性TabIe2thecharacteristicofdriedfrictionfortestedAbbronzes3.2.2有润滑条件下摩擦特性有润滑条件下摩擦实验结果表明(见表3).Pb同样可降低铝青铜摩擦系数和磨损量ZCuAI9Mn6Fe4Zn2的摩擦系数和磨损量与相近,而磨损量比ZCuAI9Fe4要低.3.3实验铝青铜的组织不含Pb的的组织均由q+0+少量(a+Y:)共析体组成,其中(+)共析体分布在存在于相晶界的0相中.Pb不溶于铝青铜,而以独立的微小颓粒存在,由于独立的Pb相减小了基体的承载表3实验铝青铜的润滑摩擦特性Tab3characteristicoffrictionforthetestedAl-bronzeunderlubricating面积,因此具有相同基体缀织的合金相比含Pb的铜台金的强度要低于不含Pb的锅台金.但是加入Pb后形成了具有自润滑性能的独立Pb相,可提高铝青铜的干摩擦性髓.B相强度硬度高,所以组织中B相含量越多台金的强度越高.相比之下,ZCttAI9Fe4中B相虽少,而ZCuAI9Mn6Fe4Zn2中0相犀多具有优良塑性的n相加上具有高抗拉强度和良好塑性旧相再加上艇度晌+,)共析体组成了5锅的良好耐路组,因此ZcuAl9Mn6Fe4Zn2不倪具有最高的强度.而且第1期王爱群等:铸造铝青铜的摩擦特性与机械性能89具有良好的润滑摩擦性能.4结论(1)所实验的五种铝青铜中不吉Pb的铝青铜组织均由d+13+少量(d+Y2)共析体组成,所加入的Pb以独立颗粒存在于合金中.(2)铝青铜中加入Pb可以改善其干摩擦和有润滑摩擦的摩擦特性.降低摩擦系数和摩擦磨损量.(3)铝青铜中加入Pb后机械性能有所降低.(4)ZCuAI9Mn6Fe4Zn2的强度高于所实验其它铝青铜.摩擦性能与ZCuAI9Fe4相当.参考文献I张清髟响金属材料轱着磨损的若干因素见主蝙名文集蝙写组犏.第一届金属耐磨材料学术台议论文橐北京机槭工业出版杜.1982.,362铸工手册编写组铸造有色音盎手册北京:机械工业出敝杜,197g383-4873孙亲枢.盘厦的磨损.北京:冶金工业出版社,1992240-245TheFrictionCharacteristicandTensilePropertiesofCastingA1一BronzeWangAiqunXuRuiChiChangzhi(DepartmentofBasicScience,LiaoningTechnicalUniversity,Fux/n,China)AbstractAccordingtotheservingcharacteristicofsidebaffleofhighforcepumpgearpump,fivecastingAI?bronzeshavebeenpreparedanditStensileproperties.frictioncharacteristicandweal”resistancehavebeen删.KeyWordscastingAl-bronze;frictioncharacteristic;siIe岬es;wearresis协ce勃州榭蛔:待裳裹文章;擅要