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关键词： 高碳灰铸铁   摩擦磨损   碳含量   石墨形态尺寸   磨损温度  

摘要： 灰铸铁作为一种传统的工程材料,因其良好的铸造性能、机械性能和经济性,在工业领域中得到了广泛应用。石墨是灰铸铁组织中的重要组成相,对灰铸铁的力学性能、导热性能、减震性能等具有重要的影响,其影响规律和机制已得到共识,但关于石墨组织对灰铸铁摩擦磨损性能的影响尚未看到深入的研究。因此,研究灰铸铁中石墨组织特征对灰铸铁摩擦磨损行为的影响,不仅对揭示石墨组织影响灰铸铁摩擦磨损过程的作用规律和机制具有理论意义,同时,对合理选择灰铸铁组织中的石墨特征,以适应不同工作条件下所需要的摩擦性能和降低工作中的磨损具有重要的工程价值。 本论文通过调整灰铸铁中的碳含量,获得了具有不同石墨含量的灰铸铁,以及通过采用不同孕育剂孕育处理的方法获得了具有不同石墨端部形貌、石墨长度、石墨宽度的灰铸铁,研究了具有不同含量及不同石墨形态、尺寸的灰铸铁在不同磨损温度下的摩擦磨损行为。 研究发现,碳含量和石墨形态、尺寸对灰铸铁的摩擦磨损行为具有重要影响。 低温磨损条件下,灰铸铁组织中的石墨破碎后可以作为固态润滑剂覆盖在摩擦副表面,能够降低摩擦系数及灰铸铁的磨损失重,且随着灰铸铁组织中石墨含量的增加,其降低摩擦系数、减少磨损失重的作用增加;高温磨损条件下,灰铸铁摩擦表面发生氧化,在磨损表面形成氧化膜,且氧元素容易沿裸露于灰铸铁磨损表面的石墨进入灰铸铁的亚表层,促进灰铸铁亚表层基体组织的氧化,加剧了灰铸铁氧化磨损的发生,随着灰铸铁组织中石墨含量的增加,灰铸铁的磨损失重增加。 灰铸铁组织中的石墨形态、尺寸对灰铸铁的摩擦磨损行为也具有重要的影响:端部钝化的石墨,能够降低石墨端部的应力集中,降低石墨端部产生微裂纹的倾向,从而可以减弱灰铸铁因疲劳造成的磨损失重,因此,常温磨损条件下,具有端部钝化石墨的灰铸铁表现出较低的摩擦系数和磨损失重;但高温磨损条件下,氧化磨损逐渐成为主要磨损失效机制,石墨端部是否钝化对灰铸铁摩擦磨损行为的影响逐渐降低。关于石墨尺寸对灰铸铁摩擦磨损行为影响的研究发现:常温摩擦磨损条件下,石墨的长度增加,会增加材料因疲劳造成的磨损失重,增加摩擦系数;但在高温摩擦磨损条件下,随着摩擦磨损温度的升高,石墨长度对摩擦磨损行为的影响逐渐降低。石墨宽度的增加可以减轻疲劳磨损的失重,同时降低了摩擦系数;但高温摩擦磨损条件下,这种影响逐渐降低。