粉末冶金渗铜钢力学性能与摩擦磨损性能研究

材料的质量、强度以及密度与渗铜钢摩擦磨损性能的关系，并与传统的耐磨合金钢在润滑条件、渗铜相同等情况下进行比较。促进我国粉末治金渗铜技术的运用，降低制作成本，并且起到提高成品的质量作用。

关键词：粉末治金；力学性能；摩擦磨损性能

粉末治金渗铜力学性的主要特点是其强度相对比较高、密度紧密以及成形速度过快。粉末治金渗铜制作的基本技术和摩擦磨损性，近几年来被国内外大量的学者进行研究。同时，美国多家公司都对液压系统进行广泛的研究，将液压技术运用到渗铜领域，如今渗铜钢零件逐渐取代了耐磨合金钢，同时在工作中已经取得了良好的实用效果。但是我国液压系统的核心元件依旧是耐磨合金钢，国外先进的渗铜技术没有得到广泛的运用。

1 粉末治金法

粉末治金法制作工序较为复杂，材料用量必须精确。在粉末治金法的制作过程中，首先要通过液压系统进行压制、高温锅炉设备预烧。渗铜制备中原材料需要准备销状一摩尔铁、二十二摩尔铜、零点八摩尔碳的试样和一摩尔铁、十四摩尔铜、零点八摩尔碳的试样，渗铜钢试样的原材料比例要按照下图表1配料比例进行配置。渗铜钢式样的配料比例首先要以百分之五十的还原铁粉与百分之五十的雾化铁粉混合，作为原材料的基础材料。然后再在混合粉末中添加百分之零点八的石墨粉和同样百分之零点八的硬脂酸锌，石墨粉和硬脂酸锌的单位都为质量分数，在制备样品中充当润滑剂的作用。接着将基础材料和润滑剂进行混合，混合中运用V型混料机均匀压制，保证两种材料所压制的的铁粉压坯密度分别在六点四克每立方厘米、六点六克每立方厘米、六点八克每立方厘米三个数值之间。再将铁粉压坯放入烧结炉中进行预烧结，温度调节到一千一百三十摄氏度，同时还要保温两小时。按照两种渗铜钢的比例配置渗铜剂，其成分称量的质量分数为一摩尔铜、百分之二十摩尔锰和百分之二十摩尔铁。压制成片状投入烧结炉融化内部铁基体，同时进行渗铜处理，其温度保持在一千一百四十摄氏度，时间约为四十分钟左右。其中烧结炉内部的气氛为分解氨，溶渗后立即进行冷却。

2 力学性能与摩擦性能研究

2.1 力学性能

在粉末治金渗铜过程中，采用了HR-150A型洛氏硬度测量仪。测量渗铜钢的表观硬度时，选取五个测量点，记录数据取其平均值。试样密度的测定中选取排水法进行数据采取。通过液压系统压制铁基体和渗铜制作工序后，所得到的一摩尔铁、十四摩尔铜、零点八摩尔碳渗铜钢的微观组织如图1所示。从图中可以看出，原材料在渗铜之前，其铁基体的微观组织成层片状珠光体，并且含有少量的铁元素。渗铜技术之后，通常情况下铜元素在铁元素的溶解度大约为百分之零点二，所以原材料大部分的铜以单质的状况存在与材料的孔隙之中。原材料的组织以铜、珠光体和少量的铁元素为主，渗铜之后，原材料的孔隙被铜填充满，并且提高了材料的密度，促使材料的硬度也随之提高。另外，铜和铁之间因在常温中微小固体融化效果被强化后市的材料的强度也随之提高。不同密度的铁基体和渗铜之后所得到一摩尔铁、十四摩尔铜、零点八摩尔其密度强度均加大。同时密度分别为六点四克每立方厘米、六点六克每立方厘米、六点八克每立方厘米的铁基体，在经过预烧结、熔渗百分之十四的铜后，密度分别增加到七点四一克每立方厘米、七点六六克每立方厘米以及七点七八克每立方厘米。强度也达到六百七十兆帕斯卡、六百七十八兆帕斯卡和七百七十二兆帕斯卡。原材料的强度增大后、渗铜的强度也会随之增大。

2.2 原材料的摩擦磨损性能

液压系统零件在治金渗铜工艺制作中，为了不使液压系统中液压油渗漏，在是系统工作中零件摩擦副之间选用良好的润滑剂。所以，在粉末治金渗铜钢中选用密度较低的一摩尔铁、二十二摩尔铜、零点八摩尔碳的试样和密度相对比较低的一摩尔铁、十四摩尔铜、零点八摩尔碳的试样。将两种试样压制成削状或是盘状，并将试样作为摩擦副运用到系统中。一摩尔铁、二十二摩尔铜、零点八摩尔碳的试样和一摩尔铁、十四摩尔铜、零点八摩尔碳的试样渗铜钢的微观组织结构类似，硬度也相当。因此在液压系统中选用了三个一摩尔铁、二十二摩尔铜、零点八摩尔碳的试样和三种密度不同一摩尔铁、十四摩尔铜、零点八摩尔碳的铁基体渗铜钢盘试样，组合而成三组摩擦副。其三组摩擦副的摩擦因数曲线如图2，如图所见在边界都润滑的情况下，其铁基体的密度分别为六点四克每立方厘米、六点六克每立方厘米、六点八克每立方厘米的渗铜刚试样，三种试样摩擦因数差别不大，曲线也相对比较平稳。但从图中所示盘状试样的铁基体密度在六点六克每立方厘米时，零件摩擦磨损性能最小。另外，材料中适当的孔隙容易使粉磨屑进入，使得材料表面的接触面保持光滑，减少材料的磨损力，而在原材料密度为六点八克每立方厘米时，孔隙度最小，材料的储油量最小导致零件工作的过程中不容易形成完整的油膜，因此摩擦磨损量此时最大。

3 结束语

我国的渗铜技术并没有得到广泛的运用，其技能研究中也与国外课题研究有一定的差距。本文通过对粉末治金渗铜钢力学性能与摩擦磨损性能的研究中，发现渗铜钢摩擦材料的密度最好控制在七点四一到七点七八克每立方厘米之间，强度保证在六百七十到七百七十二兆帕斯卡之间，保证材料的使用强度的要求。为了使磨损量最小，就必须要求摩擦副和因数与磨痕的深度都与耐磨合金钢副相当。同时通过研究发现运用渗铜钢摩擦副，使得粉末治金渗铜钢的造价更低，更有利于提高企业经济效益。

参考文献

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