灰鑄鐵的摩擦學性能研究

羅錦潔

(重慶三峽學院機械學院，重慶 400000)

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灰鑄鐵的摩擦學性能研究

羅錦潔

(重慶三峽學院機械學院，重慶 400000)

摘要：綜述了灰鑄鐵在國民生產中的重要應用，由于摩擦導致的嚴重損耗，圍繞灰鑄鐵的摩擦學問題進行探究，介紹了從灰鑄鐵自身組織出發提高耐磨性的方法及部分改善灰鑄鐵摩擦學性能的研究現狀。

關鍵詞：灰鑄鐵；摩擦；應用

在我們的日常生活中，灰鑄鐵的使用極為廣泛，灰鑄鐵具有投入成本低、易產業化生產、具有綜合力學性能等諸多優點，是國家基礎建設最常使用的基礎材料，同時灰鑄鐵具有良好的鑄造性、切削加工性能、優異的抗磨性、減震性、生產工藝簡單等特性，使得它被廣泛的應用于交通運輸、機械制造、建筑、石油化工等各個行業！

據有效數據估算全世界在能源的消耗上每年有接近1/3以上的資源被消耗掉，而大部分的磨損及構件失效形式最主要就是摩擦所引起的，不完全統計絕大多數以金屬為制品的零件損壞的“罪魁禍首”就是磨損，灰鑄鐵和其它金屬相比，具有優良的抗摩擦性能，其原因在于干摩擦時，灰鑄鐵里的石墨可以起到潤滑作用，如果在構件運動時加入潤滑油，會產生更好的效果，運動時部分石墨被磨損掉形成凹槽，這樣潤滑劑就會流進凹陷處被儲存起來，在運動的過程中就保證了形成連續性的油膜,這種優良的耐磨性使得它廣泛應用于機械制造產業，如汽車剎車片、氣缸套、軸承等。

對灰鑄鐵的摩擦學問題的科研人員在早期就進行了大量的細致的研究，我們知道灰鑄鐵的主要成分是具有片狀石墨的鑄鐵，石墨的形態和數目會對鑄鐵的性能產生極大的影響，科研人員從這個角度出發做出了與此相關的摩擦磨損評定，給出了一些理論，但是這些理論都是不全面的，因為選定的實驗條件的范圍很窄，所以針對灰鑄鐵的摩擦學問題尚不成熟、全面，而灰鑄鐵的應用如此廣泛，對灰鑄鐵進行更加系統的摩擦學問題研究是非常有必要的。

在國家標準中，直觀看灰鑄鐵的耐磨性能是它的牌號聯系在一起，牌號越高，耐磨性能也越好，而其實質的耐磨性是由它的金相組織決定的，往往耐磨的鑄鐵為多相組織，這些組織包括基體、石墨、硬化相，基體為細片狀珠光體其耐磨性高于粒狀珠光體，且片狀珠光體越細越好，片間距越小耐磨性越優，而粒狀珠光體的碳化物容易脫落，會加劇磨損，珠光體中鐵素體作為軟基底，滲碳體承受載荷，提高了耐磨性；在石墨的選型上以A型為優，片狀中等、數目適量、均勻分布為宜，形體過大，數目過多會削弱基體，形體細小，往往伴隨有鐵素體，從而降低減磨性能，石墨本身具有自潤滑的作用，在濕摩擦作用下還可以保存潤滑劑，使油膜具有連續性，抗咬合、減磨，硬化相中磷元素形態細小，呈網狀分布為優，其它一些元素如鎢、釩、鈦等形成的碳化物越細小、呈彌散分布為優，這些硬化相可形成滑動作用面，大幅度的增加了耐磨性。

史正良[1]采用不同的表面處理方式對灰鑄鐵的摩擦學性能進行了探索，筆者從隔離金屬之間的直接接觸的方向出發，為了避免采用鑄鐵制備的機械構件在運動中咬合、損傷，同時為了提高構件的抗摩擦能力，降低損耗，增加安全性，選擇了常用的對灰鑄鐵的處理方式—磷化處理，討論探索了三種處理方式：磷化處理表面、磷化+納米鐵基離子表面處理及磷化+二硫化鉬粘連固體涂層處理，分析對比了對表面進行后灰鑄鐵摩擦學性能的變化，結果發現磷化試樣的摩擦系數幅值跳動范圍較大，隨著摩擦產熱，摩擦副表面溫度升高，灰鑄鐵表面的氧化膜在往返摩擦過程中遭到破壞、擠壓，表層處理材料受到摩擦損傷，主要經歷了彈性變形和塑形變形；磷化+納米鐵基離子表面處理試樣的在往復干摩擦實驗中摩擦系數變化緩慢，跳動幅度很小，分析原因在于納米鐵基離子可填補摩擦過程中試樣被劃傷的凹痕，降低了滑動阻力，起到了自我修復和減摩的作用；磷化+二硫化鉬粘結固體涂層處理試樣在摩擦實驗中摩擦系數迅速降低，很快趨于平穩，抗摩擦能力較好的原因一是由于二硫化鉬顆粒具有自潤滑性，而是顆粒轉移填補了凹痕，故而減小了摩擦系數。

張永振[2]等在干摩擦實驗條件下對灰鑄鐵進行了滑動摩擦實驗，結果顯示摩擦速度、接觸壓力對摩擦系數及磨損率會產生一定的影響，當摩擦速度低、壓力小的狀態下，逐漸增加速度、力，磨損率無變化，摩擦系數變化小；當摩擦速度高、壓力大的狀態下，磨損率增加，摩擦系數明顯降低；除了摩擦速度及接觸壓力這兩個因素外臨界速度與臨界接觸壓力也會對磨損率及摩擦系數產生影響，當臨界速度較低，可以通過增大壓力的方法來使摩擦系數達到一個較穩定的狀態；當臨界壓力的值較小，可以通過增加相對滑動速度的方法來增加摩擦系數的穩定性，速度越低，壓力越小，灰鑄鐵的耐磨性越差，材料的磨損情況越嚴重，速度越高，壓力越大，灰鑄鐵的耐磨性越好，材料損失較小，有利于保護材料。

孫一唐[3]等采用軟氮化法對灰鑄鐵表面進行改性，并對其抗粘著磨損及抗磨料磨損的情況進行研究，其方法是對灰鑄鐵軟氮化后立進行油冷，用亞硒酸溶液對灰鑄鐵浸蝕來決定擴散的深度，采用亞硒酸、鹽酸、乙醇對溶液進行配比，在氧的加入量上選取1%、2%、4%四種比例，在溫度的選擇上選擇570℃、620℃、650℃、730℃四種溫度，并持續恒溫3小時，往復干滑動摩擦條件下進行試驗后，結果顯示：經過軟氮化處理的灰鑄鐵其抗摩擦性能遠高于普通灰鑄鐵，耐磨性提高了6～10倍之多，同時溫度也會對試樣的摩擦性能產生影響，隨著軟氮化溫度的升高，灰鑄鐵的抗摩擦性能隨之提高，以650℃以上溫度處理試樣最為顯著。

灰鑄鐵在人們的生產和生活中應用極為廣泛，更多、更全面的對灰鑄鐵的摩擦學性能進行探究是非常有必要的。

參考文獻：

[1]史正良,潘健.不同表面處理對灰鑄鐵摩擦學性能的影響.[J].制冷與空調,2013,13(7):83-85.

[2]張永振.鑄鐵的干滑動摩擦磨損[J].現代鑄鐵，2000(2)：35-42.

[3]孫一唐，陳永潭.軟氮化對灰鑄鐵抗粘著磨損和抗磨料磨損的影響.[J].吉林工業大學學報，1982.03:31-47.

中圖分類號:TG251

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)04-0020-01