灰铸铁的摩擦学性能研究

罗锦洁

(重庆三峡学院机械学院，重庆 400000)



灰铸铁的摩擦学性能研究

罗锦洁

(重庆三峡学院机械学院，重庆 400000)

摘要：综述了灰铸铁在国民生产中的重要应用，由于摩擦导致的严重损耗，围绕灰铸铁的摩擦学问题进行探究，介绍了从灰铸铁自身组织出发提高耐磨性的方法及部分改善灰铸铁摩擦学性能的研究现状。

关键词：灰铸铁；摩擦；应用

在我们的日常生活中，灰铸铁的使用极为广泛，灰铸铁具有投入成本低、易产业化生产、具有综合力学性能等诸多优点，是国家基础建设最常使用的基础材料，同时灰铸铁具有良好的铸造性、切削加工性能、优异的抗磨性、减震性、生产工艺简单等特性，使得它被广泛的应用于交通运输、机械制造、建筑、石油化工等各个行业！

据有效数据估算全世界在能源的消耗上每年有接近1/3以上的资源被消耗掉，而大部分的磨损及构件失效形式最主要就是摩擦所引起的，不完全统计绝大多数以金属为制品的零件损坏的“罪魁祸首”就是磨损，灰铸铁和其它金属相比，具有优良的抗摩擦性能，其原因在于干摩擦时，灰铸铁里的石墨可以起到润滑作用，如果在构件运动时加入润滑油，会产生更好的效果，运动时部分石墨被磨损掉形成凹槽，这样润滑剂就会流进凹陷处被储存起来，在运动的过程中就保证了形成连续性的油膜,这种优良的耐磨性使得它广泛应用于机械制造产业，如汽车刹车片、气缸套、轴承等。

对灰铸铁的摩擦学问题的科研人员在早期就进行了大量的细致的研究，我们知道灰铸铁的主要成分是具有片状石墨的铸铁，石墨的形态和数目会对铸铁的性能产生极大的影响，科研人员从这个角度出发做出了与此相关的摩擦磨损评定，给出了一些理论，但是这些理论都是不全面的，因为选定的实验条件的范围很窄，所以针对灰铸铁的摩擦学问题尚不成熟、全面，而灰铸铁的应用如此广泛，对灰铸铁进行更加系统的摩擦学问题研究是非常有必要的。

在国家标准中，直观看灰铸铁的耐磨性能是它的牌号联系在一起，牌号越高，耐磨性能也越好，而其实质的耐磨性是由它的金相组织决定的，往往耐磨的铸铁为多相组织，这些组织包括基体、石墨、硬化相，基体为细片状珠光体其耐磨性高于粒状珠光体，且片状珠光体越细越好，片间距越小耐磨性越优，而粒状珠光体的碳化物容易脱落，会加剧磨损，珠光体中铁素体作为软基底，渗碳体承受载荷，提高了耐磨性；在石墨的选型上以A型为优，片状中等、数目适量、均匀分布为宜，形体过大，数目过多会削弱基体，形体细小，往往伴随有铁素体，从而降低减磨性能，石墨本身具有自润滑的作用，在湿摩擦作用下还可以保存润滑剂，使油膜具有连续性，抗咬合、减磨，硬化相中磷元素形态细小，呈网状分布为优，其它一些元素如钨、钒、钛等形成的碳化物越细小、呈弥散分布为优，这些硬化相可形成滑动作用面，大幅度的增加了耐磨性。

史正良[1]采用不同的表面处理方式对灰铸铁的摩擦学性能进行了探索，笔者从隔离金属之间的直接接触的方向出发，为了避免采用铸铁制备的机械构件在运动中咬合、损伤，同时为了提高构件的抗摩擦能力，降低损耗，增加安全性，选择了常用的对灰铸铁的处理方式—磷化处理，讨论探索了三种处理方式：磷化处理表面、磷化+纳米铁基离子表面处理及磷化+二硫化钼粘连固体涂层处理，分析对比了对表面进行后灰铸铁摩擦学性能的变化，结果发现磷化试样的摩擦系数幅值跳动范围较大，随着摩擦产热，摩擦副表面温度升高，灰铸铁表面的氧化膜在往返摩擦过程中遭到破坏、挤压，表层处理材料受到摩擦损伤，主要经历了弹性变形和塑形变形；磷化+纳米铁基离子表面处理试样的在往复干摩擦实验中摩擦系数变化缓慢，跳动幅度很小，分析原因在于纳米铁基离子可填补摩擦过程中试样被划伤的凹痕，降低了滑动阻力，起到了自我修复和减摩的作用；磷化+二硫化钼粘结固体涂层处理试样在摩擦实验中摩擦系数迅速降低，很快趋于平稳，抗摩擦能力较好的原因一是由于二硫化钼颗粒具有自润滑性，而是颗粒转移填补了凹痕，故而减小了摩擦系数。

张永振[2]等在干摩擦实验条件下对灰铸铁进行了滑动摩擦实验，结果显示摩擦速度、接触压力对摩擦系数及磨损率会产生一定的影响，当摩擦速度低、压力小的状态下，逐渐增加速度、力，磨损率无变化，摩擦系数变化小；当摩擦速度高、压力大的状态下，磨损率增加，摩擦系数明显降低；除了摩擦速度及接触压力这两个因素外临界速度与临界接触压力也会对磨损率及摩擦系数产生影响，当临界速度较低，可以通过增大压力的方法来使摩擦系数达到一个较稳定的状态；当临界压力的值较小，可以通过增加相对滑动速度的方法来增加摩擦系数的稳定性，速度越低，压力越小，灰铸铁的耐磨性越差，材料的磨损情况越严重，速度越高，压力越大，灰铸铁的耐磨性越好，材料损失较小，有利于保护材料。

孙一唐[3]等采用软氮化法对灰铸铁表面进行改性，并对其抗粘着磨损及抗磨料磨损的情况进行研究，其方法是对灰铸铁软氮化后立进行油冷，用亚硒酸溶液对灰铸铁浸蚀来决定扩散的深度，采用亚硒酸、盐酸、乙醇对溶液进行配比，在氧的加入量上选取1%、2%、4%四种比例，在温度的选择上选择570℃、620℃、650℃、730℃四种温度，并持续恒温3小时，往复干滑动摩擦条件下进行试验后，结果显示：经过软氮化处理的灰铸铁其抗摩擦性能远高于普通灰铸铁，耐磨性提高了6～10倍之多，同时温度也会对试样的摩擦性能产生影响，随着软氮化温度的升高，灰铸铁的抗摩擦性能随之提高，以650℃以上温度处理试样最为显著。

灰铸铁在人们的生产和生活中应用极为广泛，更多、更全面的对灰铸铁的摩擦学性能进行探究是非常有必要的。

参考文献：

[1]史正良,潘健.不同表面处理对灰铸铁摩擦学性能的影响.[J].制冷与空调,2013,13(7):83-85.

[2]张永振.铸铁的干滑动摩擦磨损[J].现代铸铁，2000(2)：35-42.

[3]孙一唐，陈永潭.软氮化对灰铸铁抗粘着磨损和抗磨料磨损的影响.[J].吉林工业大学学报，1982.03:31-47.

中图分类号:TG251

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)04-0020-01