石墨对铁基-石墨复合材料耐磨性的影响

伞晶超 王彦鹏

辽宁装备制造职业技术学院（沈阳 110161）沈阳铸造研究所（沈阳 110022）

石墨是性能良好的固体自润滑材料，在粘着磨损过程中有较好的减磨作用，因此铁素体灰铁相对于钢，具有优良的减磨性能，原材料成本低，具有良好减震性、耐磨性、耐蚀性、抗氧化性、良好的铸造性能及切削加工性，因此铁素体基灰铸铁是优良的铸造材料。

1 试样准备

1.1 材料的选取

将石墨粉通过筛号为 100目的筛子以得到细颗粒石墨粉。将石墨粉与清水混合搅拌后静置少许时间，使石墨粉里含有的二氧化硅等杂质沉淀下来，倒出石墨悬浊液与清水混合，反复数遍再与清水混合，静置较长时间倒掉上面较轻的不溶于水的尘埃杂质，然后将石墨粉过滤、烘干、粉碎。由于石墨密度比铁小的多，熔炼时容易漂浮在铁水上面，很难达到均匀混合的目的，所以采用粉末冶金的方法，先将四份相同质量的新切削的铁屑和石墨粉分别按 1%,2%,3%, 5%比例混合均匀，然后用100 t摩擦压力机在和坩埚形状一致的冲压模中压制成铁-石墨的压块。

1.2 试样的烧结

把压块放入坩锅中用烘干的木炭粉覆盖，然后装入特制的中频感应烧结装置中进行烧结，电流加至120 A，电压加至340 V。用红外线测温仪测定温度为1290 ℃左右时，取出自然冷却，四份试样操作方法相同。

2 试验方法

(1)试验目的：用失重法测量铁基－石墨复合材料的磨损量Δm，比较各成分的铁基－石墨复合材料的耐磨性。

(2)试验设备：干试固定磨粒磨损试验机，TG328A型分析天平。

(3)试验参数：转速ω＝6转/分，行程s＝3m，进给量a＝4 mm/转。

(4)试验过程：将试样加工成标准试样。先预磨3 min形成上下试样的面接触后，用分析天平测量磨损前试样的质量，然后正式试验，磨损行程达3000 mm后停止，用分析天平测量磨损后试样的质量，试验以磨损失重(mg)为考核指标，分析天平的称量精度为0.1 mg，并计算磨损量Δm。四种试样分别测出四组数据。

3 试验结果及分析

表1为磨损试验结果，并对其结果进行描图分析，见图1。

表1 磨损试验结果

图1 磨损试验分析

图 1说明随石墨含量的增加磨损量先减小后急速增加，其中含3%石墨的试样的磨损量最小。石墨对减少磨损起着积极有利的作用，一方面石墨的晶格结构为六方层状，当受到切应力作用时，很容易沿片层方向滑动，导致石墨脱落；另一方面由于石墨的流失在磨损面上会形成固体膜，降低摩擦系数，减少磨损切应力，从而使基体抗磨性增强；此外，石墨含量的增加会相应增加材料的动摩擦系数，而使材料的静摩擦系数相应降低，铁素体为塑韧相具有一定的耐磨性。另外由于选用粒度为100目的石墨粉，其粒度小与基体的结合强度提高，在基体中成为稳固的润滑剂“源”，减磨性能大大提高，磨损降低。而石墨也有坏作用的一面即削弱基体的作用，数量越多，越不均匀，过于粗大，削弱作用就越厉害，使耐磨性降低。当石墨含量小于3%时铁基－石墨复合材料随石墨含量的增加，石墨的润滑作用明显提高，铁基－石墨复合材料的耐磨性也逐渐提高，虽然石墨对基体的割裂作用增大，使得耐磨性有所下降，但是对铁基－石墨复合材料抗磨性影响不大，综合作用使其抗磨性增大。当石墨含量超过3%后，虽然其润滑作用也增大了，但由于石墨数量过多，使其对基体的割裂作用大大增加，使整体的抗拉强度降低，容易产生整体剥落，导致耐磨性下降。

4 结论

(1)加入 3%石墨的铁基－石墨复合材料其耐磨粒磨损和耐粘着磨损能力最强，石墨的最佳加入量为3%。

(2)加入石墨数量过多会加剧基体组织的磨损，石墨的破坏作用更显著。

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