球墨铸铁活塞环激光合金化及其摩擦磨损特性的研究
YH31活塞环-缸套摩擦磨损试验研究的开题报告
YH31活塞环-缸套摩擦磨损试验研究的开题报告题目：YH31活塞环-缸套摩擦磨损试验研究一、研究背景和意义活塞环-缸套摩擦磨损是内燃机的一个重要课题，对内燃机的性能和寿命有着重要的影响。
YH31合金因其优异的耐热性、耐腐蚀性、耐磨性等性能，在发动机的活塞环和缸套材料中被广泛应用，但其有效使用寿命仍存在问题。
因此，对YH31活塞环-缸套摩擦磨损进行试验研究，能够为内燃机的性能和寿命提供参考依据。
二、研究内容和方法1. 磨损试验方案的设计：设计摩擦磨损试验的装置和方案，包括试验的载荷、转速、温度、润滑、试验时间等参数的设置。
2. YH31合金的性能测试：采用光电直接读数式万能试验机或气动万能试验机，测试YH31合金的基本力学性能和耐热性，包括抗拉强度、屈服强度、伸长率、硬度、抗热膨胀等。
3. 摩擦磨损试验的实施：使用自行设计的装置进行摩擦磨损试验，通过测量磨损量、摩擦系数等参数，探究YH31活塞环-缸套材料在不同载荷、转速、温度等条件下的磨损规律。
4. 结果分析与总结：对试验结果进行数据分析和统计，并结合前人研究成果，探讨YH31活塞环-缸套材料的磨损机理和影响因素，为内燃机的优化设计及材料选择提供依据。
三、研究进度安排本次研究拟于明年三月开始，到次年三月底完成，具体安排如下：1. 第一阶段（一个月）：撰写开题报告、文献调研、研究方案制定。
2. 第二阶段（六个月）：样品制备、YH31合金性能测试、摩擦磨损试验的实施。
3. 第三阶段（两个月）：摩擦磨损试验的结果分析与处理。
4. 第四阶段（三个月）：撰写研究报告、准备相关论文。
四、预期成果1.研究YH31活塞环-缸套摩擦磨损的试验方法和方案，为相关领域的研究提供新思路和技术支持。
2.获得YH31合金的力学性能、耐热性能等基础性的测试数据，为材料的应用和改良提供参考。
3.对YH31活塞环-缸套材料在不同条件下的摩擦磨损性能进行研究，解析其磨损机理及影响因素。
铸铁CrMo表面激光熔覆Ni基高温合金粉末的磨损特性
2007年7月第32卷第7期润滑与密封LUBR I CATI O N ENGI N EER I N GJuly 2007Vol 132No 17收稿日期:2007-03-02作者简介:张云凤(1969—),女,副教授,博士1E 2mail:yunfengzhang2004@1631com 1铸铁Cr M o 表面激光熔覆N i 基高温合金粉末的磨损特性张云凤1,2 闫玉涛1 孙志礼1(11东北大学机械工程与自动化学院 辽宁沈阳110001;2.沈阳建筑大学交通与机械工程学院 辽宁沈阳110168)摘要:采用激光熔覆技术在铸铁Cr M o 表面制备了N i 基高温合金熔覆层,采用SE M 和晶相仪分析了激光熔覆层的晶相组织。
采用回归正交试验方法,研究了基体和熔覆层在不同载荷和速度下的磨损特性。
结果表明,熔覆层与基体形成良好的冶金结合,熔覆层组织致密,主要由树枝晶和共晶构成,熔覆层和基体材料的磨损机制为磨粒磨损;铸铁Cr M o 表面激光熔覆N i 基高温合金粉末可以提高表面的耐磨性能。
关键词:激光熔覆层;N i 基高温合金;磨损中图分类号:T H11711 文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2007)7-108-3W ear Characteristi cs of Ni 2ba se Super 2a lloy ontoCr M o Ca st I ron by La ser Cl addi n gZha ng Yunfe ng1,2 Ya n Yu tao 1 S un Zh ili1(11College ofM echanical Engineering and Aut omati on,Northeast University,Shenyang L iaoning 110001,China;21Traffic and Mechanical Engineering School ,Shenyang J ianzhu University,Shenyang L iaoning 110168,China )Abstract:Metallurgical binding and compact alloy layers were p repared by laser cladding technology with N i 2base su 2per 2alloy powders on Cr M o cast ir on .The m icrostructure of the laser cladding was analyzed using SE M and EP MA.The wear test of alloy layers were carried out under conditions of different vil ocity and loads .The m icr ohardness of the laser cladding layer and the substrate was measured .The study result shows that the wear mechanis m of the alloy layer is abra 2sive wear,and the wear perfor mance increases greatly than that of Cr M o cast ir on .Keywords:laser cladding layers;N i 2base high super 2all oy;wear 激光表面熔覆技术是利用高能密度激光束所产生的局部高温使高性能材料粉末在基体上快速熔凝,并与基材相互熔合形成与基体的成分及性能不同的熔覆层。
激光合金化技术的应用
激光合金化技术的应用周金科光信0801班20081182015球墨铸铁热轧辊表面激光点状合金化技术针对提高球墨铸铁热轧辊使用寿命的迫切需要,以及传统大面积激光合金化容易在轧辊表面形成贯穿性裂纹的缺点,采用离散强化的概念,在三种不同材质的球墨铸铁表面,进行了激光点状合金化处理方案优选的系统实验研究。
与未经激光处理的球墨铸铁试块进行热疲劳对比试验,对热疲劳试验前后试块的热疲劳裂纹和组织进行分析检测。
设计了应用于输出脉冲激光的斩波器。
实验表明,激光点状合金化处理时,激冷态球墨铸铁表面的合金化层成形差,产生贯穿合金化层的裂纹;而在适当的工艺参数下,珠光体基体球墨铸铁和调质态球墨铸铁上均得到了成形较好无裂纹的合金化点。
激光点状合金化获得的合金化区内是共晶介稳组织或者接近共晶的亚共晶介稳组织,热影响区内组织发生了转变,依奥氏体化温度和冷却速度不同依次形成过热区、完全淬火区和非完全淬火区,非完全淬火区内珠光体显著细化。
合金化层硬度最高可达HV0.2900左右,热影响区硬度也比基体硬度得到较大提高。
热疲劳试验结果表明,调质态球墨铸铁抗热疲劳性能最好,热疲劳试验后表面基本没有发现热疲劳裂纹,经过激光点状合金化处理后,热疲劳裂纹主要产生在合金化区域内,但裂纹被热影响区阻滞不能扩展到基体。
AZ91D镁合金表面激光Al合金化改性研究镁合金具有低的密度和高的阻尼减震性能以及良好的可成型性和切削加工性能,因此近年来其在工业应用中受到越来越多的重视,但是镁合金的室温强度低、耐磨性差和耐蚀性差大大限制了作为工程结构材料的应用范围。
因此,采用表面改性技术以增强镁合金表面化学和力学性能具有重要的现实意义。
为此本文以AZ91D镁合金为研究对象,采用激光表面合金化技术提高镁合金表面性能。
利用现代微观分析技术和性能检测手段,对改性层微观组织结构、性能特征随激光工艺参数的变化规律进行了系统分析。
在试验中找到显著提高镁合金耐蚀性、耐磨性最佳的激光合金化工艺参数。
发动机缸套活塞环摩擦磨损特性试验研究
活塞内设计三个通孔安装弹簧 , 通过换装不同刚度的
弹簧来改变缸套2活塞环之间的载荷[2] ; 用以测量摩
擦力信号的力传感器安装在发兰盘和机架之间 ; 用以
测量速度信号的速度传感器安装在活塞顶部中央位
置。
(5) 测试和数据采集系统 : 力传感器和速度传感
器将测量信号传输到终端 , 通过编制程序实现对信号
提出了考虑双电层作用的电化学边界润滑模型 。 此模型可用于分析许多机电结合领域中的摩擦学问 题 , 并用于指导实践 。
参考文献 1 石庚辰 1 微机电系统技术 1 国防工业出版社 , 20021 2 温诗铸 1 纳米摩擦学 1 清华大学出版社 , 19981 3 P A Rehbinder , E K Venstrem1Electrocapillary Effects in the Re2
duction of the Rigidity and Hardness of Metal1Acta1 Physicochim , URSS , 1944 (19) : 36～501 4 F P Bowden , L Young1Influence of Interfacial Potential on Friction and Surface Damage1 Research , 1950 , 3 : 2351 5 J O’M Bockris , S D Argade1Dependence of Friction at Wet Con2 tacts upon Interfacial Potential J1 of Chem1 Phys1 , Vol150 , (4) : 1622～16231 6 Y Y Zhu , G H Kelsall , H A Spikes1The Influence of Electrochemi2
激光淬火CrMoCu合金铸铁组织及摩擦学性能研究
激 光 淬 火 ＣＭ Ｃ ｒ ｏ ｕ合 金铸 铁 组 织及 摩 擦 学性 能 研 究
乔 玉林 赵玉强 臧 艳 杨 善 林
北京 １０７ ） ００ ２
（ 甲兵 工程学 院装备再制造 国防科 技重点实验 室 装
摘 要 ：研 究 ＣＭ Ｃ ｒ ｏ ｕ合金 铸 铁 经激 光 淬火 后淬 硬 层 的微 观 组织 结 构 特 征 ，以 及其 显 微 硬 度 和 减摩 耐磨 性 能 的变 化 。
（ ｔ ｎ ｌＫ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｏ ｍａｕａｔｒ ｇ ｃｄ ｍｙｏ ｏｃ ｎ ｉｅｒ ｇ ｅ ｉｇ１ ０ ７ Ｎａｉ ａ ｅ ａ ｏａｏｙｆｒＲｅ ｎ ｆｃｕｉ ，Ａ ａ ｅ ｆＦ ｒｅＥ ｇｎ ｅｉ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ２，Ｃ ｉａ ｏ ｎ ｎ ｊ ｈｎ ）
Ａｂ ｔａ ｔＴ ｅ ｍｉｒｓｒｃｕ ｅ ｍｉｒｈ ｒ ｎ ｓ ｎ ａ ｅ ｉｔｎ ｅｏ ｈ ａ ｅ ｕ ｎ ｈｎ ａ ｅ ｆＣｒ Ｃｕａｌｙ ｃ ｓ ｒｎ ｓｒ ｃ ： ｈ ｃ ｏ ｔｕ ｔｒ ， ｃｏ ａ ｄ ｅ ｓａ ｄ ｗｅ ｒｒｓｓａ ｃ ｆｔ ｅｌｓ ｒｑ ｅ ｃ ｉｇｌｙ ｒｏ Ｍｏ ｌｏ ａ ｔｉｏ ｗｅｅ ｉｖ ｓｉａｅ ｒ ｎ ｅｔｇ ｔｄ． Ｒｅ ｕｔ ｎ ｉａｅ ｔａ ｈ ａｅ ａ ｄ ｎ ｄ ｌｙ ｒｏ Ｍ ｏ ｌｏ ａ ｔｉｏ ａ ｅ ｄｖｄ ｄ ｉ ｔ ｗｏｚ ｎ ｓ ｓ ｌｓｉ ｄｃ ｔ ｈ ｔｔｅ ｌｓ ｒｈ ｒ ｅ ｅ ａ ｅ ｆＣｒ Ｃｕ ａｌｙ ｃ ｓ ｒｎ ｃ ｎ ｂ ｉｉ ｅ ｎｏ ｔ ｏ ｅ ： ｃ ｍｐ ｅｅｙ ｈ ｒ ｅ ｅ ｏ ｅ ａ ｄ ｔａ ｓｔｏ ｏ ｅ Ｔ ｅ ｓ ｆ ｃ ａ ｄ ｅ ｓｏ ａ ｅ ｒｎ ｆｒ ｔ ｎ ｈ ｒ ｅ ｉ ｇｌ ｙ ｒｅ ｈ ｎ ｅ ． ｏ ｌｔｌ ａ ｄ ｎ ｄ ｚ ｎ ｎ ｒｎ ｉ ｎ ｚ ｎ ． ｈ ｕｒａ ｅ ｈ ｒ ｎ ｓ ｆｌｓ ｒｔａ ｓｏ ｍａｉ ａｄ ｎ ｎ ａ ｅ ｎ ａ ｃ ｓ １ ４ ｉ ｏ ｔ ｓ ｉ ｏ ｔａ ｔｏ ｈ ｕ ｓｒ ｔｓ ｈ ａｄ ｎｎ ｅ ｔ ｓ０ ４ ～０ ６ ｍｍ． Ａｆ ｒｌｓ ｒｔａ ｓｏ ｍａ ｉｎ ｈ ｒ ｅ ｉｇｔｅ ｔ ｎ ， ｉ ｎ ｃ ｎ ｒｓ ｆｔｅ ｓ ｂ ｔａｅ ；ｔ ｅｈ ｒ ｅ ｉ ｇｄ ｐ ｈ ｉ ． ５ ｍｅ ． ｔ ａ ｅ ｒｎ ｆｒ ｔ ａ ｄ ｎｎ ｒａｍｅ ｔ ｅ ｏ Ｃｒ Ｃｕ ａｌｙ ｃ ｓ ｒｎ ｃ ｎ ｇ ｔｂ ｔ ｒｆｉｔ ｎ ｒｄ ｃｎ ｒ ｐ ｒｉｓｕ ｄ ｒｄ ｆ ｒｎ ｏ ｄ ａ ｄ ｌｗ ｐ ｅ Ｍｏ ｏ ａ ｔｉｏ ａ ｅ ｅｔ ｒｃｉ ｅ ｕ ｉ ｇ ｐｏ ｅｔ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｌａ ｎ ｏ ｓ ｅ ｄ，ｔｅ ｗｅ ｒｒ ｓｓａ ｃ ｌ ｅ ｏ ｅ ｆ ｈ ａ ｅ ｉｔｎ ｅ ｏ Ｍｏ ｌｙ ｃ ｓ ｒ ｎ ｂ ａ ｅ ｕ ｎ ｈ ｎ ｓ ｉ ｒｖ ｄ ｉ ｉ ｅ ｅ ｔｅ ｐｅｉ ｎａ ｏ ｄ ｔ ｎ ． ｆＣｒ Ｃｕ ａ ｏ ａ ｔｉｏ ｙ ｌｓ ｒｑ ｅ ｃ ｉ ｇ ｉ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｄ ｆ ｒ ｎ ｘ ｒｍｅ ｔｌｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｌ ｆ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ａ ｅ ｕ ｎ ｈｎ ｙ ｒ ｓｌｓ ｒｑ ｅ ｃ ｉｇ；ｍｉｒｓｒ ｃｕ ｅ；ｍｉｒ ｈ ｒ ｎ ｓ ｃｏ ｔｕ ｔｒ ｃｏ ａｄ ｅｓ；ｗｅ ｒｒ ｓｓａ ｃ ａ ｅ ｉｔｎ ｅ
激光强化铸铁活塞环的磨损性能
ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｏ ｉ ｔ ｎ ｒ ｇ ｎ ｙ ｉ ｄ ｒｌ ｅ ，ｔ ｅ ｏ ｔ ｌ ＲＶ ｅ ｔ ｒ ａ ｒ ｄ ｏ ｔｕ ｉ ｇ ｌ ｓ ｒｃ ａ ｄ ｎ ｎ ｈ ｏ — ｏ ｄ ｔ ｎ ｆｐ ｓｏ ｉ ｓ ａ ｄ ｃ ｌ ｅ ｉ ｒ ｈ ｐ ｉ ｉ ｎ ｎ ｎ ｍａ Ｓ ｔ ｓ ｓｗｅ ｅｃ ｒ ｉ ｕ ｓ ｎ ａ ｅ ｌｄ ｉ ｇ ａ ｄ ｃ ｒ ｍｉ ｅ
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第 １ 第 ３期 ６卷
ＶｏＩ １ ． ． ６ ＮＯ ３
活塞-缸套表面纹理摩擦磨损特性研究进展
表面技术第52卷 第11期收稿日期：2022-09-11；修订日期：2022-11-11 Received ：2022-09-11；Revised ：2022-11-11 基金项目：国家自然科学基金（51865053）；国家外专局外国专家项目（G2021039004）；云南省农业联合专项项目（202101BD070001-051） Fund ：National Natural Science Foundation of China (51865053); Foreign Experts Program of the State Administration of Foreign Affairs (G2021039004); Joint Special Project for Agriculture in Yunnan Province (202101BD070001-051)引文格式：程家豪, 陈文刚, 王泽霄, 等. 活塞-缸套表面纹理摩擦磨损特性研究进展[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 128-138.CHENG Jia-hao, CHEN Wen-gang, WANG Ze-xiao, et al. Progress of Research on Frictional Wear Characteristics of Piston-cylinder Liner Surface Texture[J]. Surface Technology, 2023, 52(11): 128-138. *通信作者（Corresponding author ）活塞-缸套表面纹理摩擦磨损特性研究进展程家豪，陈文刚*，王泽霄，郭思良，魏北朝，王海军，袁浩恩，罗海（西南林业大学 机械与交通学院，昆明 650224）摘要：减少摩擦损失是高性能发动机效率的一个重要方面。
活塞作为发动机组成的一个重要部件，在机械损失上损耗了发动机产生的总能量的40%，近乎于占据了发动机摩擦损失能量的一半，因此在发动机活塞-缸套上制备表面织构以改善活塞摩擦副的摩擦学性能，保持发动机在实际运行中拥有良好的性能是现在发动机发展不可或缺的。
加工含镍球墨铸铁时刀具磨损机理的研究的开题报告
加工含镍球墨铸铁时刀具磨损机理的研究的开题报告一、选题背景和意义含镍球墨铸铁因其耐腐蚀、耐磨性好、抗疲劳性能优越等特点，被广泛应用于汽车、机械、航空航天、能源等领域。
其中，对于加工含镍球墨铸铁的刀具磨损机理的研究，对于提高加工效率、延长刀具使用寿命，都具有重要的现实意义。
二、研究目标和内容本研究旨在探究含镍球墨铸铁加工过程中的刀具磨损机理，明确磨损与加工参数、材料特性等因素的关系，以及不同种类的刀具在加工中的表现，为优化加工工艺，延长刀具使用寿命提供理论指导。
具体内容包括：理论分析刀具磨损的机理、实验测试刀具在不同条件下的磨损情况、分析不同刀具在加工含镍球墨铸铁时的适用性。
三、研究方法本研究采用文献研究法、实验分析法及数值模拟三种研究方法。
首先通过文献研究分析含镍球墨铸铁材料的特性、加工参数等影响因素，理论分析刀具在加工中的磨损机理。
其次，通过实验测试不同切削速度，进给量等条件下刀具的磨损情况，验证理论结果的正确性和可靠性。
最后，采用数值模拟对刀具在加工过程中的磨损情况进行模拟分析，探究不同种类的刀具在不同条件下的适用性，并进行对比分析。
四、预期结果通过本研究，可望获得以下预期结果：首先，得出刀具磨损与加工参数、材料特性等因素的关系，推导出含镍球墨铸铁加工中的刀具磨损规律。
其次，得出各种刀具在加工含镍球墨铸铁时相应的适用性，为针对不同加工需要选择相应的刀具提供实际帮助。
最后，将本研究成果应用于刀具生产和加工实践中，提高加工效率和刀具使用寿命。
五、研究难点本研究的难点主要是对含镍球墨铸铁加工过程中不同因素之间的相互作用进行全面的分析，如何确定影响因素的优先级和区别因素的重要程度，既要注重理论研究又要注重实验验证，需要综合运用多种研究方法。
六、研究计划本研究计划分为三年完成，每年的主要任务如下：第一年：文献调研，明确研究方向，深入了解含镍球墨铸铁的加工特性，建立刀具磨损的理论模型，并进行初步实验测试。
基于激光熔覆的缸套表面梯度材料制备及其摩擦学性能研究
表面技术第53卷第7期摩擦磨损与润滑基于激光熔覆的缸套表面梯度材料制备及其摩擦学性能研究刘永琪1a,2，袁成清1a,1b,2*，饶响2，郭智威1a,1b,2（1.武汉理工大学 a.交通与物流工程学院 b.水路交通控制全国重点实验室，武汉 430063；2.国家水运安全工程技术研究中心 可靠性工程研究所，武汉 430063）摘要：目的研究功能梯度材料对缸套表面的抗磨减摩作用，提升缸套-活塞环配副的摩擦学性能。
方法通过激光打标机在缸套表面制备具有30°角规则纹理排布的凹槽，在凹槽内采用同轴送粉的方式熔覆镍含量不同的铁基粉末，分析熔覆合金层的金相组织，并利用往复式摩擦磨损试验机研究在一定载荷压力下功能梯度材料缸套的摩擦学性能。
结果熔覆层金相组织呈现梯度排布，熔覆层与基体材料分子原子交互扩散形成良好的冶金结合。
牌号为350、镍质量分数为4.2%、铁质量分数80%的粉末所制备的功能梯度材料，减摩效果最为明显，相比未经处理的对照组，平均摩擦因数降幅为25.4%，且该组在试验中接触电阻的平均值最大，相比对照组提升了63.45%。
牌号为330、镍质量分数为9%、铁质量分数为70%的粉末制备的缸套，表面支撑指数最高为0.78，相比于未处理的对照组，增幅达到35%，且试验组活塞环经摩擦后，磨损量均小于对照组。
结论制备了30°角分布的功能梯度材料，能使得缸套-活塞环摩擦学系统在工作过程中摩擦副的润滑油膜厚度更厚，且在运行过程中更稳定，以减少摩擦力和降低摩擦因数。
同时，增强其支撑能力和储存润滑油的能力，使所制备的缸套摩擦因数显著降低。
牌号为350的材料，改善摩擦学性能的效果最优。
关键词：功能梯度材料；缸套-活塞环；激光熔覆；摩擦特性；金相组织中图分类号：TH117 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)07-0040-08DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.07.004Preparation and Tribological Properties of Gradient Materialon Cylinder Liner Surface by Laser CladdingLIU Yongqi1a,2, YUAN Chengqing1a,1b,2*, RAO Xiang2, GUO Zhiwei1a,1b,2(1. a. School of Transportation and Logistics Engineering, b. State Key Laboratory of Maritime Technologyand Safety, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063, China; 2. Reliability Engineering Institute,National Engineering Research Center for Water Transportation Safety, Wuhan 430063, China)ABSTRACT: As a new type of material whose performance changes with composition or structure, functional gradient materials are increasingly being applied to improve the tribological properties of mechanical components. In order to study the anti-wear and friction reduction effect of functional gradient materials on the surface of cylinder liners, a regular收稿日期：2023-04-13；修订日期：2023-09-14Received：2023-04-13；Revised：2023-09-14基金项目：国家自然科学基金（52372361）Fund：The National Natural Science Foundation of China (52372361)引文格式：刘永琪, 袁成清, 饶响, 等. 基于激光熔覆的缸套表面梯度材料制备及其摩擦学性能研究[J]. 表面技术, 2024, 53(7): 40-47.LIU Yongqi, YUAN Chengqing, RAO Xiang, et al. Preparation and Tribological Properties of Gradient Material on Cylinder Liner Surface by Laser Cladding[J]. Surface Technology, 2024, 53(7): 40-47.*通信作者（Corresponding author）第53卷第7期刘永琪，等：基于激光熔覆的缸套表面梯度材料制备及其摩擦学性能研究·41·texture arrangement with a 30° angle was prepared on the surface of cylinder liners to explore the coupling effect of material and texture on the improvement of tribological properties.The ZS1115 diesel engine cylinder liner was selected for the experiment, and 80 mm × 120 mm cylinder liner slices were obtained through wire cutting. The material was wear-resistant alloy cast iron, and functional gradient materials were prepared. Firstly, a 30° groove was prepared on the surface of the cylinder liner with a laser marking machine, and then iron based powders with different nickel contents were melted into the groove by coaxial powder feeding. The process parameters during the melting process were slightly different. These were the parameters selected for the optimal cladding effect in the previous cladding experiment. After cladding, a part of the cylinder liner was cut by wire to obtain the cross-section of the cladding layer. The microstructure of the cladding alloy layer was analyzed from a microscopic perspective with a metallographic microscope, and the tribological properties of the functional gradient material cylinder liner prepared under a fixed load and speed were studied with a reciprocating friction and wear testing machine. During the test, the contact resistance between the cylinder liner and piston ring was collected to obtain the oil film lubrication condition between the friction pairs, and the friction change throughout the test was also collected. After the experiment, the three-dimensional feature parameters of the friction surface were obtained through a contact surface profiler. At the same time, the mass of piston ring before and after the test was recorded, and the mass wear of piston ring before and after the test was calculated.The metallographic analysis results showed that the microstructure of the cladding layer presented a gradient arrangement, and the cladding layer and the matrix material molecules and atoms interacted and diffused to form a good metallurgical bond.The functional gradient material prepared from powder with a grade of 350, a nickel content of 4.2%, and an iron content of 80% showed the most significant friction reduction effect, with an average friction coefficient reduction of 25.4% compared to the untreated control group. Moreover, this group had the highest average contact resistance in the experiment, which increased by 63.45% compared to the control group. Compared with the control group, the wear of piston ring in the test group with gradient materials was significantly reduced. The surface support index of the cylinder liner prepared with powder with a grade of 330, a nickel content of 9%, and an iron content of 70% was the highest at 0.78, an increase of 35% compared to the untreated control group. The preparation of functional graded materials with an angle of 30° can make the cylinder liner piston ring tribology system produce a stable lubricating oil film better in the working process, so as to reduce the friction and the friction coefficient, and at the same time enhance its support ability and the ability to store lubricating oil, so that the friction coefficient of the prepared cylinder liner can be significantly reduced. The material with a grade of 350 has the best effect on improving tribological properties.KEY WORDS: functional gradient materials; cylinder liner-piston ring; laser cladding; friction characteristics; metallographic microstructure内燃机是船舶动力系统的核心装置，减少内燃机的摩擦损失对于节约能源消耗具有重要意义。
激光处理球墨铸铁材料的组织和性能
摘要激光熔凝又称激光晶粒细化，它是利用比激光相变硬化更高的激光（105w/cm2），使金属表面快速熔化并造成熔化金属与基体之间很大的温度梯度，激光移开后，熔化金属快速凝固，表面获得极细或超细的组织结构，表面成分偏析减少，表层的缺陷与微裂纹可被熔合，同时，通过液态自淬火快速凝固可形成较深的硬化层[1]。
激光熔凝的主要目的是提高硬度和耐磨性能。
铸铁是激光熔凝最理想的材料，处理后可使夹杂物溶解，在熔化区获得细枝晶组织和微细的金属间化合物，从而提高硬度、耐磨、耐蚀性能。
如FC25铸铁2kW的CO2激光辐照后，其表面0.7mm是熔凝层，表面硬度可达1000HV，强化层深度约2mm。
近年来，随着对仿生非光滑理论的研究，该理论已逐渐被应用到工业生产中，例如在材料表面加工非光滑单元体可以提高材料表面的耐磨性。
本文主要研究的是激光熔凝处理对球墨铸铁组织和性能的影响。
为提高球墨铸铁材料硬度和表面耐磨性能，本文结合仿生非光滑理论，利用激光在球墨铸铁材料表面加工出简单的条状非光滑单元体，获得非光滑表面材料，对激光处理后的试样的宏观形貌进行观察和分析，并对各试样进行显微组织观察及性能测试。
关键词：球墨铸铁激光非光滑磨损性能硬度AbstractLaser melting, also known as laser grain refinement, that uses stronger laser than laser transformation hardening to melt the surface of metals rapidly,and causes a large temperature gradient between the molten metal and the substrate.After removing the laser,melted metal clots rapidly,fine or ultrafine organizational structure form on the surface,segregation of the surface composition reduces, and defects and microcracks on the surface can be fused.Meanwhile,deeper hard layer can form deeper by Self-quenching liquid rapid solidification.The main purpose of laser melting is to improve the hardness and wear resistance.Cast iron is the most ideal material of laser melting,that can make the inclusion dissolve after processing, fine dendritic structure and fine in fusion zone of intermetallic compound, thus improve the hardness, wear resistance, corrosion resistance. Such as FC25 cast iron after 2 kw CO2 laser irradiation, the surface of 0.7 mm is fused layer, surface hardness is 1000 HV, strengthening layer depth of about 2 mm. In recent years, research on bionic non-smooth theory, the theory has been increasingly applied to industrial production, such as in non-smooth surface machining unit body can improve the wear resistance of the material surface.This paper studies the impact of laser melting on the microstructure and properties of ductile iron. In order to improve the nodular cast iron material surface hardness and wear resistance, combining with the theory of bionic non smooth, using a laser in nodular cast iron material surface processing out of the simple strip non smooth unit body, achieve a smooth surface material, to the macro morphology of the sample after laser treatment observation and analysis, and microstructure observation and performance test to the specimen.Keywords:nodular cast iron laser non-smooth wear resistance hardness目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (4)1.1球墨铸铁 (4)1.1.4 球墨铸铁件的缺陷 ................................................. 错误！未定义书签。
马氏体球墨铸铁冲蚀腐蚀磨损特性研究
第 ２４卷 第 ５期 ２００２年 １０月
水利 电力机械
Ｗ ＡＴＥＲ ＣＯＮＳＥＲＶＡＮＣＹ ＆ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷ ＥＲ Ｍ ＡＣＨＩＮＥＲＹ
Ｖ０１．２４ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２００２
综 · 合 ·
马 氏体 球 墨 铸 铁 冲蚀 腐 蚀 磨 损 特 性 研 究
球 墨铸铁 作 为结 构 材料 ，因其 优 良的力 学 性 能 ， 蚀 磨 损 特 性 ，并 对 球 墨铸 铁 显 微 组 织 与 冲蚀 腐 蚀 磨
已在 汽 车 、拖 拉 机 、农 机 、纺 织 及 矿 山 选 矿 等行 业 得 损 形 貌 的关 系进 行 了研 究 。
到 广泛 的 应用 。近十余 年 来 ，由于 球 墨 铸 铁 ，特 别 是 １ 试 验 方 法
摘 要 ：研 究 了添加 不 同合 金 元 素 的 球 墨 铸 铁 分 别 以 ９０￣和 ４５。冲 击 角度 在 酸 性 、中性 和碱 性 石 英 砂 介 质 中 的 冲蚀腐蚀磨损特 性。结果表 明：球墨铸铁 的冲蚀腐蚀磨损 耐磨性随 介质 ｐＨ值 和 ；中击 角度 的增加 而增加 ，并 且 随合金元素 的加入 而增加 。球 墨铸 铁冲蚀腐蚀磨损 机理 的研 究表 明：在酸 性介质 中粒 子以显 微切 削和 腐
马 氏体 球 墨铸 铁 ，具 有 良好 的强 度 与 硬 度 、塑 性 与 韧
性 ，在 耐磨 材料 领域 也 得 到 了一 定 的推 广 应 用 ，对 其
试验用球墨铸铁的化学成分如表 １所示。铁料在
成 分 、组 织 、耐 磨 性 之 间 的 相 互 关 系 也 进 行 了 研 １５ 中频感 应炉中熔化 ，铁 水经球 化处理 后 ，在湿砂 型
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｒｏ ｓｉｏｎ－ｃｏｒｒ ｏｓｉｏｎ ｗｅａｒ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｓ ｏｆ ｄｕｃｔｉｌｅ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ ｗｉｔ｝ｌ ｔ｝ｌＣ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ａｌｌｏｙｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔ｝ｌＣ
奥-贝球墨铸铁耐磨性能研究
I
重庆大学硕士学位论文
英文摘要
ABSTRACT
In this paper, under the conditions of austenitized at tempera-tures ranging from 850℃ to 950℃ and austempered at temperatures ranging from 260℃ to 420℃, the austempering treatment of ductile iron was conducted. A series of specimens made of austenitic-bainitic structure having different relative volume fraction, different shape and distribution of these two constituents were obtained. The wear behavior of ADI with different hardness was investigated under the conditions of sliding and rolling wear with lubricating and impact abrasion. And the wear mechanism of ADI was studied. The results showed that with increasing austenitizing temperatures(850~950 ℃ ) and austempering temperatures(300~400℃) the wear resistance of ADI in lubricated sliding friction decreased， and the wear mechanism was mainly adhesive wear； With increasing austempering temperatures the wear resistance of ADI in lubricated rolling friction decreased to a value, and then increased. And the wear mechanism was a process of pit-shaped fatigue spalling. In the present paper it is proposed that the wear resistance of ADI is a synthetical result of the shape, distribution, amount and stability of retained austenite, as well as the shape and distribution of bainite, and the hardness and toughness of ADI itself. It’ s emphasized that a certain amount of retained austenite which envelopes bainite rods with a shape of thin film and fine pieces is favourable to the improuement of the wear resistance of ADI. But too much austenite with continuously blocks jioned is harmful to the wear resistance of ADI. In the meantime, fine bainite is favourable to the wear resistance of ADI while coarse bainite is disadvantageous. It’ s effective to improve the shape and the distribution of austenite and bainite by lowering austenitizing temperatures and austempering temperatures properly. On the other hand, the influence of graphite on the wear resistance of ADI was discussed. Fanally, some suggestions were made for selection of ADI to suit various wear conditions. KeyWords: ADI, Austemper, Retained Austenite, Bainite, Friction Wear
QT600球墨铸铁激光淬火相变层机械性能的研究
耐磨性的要求 ,与一试样对磨 ,模块与试样表面均经磨加工 , 表面光滑 。实验载荷为 15kg ,转速 200r/ min ,磨损时间 1h。
图 3 淬火深度方向的硬度分布 激光淬火硬化层硬度分布状态对提高零件的耐磨性具 有十分重要的价值 ,球墨铸铁激光淬火的深度可以达到 3. 5mm ,硬化层的硬度分布儿乎无变化梯度 ,这对提高零件的 耐磨损寿命的贡献更为突出 。因为硬度值愈高 ,耐磨性愈 好 ,零件工作寿命愈长 。常规热处理硬化层的硬度从表面到 内部有明显的硬度下降梯度 ,表面硬度最高 ,耐磨性最好 ,但 随着零件正常工作时的相对运动 ,表面将逐渐被磨去 ,其相 对运动接触面的硬度值逐渐随之而降低 ,磨损随之而加剧 , 最终导致零件因磨损量过大而失效 。而激光淬火的硬化层
QT600 淬火区表面残余应力分布 ,如图 4 (a) 所示 。激光 淬火处理后的残余应力均为压应力 ,其值在 - 250MPa 以上 , 较等温淬火提高 120MPa 左右 ,且残余应力分布比较均匀 ,将 有利于提高材料的疲劳强度 。深度方向的残余应力分布如
图 4 (b) 所示 。激光淬火在表层形成的残余压应力比等温淬 火提高 150MPa ,能有效地改善表面抗疲劳性能 。
图 4 残余应力测试结果
4 结论
(1) QT600 经激光淬火后的金相组织如图 1 (c) ,金相组 织为隐晶马氏体 + 石墨 ,其表面硬度可提高到 HV614 。
(2) 激光热处理耐磨性提高了 46 % ,可以显著提高球墨 铸铁的耐磨性 。
513F空冷发动机模拟环套副摩擦磨损特性及激光强化的研究
513F空冷发动机模拟环套副摩擦磨损特性及激光强化的研究熊绪刚 刘文今(清华大学机械系激光加工研究中心 北京100084)提要 采用CO2激光器对球墨铸铁表面的C-Si-B-R E+W C涂层进行了激光合金化处理。
系统研究了强化层的显微组织和性能,并对激光处理的试样进行了耐磨性试验。
结果表明对球墨铸铁表面的C-Si-B-R E+W C涂层用激光处理,可获得硬度高、耐磨性好、没有裂纹的强化层。
经摩擦学实验,得出了在W C完全熔解情况下,强化层获得最佳耐磨性能的W C陶瓷加入量。
本研究为我国自行开发研究激光陶瓷合金化活塞环打下了基础。
关键词 W C陶瓷 活塞环 激光陶瓷合金化I nvestiga tion on the character istics of wear resistance of the si m ula ted p istonr i ng-cyl i nder and research on la ser ceram ic a lloy i ngX i ong Xugang,L iu W en jin(D ep artm en t of M echan ical Engineering,T singhua U n iversity,B eijing100084)Abstract L aser alloying of C-Si-B-R E+W C on nodu lar cast iron u sing CO2laser has been m ade.T he m icro structu re characteristics of the strengthened layers have been analyzed and the w ear resistance exp eri m en ts on the laser alloying treated sam p les have been done.T he resu lts dem on strate that laser eu tectic alloying of C-Si-B-R E+W C on nodu lar cast iron is ab le to ach ieve satisfying quality layers w ith h igh hardness and w ear resistance w h ich are free of crack s. T he tribo logy exp eri m en ts show that on the conditi on that W C disso lves com p letely,the best w ear resistance fo r the laser alloying layer to ach ieve is w hen the W C p ercen tage is15%.T h is research has p aved w ay fo r develop ing laser ceram ic alloying p iston ring in ou r coun try.Key words W C ceram ic,p iston ring,laser ceram ic alloying 激光是用于材料表面处理的理想工具[1],激光合金化由于其优异的耐磨、耐蚀等性能,是激光表面改性技术研究和发展的热点。
线接触副球墨铸铁表面激光织构对摩擦学特性的影响
．
３ ４
Ｊ ｏ ＵＲ ＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ Ｊ Ｉ Ａ ＮＧ ＳＵ Ｕ ＮＩ ＶＥＲ Ｓ Ｉ ＴＹ（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
■
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ —７ ７ ７ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ０ １ ５
Ｉ ｎ ｌｕｅ ｆ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｔ ｅ ｘ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｔ ｒ ｉ ｂ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ ｏ ｆ
ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｌ ｅ ｃ ａ ｓ ｔ ｉ ｒ ｏ ｎ ｕ ｎ ｄ ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎｓ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｔｏ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｔ ｅ ｘ ｔ ｕ ｉｎ ｒ ｇ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｉ ｂ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｌ ｅ
线 接触 副球 墨铸铁 表 面激 光织 构 对 摩 擦学 特 性 的影 响
袁 润 ， 程云荣 ， 符永宏 ， 华希俊 ， 杨 东燕 ，陈 关云
（ 江苏大学 机械工程学院 ， 江苏 镇江 ２ １ ２ ０ １ ３ ）
摘要： 为研究线接触情况下激光表 面织构对球 墨铸铁摩擦学特 性的影响 ， 采 用调 Ｑ半导体泵浦 Ｙ Ａ Ｇ激光器， 利用单脉冲同点间隔多次激光加． ｙ － 工艺， 对球墨铸铁试样端面进行表面织构化处理． 制 备 出 ４种 不 同深度 、 不 同面积 占有 率的环形 阵列分布微 凹腔 ， 并在 滚滑 复合 运动 的 圆柱 销与 圆盘 端 面线接触式摩擦磨损试验机上 ， 进行摩擦学试验． 结果表 明： 在相 同试验条件下， 与光滑试样进行 对比， 微 凹腔 试样表 面具有 较好 的减摩 效果 ； 对 不 同深度 及 面积 占有 率 的微 凹腔 试样进行 摩擦 性 能 试验， 结果显示： 均存在优化设计值使得织构化表面的摩擦 因数最小， 并表现出良 好的抗擦伤性能． 关键词 ： 球墨铸铁 ； 激光表面织构； 线接触； 摩擦 学特性 ； 微凹腔 中图分 类号 ： Ｔ Ｈ １ １ ７ ． ３ 文献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ６ ７ １ — ７ ７ ７ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ４ ５ ０— ０ ５
柴油机活塞环镀层摩擦学特性研究
柴油机活塞环镀层摩擦学特性研究
漆世泽;鹿云;韩志勇;潘艳春
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2005(000)009
【摘要】对镀铬、喷钼和陶瓷复合镀铬的柴油机球墨铸铁活塞环的摩擦学性能进
行了试验研究.试验结果表明,3种活塞环中,高硬度的铬层、陶瓷颗粒和储油微孔隙的存在使陶瓷复合镀铬活塞环具有最佳的耐磨性,其磨损系数仅为镀铬环的14.5%、喷钼环的0.02%;喷钼活塞环摩擦因数最低,但其磨损系数是陶瓷复合镀铬活塞环的49.6倍.
【总页数】5页(P28-32)
【作者】漆世泽;鹿云;韩志勇;潘艳春
【作者单位】广州本田汽车有限公司;第一汽车集团公司技术中心;第一汽车集团公
司技术中心;第一汽车集团公司技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】U464.133+.1
【相关文献】
1.活塞环表面处理对船舶主机缸套/活塞环摩擦学特性的影响 [J], 韩德宝;于功志;
关德林
2.化学镀Ni-P-Si3N4复合镀层在柴油机气缸套和活塞环上的应用 [J], 许小锋;钟良;刘继光
3.生物油在缸套一活塞环往复运动摩擦副中的摩擦学特性研究 [J], 俞辉强;徐玉福;
崔征;魏小洋;胡献国
4.柴油机活塞环缸套摩擦学特性研究 [J], 鹿云
5.内燃机活塞环-缸套摩擦学特性试验研究 [J], 葛畅;王福鑫;马旋;焦博文
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球墨铸铁磨损转型特性的研究
球墨铸铁磨损转型特性的研究
赵庆
【期刊名称】《西南石油学院学报》
【年(卷),期】1989(011)002
【摘要】本文研究了球墨铸铁的磨损转型特性,考察了载荷、速度、显微组织和合金元素钒、钛对球墨铸铁轻微磨损与严重磨损之间转变的影响,并对其作用机理进行了探讨。
【总页数】9页(P111-119)
【作者】赵庆
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TG143.5
【相关文献】
1.马氏体球墨铸铁腐蚀磨损特性研究 [J], 吕振林;邓月声;饶启昌
2.低碳球墨铸铁冲击磨料磨损特性的研究 [J], 朱延东;舒信福;张福亮;舒蕊;常殿存;飞再益;肖雪诗
3.马氏体球墨铸铁冲蚀腐蚀磨损特性研究 [J], 黄明富;周永欣;吕振林;饶启昌
4.球墨铸铁的干式滑动磨损特性研究 [J], 黄勇;樊发珍
5.球墨铸铁活塞环激光合金化及其摩擦磨损特性的研究 [J], 熊绪刚;刘文今;张红军;陆际清
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激光表面处理对球墨铸铁冲蚀性能的影响
激光表面处理对球墨铸铁冲蚀性能的影响梁工英;杨琛;苏俊义【期刊名称】《摩擦学学报》【年(卷),期】2000(20)2【摘要】研究了激光表面熔化处理的球墨铸铁试样在石英浆料中的冲刷腐蚀特性 .结果表明 ,经过激光表面处理的球墨铸铁与原球墨铸铁相比具有很高的硬度和较好的耐冲蚀磨损性能 ,当冲刷角度为0°、冲刷速度在 0 .5 8～ 4.47m/ s范围内时 ,激光处理试样的耐磨性是球墨铸铁试样的 3倍以上 ;冲刷角度对激光处理球墨铸铁的冲蚀磨损性能有很大的影响 ,激光试样的磨损质量损失随着冲刷角度的增大而增加 ,当冲刷角度为45°时 ,激光试样与球墨铸铁试样的单位磨损质量损失已很接近 ;在 p H值处于 4～ 7的范围内 ,激光处理试样的耐腐蚀磨损性能为球墨铸铁的 2～【总页数】4页(P115-118)【关键词】激光表面处理;球墨铸铁;冲刷摩擦磨损;冲蚀性能【作者】梁工英;杨琛;苏俊义【作者单位】西安交通大学机械工程学院【正文语种】中文【中图分类】TG143.5;TG164.2【相关文献】1.球墨铸铁预处理对表面激光重熔层开裂倾向的影响 [J], 刘喜明;张继元;孙建;郑成菊2.激光表面硬化对球墨铸铁的组织与滑动磨损性能的影响 [J], 卢光熙;张宏3.表面处理对17-4PH不锈钢抗固体粒子冲蚀性能的影响 [J], 谢安琦;刘道新;刘明霞;张海存;张晓化4.工艺参数对球墨铸铁表面激光熔覆(TiC+B4C)/Co基合金涂层组织和性能的影响[J], 童文辉;刘玉坤;赵晨爔;王杰;国旭明5.工艺参数对球墨铸铁表面激光熔覆(TiC+B4C)/Co基合金涂层组织和性能的影响[J], 童文辉;刘玉坤;赵晨爔;王杰;国旭明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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3 试验结果及分析
311 组织特性
激光合金化时 ,其最终的组织特征与激光合金化工艺条 件有关 ,另外 ,温度梯度与凝固速度之比决定了合金熔池中凝 固前沿的成分过冷 。熔体过冷程度的不同会使激光合金化的 凝固组织出现不同特征 。用金相和扫描电镜对合金化区 、热 影响区的组织观察表明 ,在激光快速熔化条件下 ,合金化表层 得到的是激冷的介稳组织 。
球墨铸铁活塞环激光合金化及其摩擦磨损特性的研究
组织与性能 熊绪刚1 ,刘文今1 ,张红军1 ,陆际清2
(11 清华大学机械系激光加工中心 ,北京 100084 ; 21 汽车安全与节能国家重点实验室 ,北京 100084)
摘要 :本文是研制新型激光陶瓷合金化活塞环的阶段研究报告 。采用 CO2 激光器对球墨铸铁表面的 C2Si2B2RE + WC 涂层进行 了激光合金化处理 。研究了强化层的显微组织和性能 ,并对激光处理的试样进行了耐磨性试验 。结果表明 ,对球墨铸铁表面的 C2Si2B2RE + WC 涂层进行激光处理可获得硬度高 、耐磨性好 、没有裂纹的强化层 。在环块式磨损试验机上用不同合金化涂料的 试块对 GCr15 钢试环进行了摩擦学试验 。结果表明当 WC 完全溶解时 ,涂料中加入 15 %WC 的激光合金化层具有最佳耐磨性 能。 关键词 :WC 陶瓷 ;活塞环 ;激光陶瓷合金化 中图分类号 :TG 156. 99 , TG 115. 5 + 8 文献标识码 :A 文章编号 :025426051( 2000) 0720005203
results show t hat on t he condition t hat WC dissolves completely ,t he laser alloying layer wit h 15 %WC in its coating is able to achieve t he best wear resistance.
图 1a 为合金化区中上部 ,以激冷态的先共晶渗碳体分布 在细小的共晶莱氏体上为主要特征 ,合金化区中下部以细小 均匀激冷态共晶介稳组织 (莱氏体) 为主 ,如图 1b 。
激光合金化区整体组织细小 、均匀 。在全部试样观察分 析中没有发现裂纹 。对含不同比例 WC 的激光合金化区用金 相显微镜和扫描电子显微镜观察 ,都未发现未熔 WC 颗粒的 存在 ,说明在本试验条件下 ,WC 已全部溶入合金液中 。
燃机 ,有必要进一步研究在不同配副条件下活塞环的摩擦磨 损特性并优化活塞环激光陶瓷合金化的工艺方案 。本文作为 第一步 ,先着重研究了合金化粉末中不同比例 WC 陶瓷在熔 化条件下对合金化层组织和性能影响的规律 。
2 试验材料及方法
激光是用于材料表面加工的理想工具[1 ] 。激光处理时允许硬 质颗粒加入金属以及合金表面 ,选用合适的处理条件可减小 或增加这些颗粒在基体中的熔化或溶解 ,使强化层获得较广 范围的冶金组织及好良的特性 。激光表面处理的强化层和基 体界面之间不存在不连贯的化学成分和机械特性 ,因而不同 于其它通过沉积技术得到的强化层[2 ] 。通过激光合金化可得 到性能优异的耐磨 、耐蚀强化层 ,从而成为激光表面改性技术 研究和发展的热点之一[3 ] 。运用激光陶瓷合金化技术处理球 墨铸铁活塞环可获得高质量耐磨环 ,其处理过程热效应小 ,有 利于减少活塞环的变形 。同时 ,由于熔池内金属液形成熔点 低 、流动性好的 Fe2C2Si2B 共晶或过共晶成分 ,有利于杂质和 气体的逸出 ,可获得无气孔 ,无裂纹的表层[4 ] 。
图 1 合金化区组织 (SEM) (a) 过共晶组织 (b) 共晶组织 从图 2a 可以看出 ,合金化区与热影响区之间没有明显的 分界线 ,它们相互形成冶金结合 。该区金属基体组织是由较 粗大的马氏体 + 残留奥氏体组成 ,热影响区主要由马氏体 + 石墨球 + 残留奥氏体组成 。沿着层深方向观察 ,金属基体由 较粗大的马氏体和大量残留奥氏体向细小的马氏体和少量残 留奥氏体过渡 。在石墨球的周围有环状组织 ,该环状组织可 分为莱氏体环状组织和马氏体环状组织以及这两者的结合 。
313 摩擦学试验
摩擦学试验结果表明 ,当与标准环对磨的试块合金化层 加入 WC 比例由低到高变化时 ,块的耐磨性先增加 ( w WC < 15 %) ,后降低 (15 % < w WC < 30 %) 。表 2 为试块耐磨性能的 对比 ,块的耐磨性是以 Talysurf 52120 表面形貌仪测定的磨痕 截面积的倒数确定的 。以正火态球墨铸铁的耐磨性为比较的 基准 ,同时 ,与加入不同 WC 比例的合金化试块对磨的环的径 向磨损量呈现出与试块类似的特点 ,即当 WC 比例在中间时 环的磨损量最小 。
沿激光扫描垂直方向切取横截面制取金相试样 。观察金 相组织并用 HX2200 显微硬度计测定显微硬度 。将试样抛光 并经电解腐蚀后在扫描电镜 SEM 下观察 ,并利用电子探针进
作者介绍 :熊绪刚 (1974 —) ,男 ,重庆市人 ,工学硕士 。研究方向为激 光表面改性 。联系电话 :010262772993 。 收稿日期 :2000202222
行微区化学成分分析 。 摩擦学试验采用 MH K2500 环块 磨 损 试 验 机 。试 环 为
GCr15 钢的标准环 。转 速 300r/ min ,润 滑 介 质 为 N46 机 油
《金属热处理》2000 年第 7 期
5
(30 号机油) 。用这种标准钢试环对正火态球墨铸铁标准试 样及不同方案的球墨铸铁激光合金化试样进行了标准规范下 的摩擦学对比试验 。
6
《金属热处理》2000 年第 7 期
进行能谱检测ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ析 ,结果见表 1 。可见不同区域 W 和 Si 的成 分差别较大 ,这对揭示合金化区结晶过程提供了新的信息 。
显然 ,WC 溶解后 ,相当一部分的 W 固溶于碳化物中形 成了复杂晶格的合金渗碳体 ,显著提高了后者的硬度[6 ] 。溶 解的 WC 所起的作用可以看作一种固溶强化 ,并且随着固溶 度的不同使渗碳体发生了组织和结构上的差异 。除此之外 , 稀土元素使熔化时石墨上浮过程中碳向铁液中溶解的能力增 加 ,同时 C、Si 、B 元素的加入提高了熔池中合金液共晶度 ,这 些也有利于合金化层硬度的提高 。
“八五”期间 ,清华大学研制了等离子喷涂陶瓷气缸套和 与之配对的激光陶瓷合金化球墨铸铁活塞环 ,其耐磨性能优 异[5 ] ,表明激光陶瓷合金化是提高活塞环耐磨性的有效途径 。 考虑到等离子喷涂陶瓷气缸套成本高 ,只适用于某些特殊内
211 试验材料
基底材料为球墨铸铁 ,有铸态和正火态两种 。加工成 12135mm ×12135mm ×20mm 的标准试样 ,其表面精磨后粗 糙度为 Ra = 0118～0120μm 。合金化涂料以 C2Si2B2RE 共晶 合金化涂料[4 ] 为基础 ,选用硬度高 、耐磨性好的 WC 陶瓷按 不同比例加入合金化涂料中 。
图 4 过共晶介稳组织中先共晶渗碳体组织 (SEM) 表 1 图 4 中微区成分( 原子分数和质量分数)
区域
元素
Atom( %)
图 3 涂料中含 15 %WC 的试样表层显微硬度分布 随 WC 比例的变化 ,合金化层的硬度之间的差别不是太 大 。在扫描电子显微镜下观察未发现有弥散的 WC 颗粒存 在 。在 > 1mm 的深熔试验条件下 ,WC 颗粒完全溶于合金化 层中 。观察发现 ,与不加 WC 的合金化区组织相比 ,先共晶渗 碳体在电解腐蚀的条件下显示了不同的形貌 。图 4 为过共晶 介稳组织中先共晶渗碳体在 2000 倍下的扫描电子显微镜照 片 。图中所示的一个整体先共晶渗碳体 ,实际上具有两种不 同的微观组织形貌 。用电子探针对该碳化物中两个不同区域
Key words :WC ceramic ;piston ring ;laser ceramic alloying
1 前言
提高活塞环和气缸套副使用寿命是内燃机设计制造中的 重要问题 。目前用于活塞环表面处理的措施较多 ,如镀铬 、喷 钼 、涂镀 TiN 、喷涂镍陶瓷复合涂层等 ,但都不能与活塞环铸 铁基体形成冶金结合 ,与缸套配副的摩擦磨损也有一定局限 ,