钢背及合金层厚度对ZChSnSb11-6巴氏合金耐磨性的影响

利用MFT-500多功能摩擦机对ZSnSb11Cu6(11-6)巴氏合金及采用离心铸造方法在40Cr钢钢背上浇铸的厚度为2.0、2.5 mm的ZChSnSb11-6巴氏合金层进行了摩擦磨损试验,研究了钢背及合金层厚度对巴氏合金耐磨性的影响。结果表明:与无钢背巴氏合金相比,有钢背2.5 mm厚巴氏合金的耐磨性提高了26.6%,而2.0 mm厚巴氏合金的耐磨性下降了12.8%。有钢背2.0 mm厚巴氏合金的硬度较高,磨痕和犁沟较浅,但其残余拉应力最大,麻点数量最多、剥落程度最大,耐磨性最差;而2.5 mm厚巴氏合金的麻点数量最少、剥落程度最小,磨痕和犁沟也较浅,耐磨性最好;相较于2.5 mm厚巴氏合金,无钢背巴氏合金的残余拉应力较小,但其硬度最低,磨痕和犁沟最深,麻点数量更多、剥落更严重,耐磨性较差。

蠕变对巴氏合金ZChSnSb11-6力学性能和显微组织的影响

针对巴氏合金ZChSnSb11-6工作过程中的蠕变现象，对合金进行蠕变实验。基于蠕变实验所得蠕变曲线，证实ZChSnSb11-6在实际工作条件下会发生明显的蠕变现象，同时利用WDW-E100D试验机，获得ZChSnSb11-6蠕变前后的屈服强度等力学性能。通过分析合金蠕变、力学性能和显微组织之间的关系，得知蠕变明显降低ZChSnSb11-6的强度、塑性及抗弹性变形能力，并得到合金蠕变机理，明确ZChSnSb11-6蠕变变形是应变硬化与再结晶回复长时间交替作用的结果。通过计算合金的应变硬化指数，证实蠕变使合金均匀变形的能力降低，增大合金发生断裂破坏的可能性。同时，基于硬度试验获得合金硬度随温度变化的计算公式，确定ZChSnSb11-6的蠕变临界温度范围为50~60℃。通过观察ZChSnSb11-6蠕变前后的显微组织，发现蠕变使合金组织中SnSb和Cu 6 Sn 5明显减少，导致合金力学性能降低。

巴氏合金ZChSnSb11-6的蠕变特性

针对油膜轴承巴氏合金ZChSnSb11-6在工作过程中出现的蠕变变形,提出了巴氏合金蠕变实验方法并对其进行了蠕变实验,获得了ZChSnSb11-6的蠕变特征,并与ZChSnSb8-4进行了对比分析。利用金相显微镜分析了蠕变对ZChSnSb11-6显微结构的影响。通过计算应力相关指数,明确了ZChSnSb11-6蠕变系数和应力的关系,并基于通用Graham蠕变方程建立了65℃下ZChSnSb11-6蠕变模型,外推得出了65℃时多组ZChSnSb11-6不同应力作用下的蠕变曲线。同时基于ANSYS对ZChSnSb11-6试件进行的有限元数值模拟,验证了ANSYS用于计算ZChSnSb11-6蠕变变形的可行性与准确性,为研究巴氏合金蠕变寿命提供了实验数据和理论支持。

ZChSnSb11-6/20号钢双金属复合材料的扩散连接

为了获得较高的界面结合强度,对20号钢表面采用热浸镀锡处理后,进行液固扩散连接,制备ZChSnSb11-6/20号钢双金属复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)表征了ZChSnSb11-6/20号钢结合过渡区的形貌及其元素分布,并对其硬度和界面结合强度进行检测。结果表明:通过20号钢热浸镀锡后,再进一步进行液固扩散可以制备结合面均匀稳定的ZChSnSb11-6/20号钢双金属复合材料,20号钢中Fe与Sn形成一层互扩散组织的结合过渡层,实现了20号钢与巴氏合金ZChSnSb11-6的冶金结合;结合过渡区的硬度明显高于两侧基体的,界面结合强度可达60.15MPa。

ZChSnSb11-6/20钢复合材料不同结合界面结合强度仿真与试验

针对巴氏合金与钢体组成的复合材料,建立了不同结合界面(不同的生产工艺条件)下工件结合强度理论计算模型。以微小单元作为模型构建的基础,利用COMSOL Multiphysics软件对其结合界面进行了有限元应力场仿真模拟,得到了不同生产工艺条件下界面应力分布情况。仿真结果表明:三种结合界面下提出的理论计算公式与模拟计算值之间的相对误差值在15%内。采用电弧喷涂技术制备了不同结合界面和不同表面粗糙度的ZChSnSb11-6/20钢复合材料,得到了不同结合界面许用结合强度。试验结果表明:对于同一表面粗糙度,其结合强度随结合界面接触面积的增大而增大,圆弧面(B型)和截球面(C型)两种结合界面的结合强度值较接近,差值在2MPa之内;光面(A型)结合界面的结合强度最小,约为B型、C型两种结合界面结合强度的60%。通过对比分析,对所构建模型进行了模型评价,得到了模型评价对照表。

轴瓦再制造用热喷涂ZChSnSb11-6丝材的制备

锡基巴氏合金广泛应用于轴瓦的生产和修复,ZChSnSb11-6的性能优于ZChSnSb8-4。但由于ZChSnSb11-6铸态组织中富含粗大的硬质相,其加工性能较差,本文通过优化熔炼铸造、挤压、拉拔等工序成功制备出适合热喷涂使用的锡基巴氏合金ZChSnSb11-6丝材。通过进行金相试验,显微硬度、结合强度、孔隙率等测试,满足轴瓦再制造热喷涂的要求。

应变电测法测定巴氏合金ZChSnSb11-6力学性能

针对锡基巴氏合金ZChSnSb11-6的力学性能,通过应变电测法对其进行了实验研究,利用逐差法测定了其横向应变和纵向应变,获得了其弹性模量和泊松比,为巴氏合金综合力学性能的仿真研究提供了实验数据和理论参考。

基于蠕变试验的ZChSnSb11-6应力松弛特性研究

在相同温度下,对巴氏合金ZCh Sn Sb11-6做了蠕变试验,获得合金在Norton形式和指数形式下的稳态蠕变方程,并利用所得系数得到合金在两种形式下应力松弛计算公式。采用ANSYS有限元分析软件模拟巴氏合金ZCh Sn Sb11-6的应力松弛过程,得到松弛过程中的蠕变曲线,并比较了理论与有限元方法计算结果,两种方法相对误差不到0.5%。结果表明:在松弛过程中,Norton形式的蠕变速率比指数形式的蠕变速率小,且相比指数形式,Norton形式下的应力松弛计算公式精度更高,更适合于巴氏合金ZCh Sn Sb11-6.

ZChSnSb11-6/20钢复合材料结合界面影响因子研究

针对巴氏合金与钢体组成的复合材料,提出并推导了结合界面影响因子λ计算公式。采用电弧喷涂技术制备了有无镀锡层工艺处理ZCh Sn Sb11-6/20钢复合材料,研究了材料的力学性能,得到了结合界面影响因子λ关于巴氏合金比重ξ的数学关系式。结果表明:无镀锡层处理的复合材料结合界面影响因子λ_1随巴氏合金比重ξ的增加而单调递减;而有镀锡层处理的复合材料λ_2与ξ的函数关系存在拐点ξ=0.597,即巴氏合金层存在最佳厚度,使巴氏合金与20钢的结合达到一种平衡,结合性能最佳。经验证,镀锡层工艺处理增强了复合材料的界面结合性能,而且当ξ=0.6时,其界面结合力最大。