本文關鍵詞：硫系自潤滑鋼中原位自生金屬硫化物自潤滑相的形成機制與控制方法，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：硫系自潤滑鋼是一種含有原位自生金屬硫化物自潤滑相的功能型合金鋼,它具有耐高溫、自潤滑、耐磨性好、成本低等優(yōu)點。自潤滑耐磨鋼中自潤滑相的形態(tài)、大小和分布對其潤滑和耐磨性能有重要影響。由于硫在鐵中常與Fe形成FeS,這種FeS多為大塊狀夾雜,主要分布在晶界附近,造成晶界弱化、基體割裂和應力集中,從而嚴重影響鋼材的韌性、強度以及可鍛性。因此,如何有效控制自潤滑相的數(shù)量、形態(tài)、尺寸和分布成為能否制備出具有良好自潤滑耐磨性能及良好力學性能的硫系自潤滑鋼的關鍵因素。本文討論了硫系自潤滑鋼自潤滑相中金屬硫化物的形成機制；分析了硫系自潤滑鋼的微觀組織；探討了固溶處理和時效處理對自潤滑相形狀、尺寸和分布變化的影響規(guī)律和機制；測試了其力學性能、常溫和高溫摩擦磨損性能。為降低FeS的含量、減少其有害作用做出了初步探索,從而為該鋼種的應用奠定了理論及實驗基礎。利用X射線衍射、EDS,結合熱力學分析,研究了硫系自潤滑鋼自潤滑相中金屬硫化物的形成機制。結果表明：硫系自潤滑鋼自潤滑相中的S元素在鋼基體中的含量極少(鑄態(tài)0.1%),其主要集中在金屬硫化物自潤滑相中。這些金屬硫化物主要是FeS、CrS、MoS2以及一些多元硫化物。鋼中硫化物的生成順序CrSFeSMoS2,因此可以通過增加Cr含量來置換FeS。硫系自潤滑鋼中的主要合金元素Cr在基體和自潤滑相中都有分布。本文通過分析硫化物的生成熱力學和各元素在基體和自潤滑相中的分布,發(fā)現(xiàn)可以通過增加Cr元素的含量,提高反應溫度、壓強的方法降低自潤滑相中FeS的含量。這為改善這種硫系自潤滑鋼的可鍛性提供了可行性論證。通過光學顯微分析、掃描電子顯微分析以及數(shù)理統(tǒng)計分析,研究了硫系自潤滑鋼的微觀組織,確定了固溶處理和時效處理的最佳保溫時間和保溫溫度,并分析了固溶處理和時效處理機制。結果表明：固溶處理和時效處理對自潤滑相的尺寸、形狀以及分布具有重要影響。930℃、40min為固溶處理的最佳保溫溫度和最佳保溫時間；550℃、60min為時效處理的最佳保溫溫度和最佳保溫時間。在固溶處理未飽和階段,比表面積大的溶解速率快,自潤滑相整體尺寸減小(長軸250um的小尺寸新生相的數(shù)量增加),形狀更圓整(長短軸之比從1.7降低到1.3)；固溶飽和后,由于平衡溶度與曲率半徑成反比,大的自潤滑相尺寸增加,小的自潤滑相尺寸減小。時效處理后細小的自潤滑相數(shù)量明顯增多,自潤滑分布更均勻(方差最小,為0.0001)。這種自潤滑相的形狀以及尺寸改變的微觀機制屬于擴散控制的溶解-析出機制。力學性能測試表明：退火態(tài)硫系自潤滑鋼的平均抗拉強度為455MPa,延伸率為3.6%,平均沖擊韌性為2.23J/cm2,硬度為HRC33；而淬火+低溫回火態(tài)的硫系自潤滑鋼平均抗拉強度為385MPa,延伸率為3.4%,平均沖擊韌性為2.70J/cm2,硬度為HRC60。常溫摩擦磨損測試結果表明：硫系自潤滑鋼的摩擦系數(shù)比滑動軸承常用的663錫青銅稍高,但其磨損率是錫青銅的1/43-1/39。高溫摩擦磨損測試結果表明：硫系自潤滑鋼的摩擦系數(shù)比663錫青銅稍高,但硫系自潤滑鋼的抗磨損性能比663錫青銅提高了20倍以上。在常溫摩擦磨損試驗與高溫摩擦磨損試驗中,硫系自潤滑鋼的平均摩擦系數(shù)均會隨著溫度、載荷以及轉速的升高而降低。
【關鍵詞】：硫系自潤滑鋼 金屬硫化物 形成機制 固溶處理 時效處理 力學性能 摩擦磨損
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG142;TH117
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 緒論13-25
• 1.1 引言13-14
• 1.2 固體潤滑材料簡介14-18
• 1.2.1 固體自潤滑材料性能優(yōu)點14-15
• 1.2.2 固體自潤滑材料的種類15
• 1.2.3 常見固體潤滑劑15-17
• 1.2.4 硫系自潤滑鋼17-18
• 1.3 合金元素在自潤滑鋼中的作用18-19
• 1.4 硫系自潤滑鋼中的金屬硫化物19-21
• 1.4.1 金屬硫化物在硫系自潤滑鋼中的形態(tài)19-20
• 1.4.2 金屬硫化物的潤滑性能20-21
• 1.5 固溶處理與時效處理21
• 1.6 硫系自潤滑鋼的發(fā)展趨勢21-23
• 1.7 研究內容23
• 1.8 研究意義23-25
• 1.8.1 工程意義23-24
• 1.8.2 理論意義24-25
• 2 試驗與分析測試25-36
• 2.1 材料的制備25
• 2.2 金屬硫化物的測試分析方法25-27
• 2.2.1 試驗方法25-26
• 2.2.2 XRD分析26
• 2.2.3 能譜分析26-27
• 2.3 固溶處理試驗方法27-29
• 2.3.1 方案步驟27
• 2.3.2 淬火介質的確定27-28
• 2.3.3 相關參數(shù)的確定28-29
• 2.4 時效處理試驗方法29-31
• 2.4.1 方案步驟29
• 2.4.2 相關參數(shù)的確定29-31
• 2.5 固溶處理和時效處理分析方法31-32
• 2.5.1 光學顯微分析31
• 2.5.2 圖像分析軟件31-32
• 2.6 自潤滑鋼性能測試32-36
• 2.6.1 力學性能測試32-33
• 2.6.2 硬度測試33
• 2.6.3 摩擦磨損性能測試33-36
• 3 硫系自潤滑鋼中金屬硫化物的分析36-44
• 3.1 1150℃退火試驗36-37
• 3.2 硫系自潤滑鋼的物相鑒定37-38
• 3.3 相圖分析38-39
• 3.4 熱力學分析39-40
• 3.5 能譜分析40-42
• 3.5.1 硫系自潤滑鋼的整體能譜分析40-41
• 3.5.2 硫系自潤滑鋼中自潤滑相的能譜分析41-42
• 3.5.3 硫系自潤滑鋼中元素的面分布42
• 3.6 本章小結42-44
• 4 硫系自潤滑鋼中自潤滑相的控制方法44-65
• 4.1 鑄態(tài)試樣結果分析44-47
• 4.1.1 鑄態(tài)光學顯微分析44-45
• 4.1.2 鑄態(tài)掃描電子顯微分析45-47
• 4.2 退火處理47-48
• 4.2.1 退火態(tài)光學顯微分析47
• 4.2.2 退火態(tài)數(shù)理統(tǒng)計分析47-48
• 4.3 固溶處理48-57
• 4.3.1 最佳固溶溫度確定48-51
• 4.3.2 最佳固溶時間確定51-54
• 4.3.3 固溶處理掃描電子顯微分析54-55
• 4.3.4 固溶處理機理研究55-57
• 4.4 時效處理57-64
• 4.4.1 最佳時效溫度確定57-59
• 4.4.2 最佳時效時間確定59-62
• 4.4.3 時效處理掃描電子顯微分析62-64
• 4.4.4 時效處理機理研究64
• 4.5 本章小結64-65
• 5 硫系自潤滑鋼的性能測試及分析65-72
• 5.1 力學性能測試65-67
• 5.1.1 拉伸性能測試65-66
• 5.1.2 沖擊性能測試66-67
• 5.1.3 硬度測試67
• 5.2 摩擦磨損性能測試67-71
• 5.2.1 常溫摩擦磨損性能測試67-70
• 5.2.2 高溫摩擦磨損性能測試70-71
• 5.3 本章小結71-72
• 6 結論72-74
• 參考文獻74-78
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果78-80
• 學位論文數(shù)據(jù)集80

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