Page 38 - 《摩擦学学报》2021年第6期

第 6 期 樊文欣, 等: 载荷和转速对铜合金材料摩擦磨损性能的影响 823

动摩擦时铜镍锡青铜表面出现的一种新的微观组织 提高强度和硬度的作用；Pb作为一种软相，可降低摩
[17]
的自组织反应. 唐红跃 分析了不同工况以及载荷、 擦系数，提高可切削性能，改善耐磨性能；P和Zn能够
[18]
转速对CuSn6Ni9等三种铜基体轴承材料的摩擦学特 改善锡青铜的流动性，P也可加强锡青铜的力学性能 .
性及机理等. CuZn31Si1属于黄铜，黄铜有着优良的力学性能和冷
目前三种典型的滑动轴承铜合金材料QSn7-0.2、 加工性能，但硬度和耐磨性较差，随着对锌黄铜的深
CuZn31Si1和Cu9Ni6Sn以较好的机械性能以及良好的 入研究，在黄铜中加入少量的Mn、Al、Fe、Si、Co、Pb、
减磨耐磨性被广泛应用于大功率柴油机连杆小头滑 Sn和Ni，能够对合金基体起着明显的固溶强化作用，
动轴承摩擦副中，但一直以来没有针对三种滑动轴承 各元素之间通过相互作用形成弥漫分布的硬质耐磨
材料的干摩擦磨损性能进行对比性的相关研究，在考 相，并起到颗粒弥散强化作用，不仅提高了合金强度，
虑到台架试验高昂的成本和达到研究目的的前提下， 硬质耐磨相还提供良好的承载性能和高耐磨性 [19] .
本课题组提出采用销-盘摩擦磨损试验，通过改变载 Cu9Ni6Sn属于白铜，是一种铜基弹性材料，具有较好
荷和转速对比研究了QSn7-0.2、CuZn31Si1和Cu9Ni6Sn 的强度和韧性，还具备优良的应力松弛特性和耐磨性.
的摩擦磨损性能，经对比摩擦系数和磨损率，发现 Mn、Fe和Zn微量元素的加入可以提高合金的稳定性、
Cu9Ni6Sn的干摩擦磨损性能表现最优，其次是CuZn31Si1， 耐磨性和机械性能 [20-23] . 试验所采用的滑动轴承铜合
最后是QSn7-0.2，并通过观察磨损表面形貌，进一步 金材料QSn7-0.2、CuZn31Si1和Cu9Ni6Sn由中北大学
对比探讨和分析其磨损机理，为滑动轴承材料的合理 旋压技术工程研究中心提供，成分含量列于表1中. 三
使用提供参考. 种滑动轴承分别采用不同加工工艺加工成滑动轴承，

QSn7-0.2棒料采用挤压和强力旋压工艺加工成筒形
1 试验部分
件，经精车打磨成形；CuZn31Si1使用卷制成形工艺，

1.1 试验材料及制备 后续精车加工成形；Cu9Ni6Sn管料经精车加工成形.
研究所采用的QSn7-0.2又称锡青铜，无低温脆 三种材料成型件的力学性能及硬度按照GB/T 24182-
[24]
[25]
性，耐磨性高，含锡5%~7%（质量分数），适合冷热塑性 2009 和GB/T 231.1-2018 进行测量，图1为标准拉
加工. 该材料在Cu-Sn二元合金基础上添加Fe和Al有 伸试验件示意图，测试结果列于表2中.

表 1 QSn7-0.2、CuZn31Si1和Cu9Ni6Sn元素质量含量
Table 1 Chemical composition of QSn7-0.2, CuZn31Si1 and Cu9Ni6Sn
Mass fraction/%
Material
Cu Sn Ni Zn Pb P Al Fe Si Co Mn Others
QSn7-0.2 Bal 6.0~8.0 ≤0.2 ≤0.3 ≤0.02 ≤0.25 ≤0.01 ≤0.05 − − − ≤0.15
CuZn31Si1 Bal 0.031 7 0.6 31.6 0.076 3 − 0.837 0.375 1.098 0.002 2 2.045 −
Cu9Ni6Sn Bal 6.17 9.48 0.13 0.002 5 − − 0.036 0.003 4 − 0.004 4 −

表 2 QSn7-0.2、CuZn31Si1和Cu9Ni6Sn的力学性能
10±0.01
0.05A-B Table 2 Mechanical properties of QSn7-0.2，CuZn31Si1
1.6
R23.8 and Cu9Ni6Sn
R6 16
R20.8
Tensile Yield Brinell
Material Elongation/%
strength/MPa strength/MPa hardness/HB
A 14 B
1.6
62±0.1 QSn7-0.2 652 560 14 229
100 CuZn31Si1 645 593 14.4 210
Cu9Ni6Sn 840 645 20.5 258
Fig. 1 Dimension of standard parts for tensile test
图 1 拉伸试验标准件尺寸
0.2、CuZn31Si1和Cu9Ni6Sn)和活塞销(12CrNi3A钢)，
试验设备选用MMW-1A摩擦磨损试验机，接触方 使用电火花线切割机加工成试验件. 上试验件为5 mm×
式为销-盘面与面接触形式，销在盘上做半径为23 mm 5 mm×3 mm的试验块作为销，因滑动轴承的技术要
的圆周运动. 根据设备要求和国标GB/T 35083.1- 求，上试验件表面粗糙度为R ≤1.6 μm. 对摩副下试验
a
[26]
2018 加工上和下试验件，分别取自滑动轴承(QSn7- 件为Ф54 mm(外径)×Ф38 mm(内径)×10 mm(高)试验