目前国际制冷行业电冰箱压缩机中上轴承零件的材质多选用铝硅合金压铸件,有逐渐替代原有的铁基粉末冶金、灰铁件的趋势。上轴承小端面在装入压缩机之后即承受正向压力,在压缩机运行过程中还要承受滑动摩擦力。上轴承材质的选用直接影响到装机运行效果。本文从目前制冷行业生产的三种材质的上轴承上截取一段加工成摩擦试样,进行摩擦对比试验,比较其耐磨性。

1　实验条件与方法
在MM-200滑动摩擦试验机上进行摩擦试验。摩擦副尺寸及工作示意图见图1。对磨件为GCr15,其硬度为59HRC,对磨件以400r/min(约1m/s)的转速及196N的压力在试样上运动。普通机油润滑。摩擦时间为2h。摩擦过程中每隔若干时间记录一次压痕宽度。试样按材质和硬度分为三组:第一组(1号),铝硅压铸件AD14,硬度为89.5HB;第二组(2号),灰口铸铁HT250,硬度187HB;第三组(3号),铁基粉末冶金,硬度72HB。粉末冶金采用60%和70%、粒度为600目的进口优质易切削合金铁粉,其余为100目的国产雾化铁粉或精还原铁粉,另加适量的碳、铜粉及润滑剂均匀混合而成。为了防锈,粉末冶金在进行磨擦试验前进行了浸油处理。图1　摩擦副尺寸及工作示意图

2　试验结果与分析
表1为经不同时间(t)摩擦后磨痕宽度(W)的平均值。表1　经不同时间摩擦后的磨痕宽度(W/mm)编号间隔时间/min510203045609012012.42.62.72.72.82.93.03.124.64.85.05.25.45.55.65.732.83.13.23.33.43.53.63.7考虑到磨屑体积更能反映磨损量,我们根据摩擦副尺寸及其实际接触情况,推算出磨屑体积ΔV与W的关系如下ΔV=1/4WH[D1+D2-(D21-W2)1/2-(D22-W2)1/2]　　式中H为试样高度,本实验中H=10mm;D1和D2分别为对磨件与试样的外径。本实验中D1=50mm,D2=34.5mm,故ΔV=2.5W[84.5-(2500-W2)1/2-(1190.25-W2)1/2]mm3　(W单位:mm)　　由表1磨痕宽度数据得到表2体积磨损数据,并作体积磨损与时间关系曲线(图2)。表2　不同时间间隔的磨屑体积(ηV/mm3)编号间隔时间/min510203045609012010.851.081.211.211.351.501.661.8325.986.807.698.659.6910.2310.8111.4031.351.832.012.202.412.632.853.11由表1和表2及图2可以看出,压铸铝的耐磨性最好,粉末冶金仅次于压铸铝,而灰口铸铁的耐磨图2　体积磨损与时间关系性明显低于前两者。压铸铝的耐磨性高,这与它特殊的金相结构有关(软的金属基体上分布着硬质的非金属相)。粉末冶金属多孔性质,润滑油易于渗入金属内部,对耐磨性的提高有利。进一步引入抗磨强度(δm)概念[1]δm=PL/ΔV式中P——两摩擦副之间的压强L——两摩擦副之间的相对运动距离本实验中P和L分别表达为P=N/(WH)=196/(W×10)=19.6/W　(N/mm2)L=V.T=1×1000t×60=60000t(mm)(t单位:min)故δm=[(19.6/W)×6000t]/{2.5W[84.5-(2500-W2)1/2-(1190.25-W2)1/2)]}=4.704×105t/{W2[84.5-(2500-W2)1/2-(1190.25-W2)1/2]}(N/mm4)δm反映了单位面积上产生单位体积磨屑所耗的功。由表1磨痕宽度数据及上述δm表达式可得到抗磨强度(表3),并作抗磨强度与时间关系曲线(图3)。由图3可以看出,三种试样都存在不同程度的图3　抗磨强度与时间关系表3　抗磨强度数据(︾m/105N·mm-4)编号间隔时间/min5102030456090120128.941.972.2108.3140.4162.7213.1249.122.23.66.27.810.112.517.021.8315.620.736.648.564.676.6102.7122.7加工硬化能力,即δm随着t的延长都有不同程度的增加;灰口铸铁的δm随着t的延长增长缓慢,加工硬化能力较弱;而粉末冶金及压铸铝具有明显的加工硬化倾向。特别是压铸铝,它的加工硬化能力最强。这种现象可解释为:基体α相是金属Al的固溶体,具有面心立方结构,在摩擦力的作用下易于产生塑性变形、流动;而在其中均匀分布的是硬质非金属相,主要含硅,它的塑性差,不易变形,从而阻碍α相的塑性流动,结果在硬质相周围产生大量的位错及位错缠结,而位错的产生有利于提高材料的硬度和耐磨性。

3　结论
压铸铝硅合金、铁基粉末冶金、灰口铸铁三种材质在给定的滑动摩擦条件下,
1、压铸铝硅合金的耐磨性最高,其次是铁基粉末冶金,灰口铸铁的耐磨性最差。
2、压铸铝合金的加工硬化能力最强,其次是铁基粉末冶金,灰口铸铁的加工硬化能力最差。