论文总字数：18946字

摘 要

巴氏合金是一种重要的轴承材料，被广泛用作各种机械设备的轴瓦合金层，然而，随着对载荷和转速的要求日益提高，巴氏合金层经常由于出现脱落、开裂等问题导致轴瓦的使用寿命下降。故本文以SnSb8Cu5巴氏合金为研究对象，在Q235钢表面进行巴氏合金脉冲MIG堆焊试验，希望通过这种新型的巴氏合金制备工艺为改善巴氏合金轴瓦的性能提供理论依据。

在Q235钢表面堆焊SnSb8Cu5巴氏合金的最优工艺参数为：脉冲峰值电流Ip=120A，焊接速度v=150cm/min，摆宽w=5mm。在该参数下进行的多道堆焊试验中，堆焊层表面无裂纹、未熔合等宏观缺陷。

力学性能方面，先将所选的缺陷小的部分加工成标准式样，然后用万能试验机测其界面结合强度、用硬度计测量硬度和硬度分布、用摩擦实验机测量其与轴颈的摩擦系数。力学性能测试试验表明：熔合线附近巴氏合金的平均硬度为30HV，且没有出现较大波动；干摩擦条件下，Q235钢/SnSb8Cu5巴氏合金与表现出较大的摩擦系数和磨损量，而油润滑条件下，摩擦系数能稳定在0.03左右，为形成连续油膜润滑提供了条件。

本文的特色在于使用了脉冲MIG焊将巴氏合金堆焊到Fe基体上面去，并且已有的研究中没有使用这种方法的，该方法比起铸造得到的界面结合强度更高。

关键词：巴氏合金；脉冲MIG堆焊；组织；力学性能

Abstract

Babbitt alloy is an important bearing material and is widely used as a bearing alloy layer for various mechanical equipment.However,with increasing requirements for load and speed,the Babbitt alloy layer is often caused by problems such as shedding and cracking The service life of the bearing bush is reduced.Therefore,this article takes SnSb8Cu5 Babbitt alloy as the research object,and performs pulsed MIG surfacing test on the surface of Q235 steel .It is hoped that this new type of Babbitt alloy preparation process will improve the Performance provides a theoretical basis.

The optimal process parameters of SnSb8Cu5 Babbitt surfacing on the surface of Q235 steel are:pulse peak current Ip = 120A,welding speed v = 150cm / min,swing width w = 5mm,In the multi-pass surfacing test conducted under this parameter,the surface of the surfacing layer has no macro defects such as cracks and unfusion.

In the aspect of microstructure, metallographic observation, X-ray diffraction analysis and scanning electron microscope observation were carried out on the part with the smallest defect. .The mechanical property test shows that the average hardness of the Babbitt alloy near the fusion line is 30HV,and there is no significant fluctuation;

The characteristic of this paper is that the pulse MIG welding is used to weld the Babbitt alloy onto the Fe matrix, and the method has not been used in the existing research. The interface bonding strength of this method is higher than that of the casting.

Key Words：Babbitt alloy；pulsed MIG surfacing；microstructure；mechanical properties

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景和研究意义 1

1.2 巴氏合金概述 1

1.3 脉冲MIG焊技术 2

1.4 课题的主要研究内容 3

第2章 试验材料、设备及方法 4

2.1 试验材料 4

2.2 堆焊设备 4

2.3 焊前工作参数的选择 5

2.3.1 焊接工作基本因素 5

2.3.2 单个焊接参数对堆焊质量的影响 6

2.4 堆焊试样组织形貌观察及分析 8

2.4.1金相试样的制备 8

2.4.2试样的微观形貌观察 9

2.4.3试样的组织成分分析 9

2.5测试设备 10

第3章 SnSb8Cu5巴氏合金堆焊层微观组织分析 11

3.1 脉冲MIG堆焊层渗透检测结果 11

3.2 脉冲MIG堆焊层金相组织分析 11

3.2.1 Q235钢表面巴氏合金堆焊层的金相组织分析 11

第4章 SnSb8Cu5巴氏合金堆焊层的力学性能分析 17

4.1 脉冲MIG堆焊层的显微硬度分析 17

4.2 脉冲MIG堆焊层与基体结合强度及断口形貌分析 18

4.2.1 Q235钢/ SnSb8Cu5巴氏合金堆焊层结合强度及断口形貌分析 18

4.3 脉冲MIG堆焊层的摩擦磨损性能研究 19

4.3.1 干摩擦条件下巴氏合金堆焊层的摩擦磨损性能研究 19

4.3.2 油润滑条件下巴氏合金堆焊层的摩擦磨损性能研究 20

4.4本章小结 21

第5章 结论 22

5.1本文小结 22

5.2对人身，环境的安全隐患及解决办法 22

5.2.1 对人身的隐患 22

5.2.2 对环境的隐患 22

5.2.3 对人身，环境隐患的解决办法 23

参考文献 24

致谢..............................................................................................................................26

附录1...........................................................................................................................27

附录2...........................................................................................................................28

第1章 绪论

1.1 选题背景和研究意义

巴氏合金是大型轴瓦常用材料，在钢质基体上制备巴氏合金是大型轴瓦的基本型式之一，轴瓦是指连接滑动轴承座与轴颈的瓦状金属，又称为轴承衬垫或轴承衬套，它是由合金层和瓦背基体复合而成。

由于轴瓦材料的硬度一般来说都低于轴的硬度，当其承受较大的径向载荷时就会使接触面上产生很大的摩擦力，加速了轴瓦的磨损，久而久之，轴瓦和轴之间就会发生咬合，并使轴瓦合金层出现部分脱落，对整个轴承运转的稳定性产生严重影响[^[1]]。因此轴承合金必须具有较好的力学性能，包括自身的硬度、与瓦背之间的结合强度以及与轴之间的摩擦磨损性能[^[2]]。针对上述要求，这类轴承合金主要有铜基合金、铝基合金以及巴氏合金[^[3]]，铝合金轴瓦和铜合金轴瓦因其价格低廉、生产工艺简单而被使用了相当长的一段时间，但是，随着重工业的发展，这些轴承合金的性能渐渐满足不了新的使用要求，或者几种力学性能之间无法协调一致，比如说当硬度较低时强度却达不到要求。在经过了大量科研工作者的不懈努力，一种全新的轴承材料—巴氏合金逐渐走进了大家的视野，这种合金内部组织的特点可以完美适应轴瓦与轴之间的机械运动，而且油润滑下拥有非常低的摩擦系数，能有效降低轴颈的磨损程度，巴氏合金因其优良的性能成为目前使用最广泛的轴承材料[^[4]]。因此，由于这种材料的出现，人们开始把关注点由材料本身转向合金层的制备上，希望以工艺的手段的改进来改善巴氏合金的组织，并最终能够提升整个轴瓦的力学性能。

其中，轴瓦作为滑动轴承的重要部件，其好坏直接影响轴承的质量使用；而当今社会对滑动轴承的需要越发增大，因此该项研究具有更大的现实意义。

1.2 巴氏合金概述

巴氏合金是一种重要的轴承材料，具有良好的减摩性、优异的机械性能、耐腐蚀性和较低的膨胀系数以及较好的导热性[^[5]]，这些优良的性能使它广泛使用于柴油机、涡轮机、内燃机等设备[^[6]]。主要合金成分是锡、铅、锑、铜。锑、铜，用以提高合金强度和硬度。巴氏合金的组织特点是，在软相基体上均匀分布着硬相质点，软相基体使合金具有非常好的顺应性、嵌藏性和抗咬合性[^[7]]，并且在磨合后，硬质点外凸，软基体内凹，这使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道[^[8]]，利于减摩作用的发挥；上凸的硬质点起支承作用，有利于承载[^[9]]。但是由于巴氏合金自身硬度比较低，不能单独作为轴承合金使用，而钢具有较高的强度和硬度，故通常将巴氏合金与低碳钢组合成轴瓦作为滑动轴承与轴颈的连接部位使用。

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