多孔自润滑烧结体介层力学特性研究

论文摘要

本文通过对多孔自润滑烧结体的结构特点、烧结工艺、烧结体表面成膜机理的分析，对采用高温熔渗方法将固体润滑剂熔渗到粉末冶金骨架基体的微细孔隙中制备的自润滑烧结体材料介层力学特性进行了研究。当两摩擦副相互接触且有相对运动时，在零件的表面会产生应力、摩擦热等作用，这些作用会促使基体微孔内贮藏的润滑剂成分向相互作用的表面析出并涂覆在摩擦副表面，形成具有补偿作用的润滑薄膜。据此建立具备以上行为特征的自润滑烧结体材料单元模型，根据均匀化理论，假设基体中的微孔结构呈周期性分布，利用有限元分析技术对不同的基体／润滑膜厚度（H2/H1）、孔隙度（ε），分析研究了自润滑烧结体材料单元模型在外力作用下其正应力和剪应力的变化趋势；针对烧结体自润滑材料的结构特点，对接触表面孔隙处的润滑膜强度进行了力学理论分析。研究的结论主要有以下四点：（1）自润滑烧结体材料单元模型基体厚度与表面润滑膜厚度比大于或等于10时，所进行的有限元分析计算，可正确反映白润滑烧结体材料表层应力的变化趋势。（2）软金属润滑剂的弹性模量与基体的弹性模量相比较小，在孔隙中不起增强材料强度的作用。基体材料的孔隙度将影响自润滑烧结体材料的致密性、强韧性，和材料表面的摩擦性能。当孔隙度取20％，且其中含有润滑材料，则满足一般自润滑轴承润滑剂覆盖率的要求，并且能够提供补偿作用。（3）两摩擦副接触并产生相对运动时，在基体材料中孔隙边缘附近产生较大的应力、变形，这有利于润滑剂的挤出，但交变载荷会减弱孔隙强度，使孔缘破裂进而堵塞孔隙，阻碍润滑补偿作用。（4）通过研究材料表面的孔隙直径d与孔周边的变形区域直径a，得出润滑膜可能破坏的两种形式：①当a=d时，最可能出现微裂纹或断裂的位置在微孔洞的边缘某位置；②当a＞d时，最可能出现微裂纹或断裂的位置是在孔洞中心附近的某位置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 多孔自润滑烧结体材料发展及研究现状
• 1.3 多孔自润滑烧结体的组成
• 1.4 固体润滑剂的特点及其分类
• 1.5 本课题的研究内容及意义
• 1.6 课题来源
• 第2章 多孔自润滑烧结体材料特性分析
• 2.1 烧结过程
• 2.2 烧结机理及其理论分析
• 2.3 烧结中的扩散传质
• 2.4 各烧结技术的优缺点
• 2.5 多孔自润滑烧结体的结构特点
• 2.5.1 自润滑烧结体材料的统计性描述
• 2.5.2 结构参数孔隙率ε
• 2.5.3 比面（specific surface） Ω
• 2.5.4 弯曲率（torrtuosity）ω
• 0'>2.5.5 孔隙尺寸（pore size）d₀
• 2.6 自润滑烧结体中孔结构表征
• 第3章 多孔自润滑烧结体的膜形成机理及自润滑机理研究
• 3.1 多孔自润滑烧结体的自润滑机理
• 3.1.1 多孔自润滑烧结体的传热机理
• 3.1.2 多孔自润滑烧结体的传质机理
• 3.2 多孔自润滑烧结体中润滑剂析出的动因分析
• 3.3 多孔自润滑烧结体中固体润滑剂组元析出的力分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 自润滑烧结体材料介层应力的数值分析
• 4.1 理论分析
• 4.2 理论应力集中系数
• 4.3 自润滑烧结材料分析模型的建立
• 4.3.1 ANSYS有限元分析软件的介绍
• 4.3.2 ANSYS有限元分析的基本过程
• 4.3.3 自润滑烧结材料研究现状
• 4.3.4 模型建立前的理论分析及假设
• 4.4 自润滑烧结材料分析模型的建立
• 4.5 自润滑烧结材料介层应力的有限元分析
• 4.5.1 基体-润滑膜厚高度比与表层应力分析
• 4.5.2 不同孔隙度的应力分析
• 4.5.3 不同润滑膜厚度的应力分析
• 4.6 结论
• 第5章 自润滑烧结材料接合界面处微裂纹初探
• 5.1 界面的类型与研究内容
• 5.2 界面缺陷与性能
• 5.3 界面微裂纹及其断裂特性的研究现状
• 5.3.1 界面裂纹特性和断裂特性的研究现状
• 5.3.2 裂纹偏移准则
• 5.3.3 断裂特性
• 5.4 多孔自润滑烧结体表层润滑膜的变形破坏过程
• 5.4.1 润滑膜的两种变形趋势
• 5.4.2 润滑膜变形破坏的弯矩分析计算
• 5.4.3 烧结体表层润滑膜冷热变形的失稳分析
• 5.5 多孔自润滑烧结体介面微裂纹及破坏分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在研究生期间发表的论文