目前柴油机缸套的主流材料仍然是合金铸铁,主要是由于其耐磨性好、成本低,性价比高,加工工艺性好等。合金铸铁缸套中的硬质相主要为磷共晶和合金碳化物、氮化物等。关于缸套耐磨机理研究目前主要采用模拟磨损试验的方法,这些方法尽管可以有效地评价缸套材料的相对耐磨性,但是不能有效地揭示缸套材料各组成相对磨损的贡献,关于合金铸铁的耐磨机理,一般只是用笼统的双滑磨面理论来解释,而对于磨损的动态过程,人们并不是很清楚。特别是近年来对柴油机的要求是提高功率、降低排放污染,同时对缸套的耐磨性也提出了更加严格的要求,多元合金化及复合碳化物弥散强化成为高品质缸套的发展趋势。本文采用有限元模拟与试验相结合的方法,对合金铸铁的耐磨机理在双滑磨面理论基础上做进一步的研究。揭示了合金铸铁中的各微观组织在摩擦副中的作用,为缸套材料的成分设计提供理论指导。 通过对合金缸套中含硬质相与不含硬质相两种基体组织在法向加压和往复位移载荷作用下计算和三种缸套的磨损试验得到如下结果: 1 得到含硬质相和不含硬质相两种基体组织与活塞环对磨的动态的过程:包括应力的变化动态过程、表面形貌的动态的变化过程和塑性应变的动态变化过程,使人们对缸套-活塞环的摩擦副工作过程中的微观组织变化过程有直观的了解,且基体材料弹性模量越高;强度越高耐磨性越好。 2 基体中硬质相的存在对缸套的耐磨性有如下影响:阻止了基体组织的塑性区域的扩展,造成了塑性区域的不连续性,从而使位错滑移受到阻碍,阻止了基体的塑性流动,这是合金缸套耐磨的最主要的原因;另外硬质相的存在使基体局部应力集中,因而增加了局部粘着的可能性,使得基体局部容易破坏,这是对耐磨性不利的一个方面,但同时促成了双滑磨面的产生。 3 三种合金缸套的磨损试验证明了含有硬质相的BNb缸套和Nb缸套的耐磨性好于不含硬质相的F缸套,这与计算的结果相同。