摘   要：本实验先通过真空感应熔炼炉制备含Cr的Ni3Al合金，再利用扫描电镜、 能谱仪、 X 射线衍射仪及摩擦磨损试验机，系统地研究 Cr含量对材料组织特征、 硬度及摩擦磨损性能的影响。由于内燃机摩擦组件需要，希望通过实验研究出在高温下耐磨性更加优秀的金属间化合物。

本实验通过对不同Cr含量的Ni3Al合金在不同温度进行摩擦磨损实验，来进行对比分析。通过仪器对试样分析，得到试样硬度，物相，表面磨损，摩擦系数，磨损率，并对此进行分析。结果表明：Cr固溶在Ni3Al合金中，并使晶格畸变增加。在同一温度下， Cr含量的增加可以使材料强度和耐磨性得到显著提高。另外，随着温度提高，材料耐磨性呈现先降低后增高的现象，600℃以后，温度再升高，耐磨性只呈现提高。

关键词： Ni3Al合金；耐磨性；温度；摩擦磨损

Abstract：In this experiment, Cr-containing Ni3Al alloy was prepared by vacuum induction melting furnace. The influence of Cr content on the microstructure, hardness and friction and wear properties of the Ni3Al alloy was studied by scanning electron microscopy, energy dispersive spectrometer, X-ray diffractometer and friction and wear tester. Due to the need of internal combustion engine friction components, it is desirable to experimentally study the intermetallic compounds with better wear resistance at high temperature. In this experiment, Ni3Al alloy with different Cr content was tested by friction and wear at different temperatures. Through the analysis of the sample, the hardness, phase, surface wear, friction coefficient and wear rate of the sample were obtained and analyzed. The results show that Cr is dissolved in Ni3Al alloy and the lattice distortion increased. At the same temperature, with the Cr content increaseings, the wear resistance of the material was also significantly improved. In addition, as the temperature increased, the abrasion resistance of the material decreased first and then increased. After 600 ℃, the temperature rises again and the abrasion resistance only increases.

Keywords: Ni3Al alloy; wear resistance; temperature; friction and wear

目  录

第1章 绪论 1

1.1 选题目的及意义 1

1.2合金元素对Ni3Al的影响 1

1.2.1对强度的影响 3

1.2.2对塑韧性的影响 3

1.2.3对断裂的影响 4

1.2.4对延展性的影响 4

1.3摩擦与磨损 4

1.3.1概述 5

1.3.1研究摩擦磨损需要的主要参数 5

1.3.1摩擦的分类 5

1.3.2磨损机理 6

1.3.3磨损的评定 7

1.4工艺研究进展 8

1.5本课题主要研究内容 9

第2章 实验原理及方法 10

2.1实验材料与设备 10

2.1.1实验材料 10

2.1.2实验仪器及设备 10

2.2实验方法 11

2.2.1材料制备 11

2.2.2显微组织观察 11

2.2.3显微硬度测定 11

2.2.4 XRD物相分析 12

2.2.5 SEM分析 13

2.2.6 磨损率计算 13

2.3摩擦磨损试验 13

第3章  Cr含量对Ni3Al合金组织及磨损的影响 15

3.1材料组织和结构 15

3.1.1Cr含量与Ni3Al的物相关系 15

3.1.2Cr含量与Ni3Al的物相组成 16

3.4硬度分析 17

3.2Cr的加入量对干摩擦磨损的影响 18

3.2.1Cr含量对磨损率的影响 18

3.2.2 Cr含量对摩擦系数的影响 19

3.2.3 Cr含量对磨损形貌的影响 20

3.3温度对摩擦磨损的影响 21

3.3.1 温度对磨损率的影响 21

3.3.2 温度对摩擦系数的影响 22

3.3.3 温度对磨损形貌的影响 23

结   论 25

致  谢 26

参考文献 27

第1章 绪论

1.1   选题目的及意义

当今社会发展迅速，汽车、船舶、航空领域都不断向更快发展，而更快的速度需要更强的动力，所以对发动机材料的要求也更加的高。本着可持续发展的原则，在拥有更高的效率、功率、转速的同时，还想要更低燃油消耗和排放。这对发动机的材料要求就变得更加苛刻。内燃机由许多零件组成，其中有一百多的摩擦组件，从气缸、活塞到活塞环、传动轴和喷嘴阀，这对材料的性能要求非常高，尤其是高温摩擦磨损性能和力学性能。所以开发更加耐磨的新型材料就是当前最好办法，也是如今需要解决的关键问题。在这些要求下，我们发现金属间化合物有较高的强度和变形硬化能力，关键具有强度和温度的反常特性。即当温度上升时强度也跟着增大。这表示金属间化合物在高温下具有不错的性能，在高温耐磨领域非常使用[1-2]。Ni3Al合金是金属间化合物的一种，满足一般金属间化合物所有的特点。并且还有其他一些优点，比如抗氧化性强，渗碳能力强，在抗腐蚀方面也有不错的性能，所以Ni3Al金属间化合物在高温摩擦磨损领域具有较高的地位[3-4]。虽然Ni3Al金属间化合物在高温下有优秀的性能，但是为了能使Ni3Al金属间化合物的能拥有更加优异的耐磨性，通常选用一些添加剂，加入到金属间化合物中，这些添加剂需要有一定的硬度和强度，比如难熔的碳化物、氧化物、硼化物和氮化物等，将这些添加剂加入到Ni3Al金属间化合物中，会发生固溶强化，可以增强耐磨性 [5]。虽然知道加入碳化物、氮化物等可以加强，但是具体碳化物为什么却并不知道。本实验想先研究某个元素对金属间化合物的增强，所以对Ni3Al合金做了不同的处理，使合金含有不同百分比的Cr含量。对相应的材料进行干滑动摩擦磨损试验，从而探讨了Cr对Ni3Al磨损特性的影响[6-7]。