[发明专利]铬钨硫化物减摩铸钢

说明书

本发明涉及金属基自润滑复合材料，特别是一种含有Cr₃S₄、WS₂及FeS固体润滑剂作为分散相的铁基自润滑复合材料铬钨硫化物减摩铸钢。

材料是摩擦学设计的基础，是近十多年来，摩擦学研究的重点由传统的润滑和润滑系统向材料科学转移的原因所在，没有高性能的材料作为保障，就不可能有效地解决现代机械的磨损失效问题。目前被广泛应用的金属基自润滑复合材料，如以镍基、钴基、银基、铜基粉末冶金法制备的自润滑材料，以添加活性元素硫铸造法制备的镍基、镍铬基自润滑材料等，这类材料虽有较好的使用性能，但原材料昂贵，工艺复杂，应用于普通工业领域受到限制；为此，目前又采用铸造法制备铁基自润滑材料，由于工艺简单，成本低，使用性能尚可满足工业需要，得到应用。如一种“含硫石墨减摩钢”专利，(CN-1060879A 920506)它是以石墨和硫化锰(MnS)作固体润滑剂。但石墨的自润滑性虽较好，而它与金属表面附着力很差，在大气压中使用时，温度超过454℃即氧化失效，真空中使用摩擦系数很大(达0.8)。钢中石墨的形成是靠高温石墨化退火，时间长，能耗高；MnS在固态钢中有两种晶系结构，即立方、六方，只有六方晶系的层状结构物具有润滑性，而立方晶系结构硬而脆，不具有润滑性，作为减摩材料有不利影响；

另一种“高硫合金钢及生产方法”专利，(CN-1068858A 930210)是以FeS作为固体润滑剂，实施中还涉及了MnS、MoS₂、WS₂固体润滑剂，但按照该方案MoS₂钢配料，经过验算硫化物的总量高达23.74％，这样的材料强度韧性是很差的，无实用价值；

再有“经退火处理的耐磨合金钢”专利，(CN-1188812A 980729)它是以FeS固体润滑剂为主要组分，Mo含量很少(0.10％-1.0％)，化合所得MoS₂含量低(0.24％-2.5％)，自润滑性差；MoS₂的熔点低(1185℃)，密度小(4.7g/cm³)，对铸态组织的致密度及韧性有害，Cr含量低(0.20％-2.00％)Cr与S形成CrS，在钢液冷凝结晶过程中起阻碍晶粒长大的作用，由于Cr及S含量低，Cr₃S₄的形成受到抑制，自润滑性差，难以得到有效应用。

在杂志《河南冶金》1997年第1期的《金属硫化物减摩材料的研究》一文中本发明人公开了下列化学组分及含量(以质量分数计)：

0.15％-1.20％C，  0.15％-0.40％Si，   0.30％-0.60％Mn，

0.50％-1.50％Cr.  0.20％-2.00％W，    0.20％-2.00％Mo，

0.10％-0.40％V，  0.80％-3.00％S，    ≤0.04％P，余量为铁。

在此技术方案中，Cr、W、Mo、V加入量很少，其作用仅为改善基体组织的辅助元素。硫化物的主体是FeS。

在上述技术中，均采用了以FeS、MoS₂为主要组分的固体润滑剂，这是一种技术偏见。当然，对于采用化学热处理方法，使工件表面得到一定厚度的FeS渗层是可行的，因FeS是六方晶系结构，易沿密排面滑移，具有低的剪切强度，渗硫层表面硬度又较低(50-100HV)，因而是优良的固体润滑剂。但是用铸造法制备以FeS固体润滑剂为主要组份的摩擦偶件时，就显然不同了，从理论及实践中证实，因FeS熔点低(FeS熔点＝1190℃)密度小(FeS密度＝4.6/cm³)，用铸造法制备冷凝过程中，会造成严重的硫化物聚集，分布不均，质地疏松多孔，力学性能差，称之为脆性材料，因而应用范围小。

本发明的目的在于针对上述情况用常规冶炼及铸造法，制备一种铬钨硫化物减摩铸钢，以解决对生产中复合材料的需要问题。