油膜轴承是重型冶金机械的心脏,是冶金行业中的关键基础件,在完全润滑的情况下,油膜轴承承载区充满润滑油,因其具有寿命长、稳定性好等特点,已经逐渐运用到水利水电、风机等新能源行业。衬套是油膜轴承中直接与润滑油接触的零件,衬套由于要满足较好耐磨性的同时,还要保持一定的刚度,所以通常是用巴氏合金作为内层、选用钢材作为基体的复合材料,用来制造衬套。两种材料的结合性能以及巴氏合金摩擦磨损性能对油膜轴承的平稳运行、使用寿命以及产品的合格率至关重要。本文的主要研究内容简述如下:首先,借助有限元仿真作为辅助手段,推导包含机械载荷和温度载荷的界面端应力场应力强度系数公式,使理论表达式定量评价界面应力场规律,相比繁琐的数值模拟过程,在不降低计算精度的前提下,有效降低计算强度,提高计算效率,以ZCHSn Sb11-6/20钢、ZCHSn Sb8-4/20钢、ZCHSn Sb4-4/20钢为基础模型,对比不同牌号巴氏合金的正应力以及剪应力,计算结果表明机械载荷和温度载荷对应力场的交叉影响很小。巴氏合金ZCHSn Sb11-6在受到交叉载荷时的应力值表征相对理想。其次,根据巴氏合金中Sn、Sn Sb、Cu₆Sn₅三种组分含量,采用单位晶胞建模方法,计算了ZCHSn Sb8-4/Fe Sn₂/steel、ZCHSn Sb11-6/Fe Sn₂/steel、ZCHSn Sb11-6/Sn/steel结合时的单位面积界面结合能。由计算结果可知,ZCHSn Sb11-6和Fe Sn₂结合时的界面结合能比ZCHSn Sb8-4和Fe Sn₂结合时的界面结合能高8.4%,因此,ZCHSn Sb11-6具有相对较大的结合能。相比传统的离心浇铸工艺,巴氏合金和中间层结合界面以及中间层与钢体的结合界面的界面结合能分别提高22%和30%,结合性能显著提高,结果显示采用焊接工艺的结合性能相对要好。最后,对不同牌号巴氏合金进行结合强度试验以及摩擦磨损实验。结合强度试验结果显示,ZCHSn Sb11-6平均结合强度为86.16N/mm²,ZCHSn Sb8-4平均结合强度为81.16N/mm²,ZCHSn Sb11-6的平均结合强度相对较大。设置干摩擦与油润滑两组试验进行摩擦磨损试验,干摩擦情况下明显表现出更大的磨损量。通过测定摩擦系数,不同巴氏合金的干摩擦系数都基本稳定在0.35左右,在油润滑条件下为0.06～0.07左右。将试样采用电子显微镜以及超景深观测,判断磨损机理,在干摩擦时,巴氏合金主要表现为磨粒磨损,ZCHSn Sb4-4甚至出现较为严重的剥落、滑移、塑性流动等,油润滑下磨损情况明显改善,基本上为巴氏合金软基体的塑性变形。