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大型车辆制动鼓耐磨性和抗热疲劳性的研究

作　者: 卢高
导　师: 王文焱
学　校: 河南科技大学
专　业: 材料学
关键词: 制动鼓 HT250 Ru380 QT500 耐磨性 热疲劳
分类号: U463.511
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本文对制动鼓进行失效分析后认为，制动鼓失效的主因是磨损和热疲劳，要提高制动鼓的使用寿命必须提高其材料的耐磨性和抗热疲劳性。根据不同路况下刹车制动的升温情况，制定了三种制动鼓材料(HT250、Ru380、QT500)的两组摩擦磨损对比试验，结合磨损量、摩擦系数和磨损形貌分析了各材料耐磨性的优劣。然后进行了20~300℃和20~600℃循环温度下的热疲劳对比试验，结合a N曲线、裂纹形貌分析了各材料抗热疲劳性的优劣。在常温下，QT500的综合力学性能最优，HT250较差；当温度超过400℃以后，三种铸铁材料的抗拉强度急剧下降；随着温度升高，各材料的比热容和线膨胀系数都会增大，导热率逐渐减小。在吸收相同热量时，QT500温升最高，HT250温升最低，Ru380居其中。在磨损条件为10m/s-100N-120s的情况下，QT500耐磨性最好，是HT250的2倍多，Ru380和QT500耐磨性相当，但是随着磨损时间和加载载荷的增加，Ru380的耐磨性要稍优于QT500；三种铸铁材料的摩擦系数都在0.18~0.20之间，并且摩擦系数稳定；综合考虑，由于QT500高温情况下易变形，因此，在制动时间较短、制动力较小的情况下应采用QT500作为制动鼓的材料，而在制动时间较长、制动力较大的情况下应采用Ru380作为制动鼓的材料。20~600℃的循环温度比20~300℃的循环温度更容易引发疲劳裂纹萌生，蠕墨铸铁出现微裂纹萌生的周次是灰铸铁的1.5~2倍，球墨铸铁出现微裂纹萌生的周次是灰铸铁的2~4倍；在20~600℃的循环温度作用下，HT250裂纹扩展最快，QT500最慢，达到相同裂纹长度时，QT500的寿命约为HT250的2.6倍，Ru380的寿命约为HT250的2倍；HT250裂纹生长是直接失稳扩展的，QT500和Ru380都有一定的缓慢扩展阶段，最后才开始失稳扩展；HT250和Ru380的裂纹源都是在石墨尖端，QT500的裂纹源主要集中在石墨球间距较短的方位上，微裂纹通过交接和汇聚长大，裂纹萌生和长大都伴随严重氧化现象。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 汽车工业的发展对制动配件的需求  8-9
  1.2 汽车鼓式制动及制动鼓材料  9-15
    1.2.1 汽车的制动方式  9
    1.2.2 鼓式制动的结构及工作原理  9-10
    1.2.3 制动鼓材料的发展  10-11
    1.2.4 制动鼓材料中各元素的作用  11-13
    1.2.5 制动鼓的工作环境  13
    1.2.6 制动鼓的失效方式及原因  13-15
  1.3 制动鼓材料的摩擦磨损  15-16
    1.3.1 金属的磨损形式  15-16
    1.3.2 制动鼓材料耐磨损应具备的性能  16
  1.4 制动鼓的热疲劳  16-18
    1.4.1 热疲劳简介  16-17
    1.4.2 制动鼓热疲劳的研究现状  17-18
  1.5 本文主要研究内容和意义  18-20
第2章 试验内容与方法  20-27
  2.1 试验材料的化学成分  20
  2.2 力学性能和物理性能的测试  20-22
    2.2.1 三种铸铁材料的常温力学性能试验  20-21
    2.2.2 三种铸铁材料的高温力学性能试验  21
    2.2.3 试验材料的物理性能测试  21-22
  2.3 三种铸铁材料的摩擦磨损试验  22-24
    2.3.1 试验设备和试样尺寸  22-24
    2.3.2 试验方法  24
    2.3.3 试验参数  24
  2.4 三种铸铁材料的热疲劳试验  24-27
    2.4.1 试验设备和试样尺寸  24-25
    2.4.2 试验方法  25-27
第3章 制动鼓材质的性能研究  27-36
  3.1 三种铸铁材料的石墨形态和组织形貌  27-28
  3.2 试验材料的力学性能  28-31
    3.2.1 三种铸铁材料的常温力学性能  28-29
    3.2.2 三种铸铁材料的常温拉伸断口形貌  29-30
    3.2.3 三种铸铁材料的高温抗拉强度  30-31
  3.3 三种铸铁材料的物理性能  31-34
    3.3.1 导热率  31-32
    3.3.2 线膨胀系数  32-33
    3.3.3 比热容  33-34
  3.4 本章小结  34-36
第4章 三种铸铁材料的摩擦磨损性能研究  36-48
  4.1 三种铸铁材料的耐磨性分析  36-41
    4.1.1 磨损时间和载荷对三种铸铁材料耐磨性的影响  36-38
    4.1.2 磨损形貌分析  38-41
  4.2 三种铸铁材料的摩擦系数稳定性分析  41-47
  4.3 本章小结  47-48
第5章 三种铸铁材料的热疲劳性能研究  48-59
  5.1 试验结果  48-51
    5.1.1 热疲劳裂纹的萌生  48-49
    5.1.2 热疲劳裂纹的扩展  49-51
  5.2 分析与讨论  51-57
    5.2.1 三种铸铁材料热疲劳裂纹的萌生  51-56
    5.2.2 裂纹的扩展  56-57
  5.3 本章小结  57-59
第6章 结论  59-60
参考文献  60-65
致谢  65-66
攻读硕士学位期间的研究成果  66

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车结构部件 > 制动系统 > 制动器 > 鼓式
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