高碳合金制动盘材质的研制

摘要

灰铸铁由于具有优良的导热性、耐摩性、好的铸造性能、抗震性能及成本低等优点,一直是制动盘的主要材料。制动盘在刹车过程中承受着很大的载荷,在发生摩擦磨损的同时制动盘的温度升高。在路况复杂(例如交通拥堵、雨雪天气、大雾天气)时,车辆在行驶过程中需要频繁刹车制动,制动盘处于冷热交替状态、易产生热疲劳,造成制动盘出现裂纹。因此制动盘需具备较高的强度、导热性和耐摩性。　　在灰铸铁中,碳当量越高,石墨含量越高。石墨的含量越高、导热性越好,但强度、硬度会随之降低。基于以上分析,本文对多种合金元素合金化的高碳当量灰铸铁组织及性能进行了分析、研究。其主要内容及结论如下:　　1.研究了高碳合金灰铸铁的组织及性能随Mn/S的变化特点、冷却速度对其组织及力学性能的影响,并考察了过共晶合金灰铸铁的凝固特点及Mn含量对过共晶合金灰铸铁组织及性能的影响。研究结果表明:在高碳当量合金灰铸铁中,Mn/S对石墨的形态影响比较大。在本实验的化学成分中,Mn/S为15最为恰当,此时的石墨全部为A型,且分布比较均匀;Mn/S高于15时,都会出现一些细小的石墨。无论石墨的形态如何变化,微观组织为100％珠光体。　　在含有促进珠光体形成元素Cr、Cu、Sn及高S的情况下,硅的含量强烈地影响了灰铸铁的组织及性能的变化规律。当Si含量较低时,强度、硬度随着断面厚度的增加而下降;但为2.17%时,随着断面厚度的增大,硬度不降反而增大;在过共晶合金灰铸铁,通过选择适当的化学成分,可以获得很好的力学性能,满足制动盘的要求。　　2.研究了高碳合金灰铸铁的热疲劳特性。结果表明:碳当量很低时,铸铁的强度、硬度很高,在热疲劳过程中,裂纹首先出现,扩展速度最快、耐热疲劳性能很差。以前的研究发现含有D型石墨的灰铸铁的热疲劳性能比较差,但是在本文试验过程中,碳当量很高时,若基体为全珠光体,即使含有较多的D型石墨,灰铸铁的裂纹扩展速度也比较慢。　　3.采用ML-10型销-盘摩擦磨损试验机研究了高碳合金灰铸铁摩擦磨损性能。研究结果表明:力学性能、石墨形态及氧化膜是影响高碳合金灰铸铁磨损性能的主要因素。磨损形貌为犁沟+剥落,磨损机理是磨粒磨损。随着试样强度和硬度的提高,磨损量降低。摩擦过程中裂纹首先在亚表面层产生,而后裂纹向外扩展,多数裂纹相互连接造成基体脱落;石墨数量少、长度短,试样在摩擦磨损过程中产生的热量散失较慢,致使表面温度升高、基体变软,磨损加剧;在磨损过程中试样表面所产生的氧化膜会降低磨损量。

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第一章 绪论

1.1 制动盘的结构与工作条件简介

1.2 制动盘的性能要求

1.3 影响制动盘导热性、热疲劳性、磨损性能的因素

1.4 如何获得高强度灰铁

1.5 本文研究的目的与意义及主要内容

1.6 拟解决的问题和预期效果

第二章 试验过程与方法

2.1 试验成分设计依据

2.2 试验材料与设备

2.3 试验过程

第三章 化学成分和工艺条件对高碳合金组织与性能的影响

3.1 引言

3.2 Mn/S对高碳当量合金灰铸铁组织及性能的影响

3.3 冷却速度对不同当量灰铸铁组织及性能的影响

3.4 高碳合金灰铸铁凝固特征及组织与性能的变化规律

第四章 探究高碳合金灰铸铁的热疲劳特性

4.1 试验温度的选择

4.2 试验结果

4.3 结果分析

第五章 高碳合金灰铸铁的磨损性能

5.1 试样的选择

5.2 试验结果

5.3. 结果分析

5.4 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

攻读硕士期间发表的论文