高速列车SiC/A356制动盘制造关键技术及摩擦特性研究

摘要

本文通过大量的试验研究和理论分析，开展了高速列车SiCp/A356复合材料制动盘制造关键技术及摩擦特性研究。　　在材料制备技术研究方面，以分析SiCp/A356复合材料搅拌工艺热力学和动力学为基础，开发了制备高质量复合材料的搅拌技术及设备；提出了炉前材料质量快速检测方法，解决了批量生产质量控制问题；探讨了降低复合材料孔隙率、改善SiC分布均匀性、提高SiC与基体结合界面质量的工艺措施；所制备的SiCp/A356复合材料具有SiC含量高、分布均匀、界面结合好、孔隙率低的特点。　　在SiCp/A356复合材料性能研究方面，提出了表征材料抗冷热疲劳性能的K指标，采用计算机模拟试验优化方法对K指标优化，获得了制备出良好抗热疲劳性能材料的配比和热处理工艺；探讨了SiC颗粒大小、加入数量、热处理工艺、铸型材料对常温拉伸性能影响；测试了材料的力学和物理性能，分析了材料常温和高温断裂失效机理，为批量生产和开展深入研究提供了重要的实验数据。　　在摩擦特性研究方面，分别采用MPX2000和MM1000摩擦试验机进行了SiCp/A356和铜基粉末材料摩擦试验。本文研制的材料和成型技术可以用来制造高速列车制动盘。

目录

文摘

英文文摘

创造性声明

第一章概述

1.1铁道车辆制动盘

1.2 SiC颗粒增强铝基复合材料的发展

1.3 SiCp/Al复合材料制动盘的研究进展

1.4本论文研究内容及意义

第二章SiCp/A356复合材料搅拌铸造制备技术

2.1 SiCp/A356复合材料搅拌铸造制备方法和设备

2.2机械搅拌制备SiCp/A356复合材料的热力学和动力学机制

2.2.1搅拌工艺的热力学机制

2.2.2搅拌工艺的动力学机制

2.3 SiCp/A356复合材料的复合质量快速检验

2.3.1断口检验

2.3.2孔隙率检测

2.3.3炉前金相试样快速检验

2.4提高材料复合质量的方法和途径

2.4.1控制界面反应，改善界面结合质量

2.4.2减少气体含量，降低孔隙率

2.4.3细化晶粒和组织

2.4.4减少有害夹杂物

2.5本章小结

第三章SiCp/A356复合材料的优化和组织性能研究

3.1基体材料的选择

3.1.1拉伸试验结果及分析

3.1.2铸型材料对力学性能的影响

3.2 K指标及复合材料性能优化

3.2.1材料的K指标

3.2.2 K指标的计算和验证

3.2.3 SiCp/A356材料性能优化

3.3 SiCp/A356复合材料室温性能及分析

3.3.1材料的抗拉强度与硬度之间的关系

3.3.2固溶温度对硬度的影响

3.3.3时效温度对硬度的影响

3.3.4 SiC含量对抗拉强度及延伸率的影响

3.4 SiCp/A356复合材料的室温拉伸断裂机制

3.4.1碳化硅颗粒增强铝基复合材料拉伸断口分析

3.4.2 SiCp/Al复合材料的断裂特征

3.5 SiCp/A356其它性能测试

3.5.1材料物理性能测试结果

3.5.2高温拉伸性能研究

3.5.3常温和高温循环应力应变关系试验

3.6本章小结

第四章SiCp/A356制动盘成型技术研究

4.1 SiCp/A356制动盘的成型方法选择

4.1.1差压铸造的工艺方法特点

4.1.2差压铸造液面加压控制系统

4.1.3 SiCp/A356制动盘的成型方法

4.2真空调压铸造成型技术

4.2.1真空调压铸造主机设备

4.2.2真空调压铸造过程控制系统

4.2.3真空调压铸造工艺系统

4.3 SiCp/A356制动盘成型技术

4.3.1应用计算机凝固模拟技术确定工艺参数

4.3.2 SiCp/A356制动盘成型过程控制

4.4 SiCp/A356制动盘质量无损检测结果及分析

4.4.1检测设备及方法

4.4.2检测结果

4.5本章小结

第五章SiCp/A356复合材料摩擦特性研究

5.1研究内容和方法

5.2 MPX-2000磨损试验机摩擦试验研究

5.2.1实验设备和试样

5.2.2实验条件

5.2.3实验结果及分析

5.3 MM-1000模拟制动试验机摩擦实验研究

5.3.1实验设备和试样

5.3.2实验条件

5.3.3试验结果及分析

5.4 SiCp/A356制动盘制动过程温度场与应力场数值模拟分析

5.4.1温度场数值模拟

5.4.2应力场数值模拟

5.5本章小结

第六章结论与展望

参考文献

致谢

论文期间承担的科研项目

论文期间发表的文章