[01227686]大型车辆制动鼓耐磨性和抗热疲劳性的研究

大型车辆制动鼓的材料必须满足以下六个方面的性能要求： （1）良好的耐热疲劳性能。摩擦表面的急冷急热造成相当高的热应力,这要求材料具有良好的抗热裂纹扩展能力。 （2）较高的耐磨损性能。 （3）稳定的摩擦性能。摩擦系数不随压力、温度、速度和湿度的变化而变化。 （4）较高的热容量。对高速列车制动鼓材料,要求其有很高的热容量以利于制动能储存。 （5）良好的导热性。好的导热性能可以降常温度梯度,减少热斑形成。 （6）较低的密度,以降低车辆的簧下质量,提高车辆的动力学特性。 本研究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 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。