刹车盘用高碳当量灰铸铁组织和性能的研究文档格式.docx

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灰铸铁一直是刹车盘经常使用的材料。

作为刹车盘材料的灰铸铁应具有高的强度、良好的导热性和耐磨性。

高碳当量灰铸铁具有优良的导热性和铸造性能，是刹车盘材料的进展方向。

但是，高碳当量灰铸铁因组织中有较多粗大的石墨强度通常很低。

本文分析了改善高碳当量灰铸铁性能的途径，其中包括调整铁液化学成份、微合金化、优化熔炼工艺和孕育处置等。

在此基础上，通过改变Mn、S含量研究了碳当量介于～三组灰铸铁的组织和性能。

研究结果说明：

为了改善高碳当量灰铸铁的性能，应在微量合金化的同时采纳较高的Mn、S含量，幸免在组织中显现粗大的片状石墨，降低其强度；

同时Mn的加入量不宜太高，不然会抑制石墨的析出，使石墨片相对细小，无益于其导热性。

关键词：

高碳当量灰铸铁；

合金化；

显微组织；

性能

StudyonMicrostructureandPropertiesofHighCarbonEquivalentGrayCastIronforBrakeDisc

Abstract:

Graycastironhasbeenacommonlyusedmaterialofbrakedisc.Asthebrakediscmaterial,Graycastironshouldhavehighstrength,goodthermalconductivityandwearresistance.Highcarbonequivalentgraycastironhasexcellentthermalconductivityandcastingproperties,soitisthedevelopmentdirectionofthebrakediscmaterials.However,thestrengthofhighcarbonequivalentgraycastironisusuallylowbecauseofmuchcoarsegraphiteflakeinmicrostructure.Thewaystoimprovepropertiesofhighcarbonequivalentgraycastironincludingadjustingchemicalcompositionofmolteniron,micro-alloying,optimizationofmeltingprocessandinoculation，wasanalyzedinthispaper.Onthisbasis,bychangingtheMnandScontenttostudyonmicrostructureandpropertiesofthreegroupsofgraycastironwhichhasthecarbonequivalentbetweenand.Theresultsshowthat:

inordertoimprovepropertiesofhighcarbonequivalentgraycastiron,ahighercontentofMn,Sshouldbeaddedwhileusingmicro-alloying.Thus,coarsegraphiteflakewhichcanreduceitsstrengthcannotbefoundintheorganization.Atthesametime,thedosageofMnshouldnotbetoohigh.Otherwiseitwillinhibittheprecipitationofgraphite,thenthegraphiteflakeisrelativelysmallandhavinganegativeeffectonitsthermalconductivity.

Keywords:

highcarbonequivalentgraycastiron；

alloying；

microstructure；

property

1引言

制动器的介绍及研究意义

制动器的介绍

从汽车诞生时起，车辆制动系统就在车辆的平安方面扮演着相当重要的角色。

最近几年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得愈来愈明显。

在汽车的制动系统中，它的关键部件之一确实是制动器。

目前咱们比较常见的制动器要紧有鼓式制动器和盘式制动器两种，即鼓刹和盘刹，如图、所示。

图鼓式制动器图盘式制动器

鼓式制动器是最先形式的汽车制动器，迄今有接近一个世纪的历史，当盘式制动器尚未显现之前，它已经普遍应用于各类汽车上。

鼓刹的最大优势确实是具有良好的自刹作用，能够提供壮大的制动力，在相同直径下，鼓刹的力度要大于盘刹。

另外，刹车鼓的结构简单，制造本钱较低。

但由于结构相对封锁，刹车蹄片和刹车鼓的摩擦表面很难散热，刹车鼓在受热后直径会增大，造成踩下刹车踏板的行程加大，显现制动成效衰退现象，长时刻刹车将致使刹车失灵。

这种结构的另一个短处确实是进入刹车鼓里的杂质或摩擦进程中脱落的磨粒很难自动清理，加速刹车鼓的磨损。

盘式制动器的刹车盘袒露在空气中，这种设计恰好解决了散热难和杂质难自动清理的问题。

专门是高负载时耐高温性能好，制动成效稳固，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，盘刹比鼓刹更易在较短的时刻内令汽车停下来。

盘式制动器刹车灵敏，可做高频率刹车动作或高速行驶时的紧急刹车。

可是盘刹的制动力比鼓刹小，而且必需要有助力装置的车辆才能利用，本钱也比较高，因此只能适用于轻型车上。

研究意义

随着技术的进步，鼓刹在轿车领域已慢慢让位给盘刹。

只是由于鼓刹本钱较低，目前它仍然在一些经济型轿车中利用，要紧用于制动负荷较小的后轮和驻车制动。

而相对低速，且需要大制动力的卡车、客车，仍然采纳鼓刹。

但鼓刹有刹车不够灵敏、刹车鼓容易过热等缺点，而这些缺点有时能产生致命的损害，如城市里的公交车，若是刹车不灵敏，容易产生车祸；

卡车、客车在山区道路持续下长坡进程中容易造成刹车鼓过热，轻那么降低刹车成效，重那么致使车辆制动失灵，最终车毁人亡，专门是重卡显现这种事故的概率更高。

因此有必要对刹车盘的材料做进一步研究，以知足更大制动力的需求。

刹车盘的失效分析

刹车盘是汽车的重要安保件，对汽车的平安行驶起着相当重要的作用，也是汽车日常检修中重要检查部件。

经查阅相关资料，刹车盘的失效形式要紧有两种：

一是热疲劳失效，二是慢慢磨损失效。

热疲劳失效是指刹车盘利用一段时刻以后，在摩擦力和不均匀的冷热循环下，刹车盘的内部产生循环应变，并由此致使裂纹和断裂的失效。

通常，在一次紧急制动进程中，刹车盘和摩擦块的摩擦表面温度可升到500℃以上，现在刹车盘的强度和热导率明显降低。

接触面因受摩擦热而使该处组织发生相变（在400～600℃时，珠光体分解），产生相变应力；

同时，由于刹车盘在厚度方向的温度梯度变大，形成温度应力。

在冷热交替和外力的作用下，材料发生了疲劳，产生了微小裂纹。

在摩擦力的作用下，裂纹扩展。

许多小裂纹，结合在一路，形成长的裂纹，裂纹多呈断续或持续状，如下图。

长裂纹可能使刹车盘突然断裂，要挟着汽车的制动性能，因此刹车盘的热疲劳性能相当重要。

关于卡车和大巴，其制动力更大，产生的摩擦热也更多。

若是把刹车盘应用到这种车上，那么材料的抗热疲劳能力应当要更好。

不然，刹车盘很容易在大的摩擦热和切向力的作用下发生变形或开裂。

图刹车盘热疲劳裂纹

慢慢磨损失效是指刹车盘在利用进程中，其厚度不断减小，减小到必然厚度时，刹车盘的强度不能知足正常的制动需求而造成的失效。

刹车盘的要紧磨损形式为磨粒磨损。

磨粒磨损的机理是刹车盘表面的硬质相第一与配对副材料接触，组成第一摩擦面，起着经受磨损骨架的作用；

基体与石墨组成第二摩擦面，当软基体被磨损后贮存润滑油起润滑作用。

因此刹车片和刹车盘之间的摩擦实际多为凸点状接触摩擦，提高了材料的耐磨性。

由此可见，硬质相的性质决定着刹车盘的磨损性能[1]。

刹车盘的组织要求

作为刹车盘材料，第一就要克服上一节所说的热疲劳失效和磨损失效问题。

另外，随着生活水平的提高，还要求刹车盘具有噪音小、抗抖动性好的特点。

与其他传统材料相较，灰铸铁具有更好的导热性、耐磨性和抗抖动性，另外，灰铸铁的价钱也比较廉价。

因此，长期以来灰铸铁一直是刹车盘的首选材料。

以前，刹车盘材料以一般灰铸铁HT150和HT200为主。

这种刹车盘的优势是没有刹车抖动，也可不能产生扎耳的制动异响。

可是，由于这种刹车盘的材质软，强度低，在利用进程中容易产生疲劳裂纹和磨损，利用寿命较短，已知足不了新形势下的市场需求。

材料的性能与成份、组织之间有紧密的联系。

为了解决刹车盘热疲劳失效的问题，刹车盘材料第一应具有高的热导率，因为采纳高导热率材料能够显著降低制动初期刹车盘表面与内部的温差。

石墨具有优良的导热性，因此能够采纳高碳当量灰铸铁来生产刹车盘。

因为高的碳当量可在灰铸铁的显微组织中形成大量的石墨，使其具有较好的热传导性和减震性。

但高碳当量灰铸铁难以取得高的强度，其力学性能指标较低（σb＜200MPa），容易使微小裂纹扩展，抗热疲劳能力差。

因此，有必要在提高碳当量的同时，改善灰铸铁的性能，提高其强度，从而充分发挥灰铸铁的特长。

每一年都有大量的刹车盘、刹车片因磨损过量而报废。

关于刹车盘来讲，提高耐磨性是必需的。

在上一节刹车盘失效分析中，咱们分析出硬质相的性质决定着刹车盘的磨损性能，因此在高碳当量灰铸铁中加入必然量的强碳化物形成元素，能够提高刹车盘的耐磨性。

这主若是因为强碳化物元素能够通过沉淀强化的方式析出硬质颗粒相。

强碳化物形成元素的含量也不是越多越好，若是强碳化物形成元素加入量过量，容易富集形成大的块状，在摩擦进程中，容易脱落，且对基体有犁削作用，使刹车盘产生沟槽，加速磨损。

国内外研究现状

国外研究现状

随着市场的进展，对刹车盘性能的要求也愈来愈高。

为了提高刹车盘的强度和耐热性，幸免利用进程中的“热裂”，需要在灰铸铁中加入一些合金元素如:

Ni、Cu、Mo、Cr等。

世界各国所采纳灰铸铁刹车盘材料各不相同，英、美等国要紧用高C低合金（V、Mo）铸铁，前苏联采纳Cr、Ni、Mo合金铸铁，德国那么采纳Cu、Cr、Sn合金铸铁[2]。

蠕墨铸铁具有良好的抗热疲劳能力，因此国内外在80年代中后期对其在制动器上的应用展开了研究。

为了提高铸铁的热传导特性，也有关于高导热铸铁的研究。

随着陶瓷材料和碳纤维材料的进展，目前已有商用的陶瓷刹车盘。

由于其价钱较高，陶瓷刹车盘要紧应用在超级跑车上。

陶瓷刹车盘并非确实是一般陶瓷，而是在1700℃高温下碳纤维与碳化硅合成的增强型复合陶瓷。

陶瓷盘的重量只有一般铸铁盘的一半不到。

更轻的刹车盘就意味着悬挂下重量的减轻，这令悬挂系统的反映更快，因此能够提升车辆整体的操控水平。

另外，一般的刹车盘容易在全力制动下因高热产生热衰退，而陶瓷刹车盘能有效而稳固的抗击热衰退，其耐热成效比一般刹车盘高出许多倍。

还有，陶瓷刹车盘在制动最初时期就立刻能产生最大的刹车力，因此甚至无需增加刹车辅助系统，而整体制动比传统刹车系统更快、制动距离更短。

为了抗击高热，在制动活塞与刹车衬