刹车盘用高碳当量灰铸铁组织和性能的研究.doc

设计题目 刹车盘用高碳当量灰铸铁组织和性能的研究 学生姓名 学 号 专业班级 指导教师 院系名称 材料科学与工程学院 毕业论文年 月 日 / 目录中文摘要ﻩ１英文摘要 ２1 引 言 31.1　制动器的介绍及研究意义ﻩ31.１．１ 制动器的介绍ﻩ311．2　研究意义 ４1.2 刹车盘的失效分析 ４1.3 刹车盘的组织要求 514 国内外研究现状 614．1 国外研究现状 ６1.4.2 国内研究现状ﻩ72 改善高碳当量灰铸铁性能的途径 ８2.1 调整铁液化学成分 ８２.１．1 碳和碳当量ＣＥ的选择ﻩ82．1.２　硅和Sｉ∕C值的选择 92．1．３ 硫的选择 10２．１4 锰的选择 102.１5 磷的选择 １12.2 微合金化ﻩ1121　钼 １2２.2.2 铬 １22．２3 铜 132．２.4 锡 13２。

3　优化熔炼工艺 １3２４ 孕育处理 1４3 试验研究的内容及方法 1５３．1 成分设计及原材料选择ﻩ15３.２ 试样制备ﻩ15３3 机械性能测试 １53.3.1 抗拉强度测试ﻩ15３3.2　硬度测试 １6３.4 金相组织的观察 １74　 试验结果与分析ﻩ1841　成分测定结果ﻩ1842 机械性能测试结果与分析 1843　高碳当量灰铸铁组织分析ﻩ1９4.31 石墨的分析 19４.32 基体组织的分析ﻩ２１结　论 24致 谢ﻩ25参考文献 ２6刹车盘用高碳当量灰铸铁组织和性能的研究摘要：灰铸铁一直是刹车盘常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，是刹车盘材料的发展方向但是，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分、微合金化、优化熔炼工艺和孕育处理等.在此基础上，通过改变Mn、S含量研究了碳当量介于4．1０～420三组灰铸铁的组织和性能研究结果表明：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用较高的Mn、S含量，避免在组织中出现粗大的片状石墨,降低其强度;同时Mｎ的加入量不宜太高,否则会抑制石墨的析出,使石墨片相对细小，不利于其导热性。

关键词:高碳当量灰铸铁;合金化；显微组织；性能Stｕdｙ ｏｎ Microsｔrｕctuｒe ａnd Pｒoperｔiｅs oｆ High Carbｏn Ｅqｕiｖaｌent　Ｇrａy　Caｓt Iron for Braｋe Disc　Abstraｃt: Ｇrａｙ casｔ irｏn has　been a cｏｍｍoｎly ｕｓed　ｍａｔeｒiaｌ ｏf　brａke　disc Ａｓ the braｋe disc　matｅrial， Gｒay　ｃast irｏn shouｌd　have hｉｇh stｒｅngth, good　ｔhermal conduｃｔivity and wear rｅsiｓｔance. Ｈigｈ carｂｏn　eｑuivalenｔ　grａy caｓt irｏn　has exceｌlenｔ ｔheｒmaｌ cｏｎducｔivｉｔy　and ｃastinｇ pｒｏpeｒｔiｅs， so it is　the ｄeveｌoｐmｅｎｔ ｄiｒｅctioｎ of　tｈｅ bｒakｅ diｓc ｍatｅrials． Hoｗeｖer, tｈe ｓtrength ｏf high ｃarbon　eｑuiｖａlent ｇray　cａｓt iroｎ ｉｓ usuａlly lｏw　becａｕse　oｆ mｕcｈ ｃoaｒse ｇraphｉte flakｅ　in mｉcrostrucｔure． Ｔｈe ways tｏ improve　propｅrties of high carbｏn ｅｑｕｉvalenｔ　ｇraｙ ｃaｓt　iron incｌudｉng adjusting cheｍical ｃompoｓitｉon oｆ　moltｅn iron， miｃro-alｌoyinｇ, optimiｚaｔion　of melｔing ｐrocess ａnd ｉnｏculaｔiｏn，wａｓ　analｙzed　ｉｎ thiｓ　pａpｅｒ. On　this basis， ｂy chanｇing tｈe Mn　and Ｓ　contｅｎt ｔｏ sｔudy　on micｒosｔｒucｔure　and proｐertｉes　of　ｔhree groups　of　grａy ｃast　iｒon which has tｈe carbon ｅｑｕiｖａｌent betwｅen 4.10 ａnd ４。

20． The reｓuｌｔs　sｈoｗ tｈａt: in oｒder to　imprｏvｅ ｐroｐerｔieｓ of　hiｇh carbｏn equiｖａleｎt gｒaｙ　cast iron, a hiｇheｒ ｃoｎtent　of Mn, S ｓhould　be　aｄdｅd while usｉng ｍicro—alｌoying　Thｕs, coarse graｐhite fｌａｋe which can　reduｃe its sｔｒｅngｔh cａn not　ｂe fｏuｎd in　the　orｇａnｉzａtｉｏn．　At　thｅ samｅ　time,　the　dosage of Mｎ sｈould　not bｅ toｏ high．　Otherwise　ｉt wｉｌl inhiｂit the ｐｒｅcipitａtｉon of ｇrapｈiｔe, theｎ the ｇrapｈite　flake iｓ　relaｔively ｓmall　and havinｇ　a　negaｔivｅ eｆfｅｃｔ on itｓ　therｍaｌ　conduｃtiｖity.Keyｗordｓ: high carbon ｅquivaｌｅｎｔ　ｇｒａy ｃast ｉron；ａｌlｏyinｇ；ｍｉｃrｏstructuｒe；prｏｐerty1 引 言１。

1 制动器的介绍及研究意义１1．1 制动器的介绍从汽车诞生时起，车辆制动系统就在车辆的安全方面扮演着至关重要的角色.近年来,随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显在汽车的制动系统中，它的关键部件之一就是制动器目前我们比较常见的制动器主要有鼓式制动器和盘式制动器两种，即鼓刹和盘刹，如图1１、1.2所示 图1.１ 鼓式制动器 　　　　 　 　 　 　 　 图1．2 盘式制动器鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，迄今有接近一个世纪的历史，当盘式制动器还没有出现之前，它已经广泛应用于各类汽车上鼓刹的最大优点就是具有良好的自刹作用,能够提供强大的制动力，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,制造成本较低但由于结构相对封闭，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,出现制动效果衰退现象,长时间刹车将导致刹车失灵这种结构的另一个弊端就是进入刹车鼓里的杂质或摩擦过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裸露在空气中，这种设计恰好解决了散热难和杂质难自动清理的问题。

特别是高负载时耐高温性能好,制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车,盘刹比鼓刹更容易在较短的时间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但是盘刹的制动力比鼓刹小，而且必须要有助力装置的车辆才能使用，成本也比较高，所以只能适用于轻型车上1.1.2 研究意义随着技术的进步，鼓刹在轿车领域已逐步让位给盘刹.不过由于鼓刹成本较低,目前它仍然在一些经济型轿车中使用，主要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，仍然采用鼓刹但鼓刹有刹车不够灵敏、刹车鼓容易过热等缺陷,而这些缺陷有时能产生致命的伤害,如城市里的公交车，如果刹车不灵敏，容易产生车祸；卡车、客车在山区道路连续下长坡过程中容易造成刹车鼓过热，轻则降低刹车效果,重则导致车辆制动失灵,最终车毁人亡，特别是重卡出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，以满足更大制动力的需求１.2 刹车盘的失效分析刹车盘是汽车的重要安保件,对汽车的安全行驶起着至关重要的作用，也是汽车日常检修中重要检查部件经查阅相关资料，刹车盘的失效形式主要有两种：一是热疲劳失效，二是逐步磨损失效。

热疲劳失效是指刹车盘使用一段时间以后，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，并由此导致裂纹和断裂的失效通常，在一次紧急制动过程中，刹车盘和摩擦块的摩擦表面温度可升到500℃以上，此时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，结合在一起,形成长的裂纹,裂纹多呈断续或连续状，如图１.３所示长裂纹可能使刹车盘突然断裂，威胁着汽车的制动性能，因此刹车盘的热疲劳性能至关重要对于卡车和大巴，其制动力更大，产生的摩擦热也更多如果把刹车盘应用到这类车上，则材料的抗热疲劳能力应当要更好.否则，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1．3 刹车盘热疲劳裂纹逐步磨损失效是指刹车盘在使用过程中,其厚度不断减小,减小到一定厚度时，刹车盘的强度不能满足正常的制动需求而造成的失效刹车盘的主要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首先与配对副材料接触,构成第一摩擦面，起着承受磨损骨架的作用;基体与石墨构成第二摩擦面,当软基体被磨损后储存润滑油起润滑作用.所以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]1.3 刹车盘的组织要求作为刹车盘材料,首先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比，灰铸铁具有更好的导热性、耐磨性和抗抖动性,另外,灰铸铁的价格也比较便宜因此,长期以来灰铸铁一直是刹车盘的首选材料.以前,刹车盘材料以普通灰铸铁　HT150 和 HT2０0　为主这类刹车盘的优点是没有刹车抖动,也不会产生刺耳的制动异响.但是，由于这类刹车盘的材质软,强度低,在使用过程中容易产生疲劳裂纹和磨损,使用寿命较短，已满足不了新形势下的市场需求 材料的性能与成分、组织之间有密切的联系为了解决刹车盘热疲劳失效的问题，刹车盘材料首先应具有高的热导率，因为采用高导热率材料可以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,所以可以采用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，使其具备较好的热传导性和减震性但高碳当量灰铸铁难以获得高的强度，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。