制动鼓用蠕墨铸铁及其耐磨性·抗热疲劳性能研究

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随着经济的迅猛发展,我国汽车产业的发展速度也显著加快,汽车已经成为我们日常生活中必不可少的交通运输工具。制动鼓是汽车刹车系统的重要部件,对安全驾驶起着非常重要的作用。制动鼓一般是在强摩擦、高热负荷、交替冷热作用等复杂工况下工作,服役过程中承受着较大的制动力和离心力。因此要求制动鼓材料应具有较高的强度、塑性,良好的抗热疲劳和耐磨性。本次试验是采用商用球化剂RE-Mg-Si与自制干扰剂组成的蠕化剂蠕化处理,75硅铁包底冲入法进行一次孕育以及硅钡合金倒包冲入法二次孕育处理的方法制备蠕墨铸铁。并对所制备的蠕墨铸铁的力学性能、显微组织、壁厚敏感性、耐磨性、抗热疲劳性能和失效后的蠕墨铸铁制动鼓进行检测分析。测试结果表明,制备的蠕墨铸铁试样的抗拉强度都大于380MPa,硬度都大于160HB,延伸率都大于1.4%,具有良好的综合力学性能。金相观察发现,试验蠕墨铸铁的试样的石墨形态均为蠕虫状石墨和球状石墨的混合双态石墨,蠕化率都在85%以上。通过金相显微镜和扫描电镜对石墨形态分析得出蠕虫状石墨在铸铁当中不是单独孤立存在的,与周围的石墨彼此交叉相连,形成一个珊瑚状的共晶团聚合体;蠕虫状石墨都一些短而厚的外形,侧面比较粗糙,呈现层叠状结构,表面有一些凸起,端部比较圆钝。通过液淬试样得出蠕虫状石墨的形成过程:铁水中的过饱和的碳,随温度降低形成小的石墨球核心,由于元素成分、温度以及一些外界因素的作用,小的石墨球核心长大,长大后的石墨球沿着a[1010]向和c[0001]向交替长大,逐渐成长为蠕虫状石墨。过共晶蠕墨铸铁中石墨的结晶析出过程为:L→L+GⅠ→GⅠ+A+GⅡ→GⅠ+A+GⅡ+GⅢ。对壁厚敏感性研究试验得出试样的壁厚在75mm-35mm阶段时,随着壁厚的变化,蠕墨铸铁的蠕化率、石墨形态以及基体组织中的珠光体量基本无变化;壁厚在35mm-5mm阶段时,随着壁厚的减小,蠕墨铸铁的蠕化率逐渐减小,蠕虫状石墨也变得比较细小,珠光体量也逐渐减小。通过高温和室温条件下的磨损试验得出,试样在不同的条件下的磨损失重情况,得出在磨损条件:1000r/min-180s-20℃,变载荷的情况下,珠光体量在20%的试样磨损失重量最小;磨损条件为:1000r/min-180s-100N,变温度的情况下,珠光体量15%的试样的磨损失重量最小;当磨损条件:180s-100N-20℃,变转速的情况下,珠光体量15%和20%磨损失重量相当。因而珠光体量在15%-20%的蠕墨铸铁的耐磨性最好。通过热疲劳试验得出热疲劳实验的上限温度越高裂纹萌生的越早而且裂纹扩展的也越快,蠕铁的抗热疲劳性能优于灰铁,循环的温度差越大,蠕铁的优越性也就越明显;蠕化率为85%以上,蠕墨铸铁基体组织中珠光体量越大,在热疲劳循环过程中裂纹萌生的越早,裂纹的扩展也越快,抗热疲劳性能也就越差。通过对失效后的蠕铁的分析得出制动鼓的失效形式主要是龟裂,而且龟裂的位置以工作面居多,非工作面上基本无裂纹;失效后蠕墨铸铁中石墨体积变粗大,部分石墨部位出现裂纹;工作面附近组织发生了相变,出现较多的马氏体、贝氏体的混相组织。石墨和相变的组织处是龟裂裂纹的起源。制动鼓裂纹的扩展是从工作面起源向非工作面方向逐渐扩展
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