蠕墨铸铁耐磨性和抗热疲劳性能的研究

发布时间：2017-08-02 19:40

  本文关键词：蠕墨铸铁耐磨性和抗热疲劳性能的研究

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【摘要】：目前改革进入深水区,经济下行压力较大,产能过剩成为制造业的红色警戒。转变思路,生产低能耗、更可靠的产品成为企业生存发展的不二法则。重型卡车作为交通运输的重要方式,安全性与可靠性受到制动鼓的制约,制动鼓在服役过程中承受着强摩擦、高热负荷以及巨大的温度梯度,这使得材料的耐磨性和抗热疲劳性能成为制动鼓性能的关键。本文选择符合生产实际的新型工程材料—蠕墨铸铁作为研究对象,通过成分设计、性能研究得到了一种综合性能显著提高的蠕墨铸铁制动鼓材料。本文结合生产实际选择原材料与生产方式,采用商用球化剂RE-Mg-Si与自制干扰剂组成的蠕化剂进行蠕化处理,75硅铁包底冲入法进行一次孕育、硅钡合金倒包冲入法进行二次孕育。调整Cu、Sn含量使蠕墨铸铁的珠光体含量在5%,10%,20%,30%之间变化,调整Mg、Ti、Re含量使蠕化率在60%,70%,80%,90%之间变化。试样的抗拉强度在387MPa以上,延伸率在1.9%以上,硬度在160HB以上,机械性能良好,满足制动鼓材料的要求。摩擦磨损实验采用MG-2000型高温高速摩擦磨损试验机,销-盘磨损形式,研究了不同蠕化率和不同珠光体含量的蠕墨铸铁的耐磨性和摩擦系数稳定性,蠕墨铸铁为盘试样,对磨销取自商用卡车刹车片。蠕墨铸铁的耐磨性明显增强,相同条件下HT250的磨损量约为蠕墨铸铁的1.4~4.5倍,且随着载荷与磨损速度的增加,蠕墨铸铁的优越性更为明显。蠕墨铸铁的耐磨性随蠕化率升高而降低,并与珠光体含量成正比。其中Ru60的耐磨性比Ru90增加69%~76%,P30的耐磨性比P5增加51%~104%。蠕墨铸铁的摩擦系数较为稳定,在中低速度及载荷下,HT250的摩擦系数大于蠕墨铸铁,随着速度与载荷的增大,二者的摩擦系数都逐渐降低,但HT250的降幅更大,最终蠕墨铸铁的摩擦系数与HT250相当,甚至超过HT250。对不同蠕化率和不同珠光体含量蠕墨铸铁的抗热疲劳性能进行研究,采用吉林大学自制的自约束热疲劳试验机。在循环上限温度分别为350℃、550℃及800℃的热疲劳实验中详细观察了裂纹萌生与扩展过程。与HT250相比较,蠕墨铸铁热疲劳裂纹萌生较晚,最终裂纹长度也较小。蠕墨铸铁的蠕化率高,前期裂纹萌生早,但由于热传导性能较好最终的裂纹长度不大。珠光体含量升高,热疲劳裂纹长度呈先降低后升高的趋势。这是由于P5的强度较低抗热震性较差,裂纹萌生早,扩展期长;P30热导率低,松弛热应力能力差,最终裂纹最长;P20的机械性能与热传导性能达到最佳配合,抗热疲劳性能最好,裂纹长度最短。对装车实验失效的蠕墨铸铁制动鼓进行分析,其主要失效形式为热疲劳断裂,伴随着摩擦损伤。制动鼓的截面组织呈规律性变化,从非工作面到工作面,石墨逐渐粗大,基体组织的稳定性降低。正常行驶制动时,蠕墨铸铁材料产生的裂纹数目少,主裂纹比小裂纹大得多。制动载荷更大或速度更高的情况下,大多数裂纹都有机会扩展,表现出明显的龟裂特征。下陡坡长时间或频繁刹车等极端情况下,石墨氧化程度明显增加,珠光体粒化甚至发生马氏体转变,作用深度达400μm。
【关键词】：蠕墨铸铁 蠕化率 珠光体含量 耐磨性 抗热疲劳性
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG143.49
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 选题背景及意义12-13
• 1.2 制动鼓材料性能的要求13-14
• 1.3 国内外制动鼓材料的研究进展14-16
• 1.4 制动鼓用蠕墨铸铁材料16-18
• 1.5 蠕墨铸铁的热疲劳18-21
• 1.6 蠕墨铸铁的摩擦磨损21-23
• 1.7 本文主要的研究内容23-24
• 第2章 实验内容与方法24-30
• 2.1 实验方案及成分设计24-25
• 2.2 试样的制备25
• 2.3 组织观察与力学性能测试25-26
• 2.4 摩擦磨损试验26-28
• 2.5 热疲劳试验28-30
• 第3章 蠕墨铸铁的组织与力学性能30-34
• 3.1 试样成分30
• 3.2 石墨形态及基体组织30-32
• 3.3 试样的力学性能32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 蠕墨铸铁的干滑动摩擦磨损34-46
• 4.1 内外部因素对耐磨性的影响34-39
• 4.1.1 速度的影响34-37
• 4.1.2 载荷的影响37-39
• 4.2 内外部因素对摩擦系数的影响39-41
• 4.2.1 摩擦系数稳定性39-40
• 4.2.2 瞬时摩擦系数40-41
• 4.3 磨损机理分析41-44
• 4.3.1 磨屑分析41-43
• 4.3.2 表面形貌43-44
• 4.3.3 截面形貌44
• 4.4 本章小结44-46
• 第5章 蠕墨铸铁的抗热疲劳性能46-62
• 5.1 裂纹的萌生46-49
• 5.2 裂纹的扩展49-58
• 5.2.1 350℃的热疲劳循环49-52
• 5.2.2 550℃的热疲劳循环52-56
• 5.2.3 800℃的热疲劳循环56-58
• 5.3 组织变化58-59
• 5.4 本章小结59-62
• 第6章 蠕墨铸铁的失效分析62-72
• 6.1 工作面的组织与性能变化62-66
• 6.1.1 石墨形态62-63
• 6.1.2 基体组织63-64
• 6.1.3 裂纹形貌64-66
• 6.2 截面组织与性能变化66-69
• 6.2.1 组织变化67-68
• 6.2.2 硬度变化68-69
• 6.3 断口形貌与机理分析69
• 6.4 本章小结69-72
• 第7章 结论72-74
• 参考文献74-80
• 致谢80

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本文编号：610944