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重型载重车辆制动鼓失效分析及对策研究

作　者: 陈永泰
导　师: 李莉
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 灰铸铁制动鼓失效分析热疲劳模拟
分类号: U463.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

制动系是汽车的一个重要组成部分,它直接影响着汽车的行驶安全性。为了全面贯彻落实《国务院关于加强节能工作的决定》精神,交通部鼓励发展高速重载汽车,自1999年以来,重型载货汽车的产销呈现出高速增长的强劲态势,汽车及零部件行业是云南机械产业发展重点,昆明市晋宁县是我国最大的制动鼓生产基地,目前我国重型载重汽车的制动系基本上以机械式摩擦制动的方式为主,在此条件下的频繁制动或长时间制动对汽车制动鼓的使用寿命提出了新的挑战。为此,本课题主要研究重型载重车辆制动鼓失效机理及对策,从而延长制动鼓的使用寿命。首先,对典型的失效制动鼓进行了失效分析,包括了解制动鼓失效背景、宏观检验、化学成分分析、力学性能分析、金相组织分析等,得出,制动鼓早期失效是因现生产的制动鼓的性能不能满足重型载重车辆制动鼓的性能需求和使用者操作不当所造成。其次,针对制动鼓的性能不能满足重型载重车辆制动鼓性能的要求,对制动鼓的材质进行改进研究。通过对制动鼓的质量要求进行分析得出,抗拉强度必须大于160MPa,硬度在170-240HBS,组织中细小或中等片状珠光体越多越好,石墨为A型,中等长度的,石墨体积分数达到11-13%,合金元素以适量为宜。为了保证其质量及综合考虑经济因素,含碳量应在3.7%左右,同时加入少量或微量的Sn、Sb、Cr、Cu等元素,采用75SiFe和自制孕育剂进行孕育,同时设计了3个含碳量在3.1%左右的方案,共设计了22个方案,然后进行浇注,对浇注的试样进行化学成分分析、力学性能分析、金相组织分析,并利用自制热疲劳模拟装置对试样进行热疲劳模拟试验,综合这四项指标,最终得出比较适合制动鼓材质的3方案为:加锡(0.04%或以下)、加铜(0.2%或以下)和自制孕育剂(0.6%)孕育。同时还对不同珠光体量灰铸铁进行了热疲劳模拟试验,得出灰铸铁材质的制动鼓的铁素体含量在5%到15%之间,其热疲劳性能最好;对不同牌号灰铸铁进行热疲劳模拟试验,得出当灰铸铁抗拉强度在250MPa左右时,铸铁的热疲劳性能最好;对常见铁素体球墨铸铁进行热疲劳模拟试验,得出铁素体球墨铸铁的热疲劳性能比较好,裂纹以单裂纹为主;通过对蠕墨铸铁不同温度进行热疲劳试验,得出蠕墨铸铁是重型载重车辆制动鼓比较理想的材质之一。综合以上研究结果和厂家的实际情况,共计浇注了5个方案的制动鼓,通过对浇注的制动鼓进行化学成分分析、力学性能分析、金相组织分析、热疲劳模拟试验,最终选择加锡(0.02%)、加锡(0.02%)加铬(0.1%)和硅钙钡孕育剂3个方案进行了装车试验,其失效率为0,综合考虑经济因素,确定硅钙钡孕育剂进行孕育为最佳方案。最后,提出正确操作汽车和正确保养维修制动鼓以及制动鼓结构改进的建议,以延长制动鼓的使用寿命。本论文的创新点:自制热疲劳模拟装置,该设备操作简单,制作成本低,能比较好的反映制动鼓的实际工况,实验速度快,实验误差小。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 选题背景  10-11
  1.2 制动鼓的国内外发展情况  11-13
  1.3 选题意义  13-14
  1.4 本课题主要研究的目标及研究内容  14-15
第二章制动鼓失效分析  15-23
  2.1 制动鼓失效分析  15-21
    2.1.1 制动鼓失效的背景  15-17
    2.1.2 失效制动鼓宏观检查与分析  17-18
    2.1.3 失效制动鼓试验室检验与分析  18-21
  2.2 失效原因判断  21-22
  2.3 建议  22-23
第三章制动鼓材质改进研究  23-54
  3.1 灰铸铁制动鼓的质量要求  23-26
    3.1.1 对力学性能的要求  23-24
    3.1.2 对热疲劳性能的要求  24-26
    3.1.3 小结  26
  3.2 提高制动鼓性能的途径  26-27
  3.3 制动鼓化学成分的选择与确定  27-29
    3.3.1 碳硅含量以及孕育剂的选择  28
    3.3.2 合金元素的选择  28-29
  3.4 浇注方案的确定与浇注  29-32
    3.4.1 浇注方案的确定  29-30
    3.4.2 试验条件  30-31
    3.4.3 浇注  31-32
  3.5 理化分析  32-40
    3.5.1 化学成分分析  32-34
    3.5.2 力学性能分析  34-39
    3.5.3 小结  39-40
  3.6 金相分析  40-44
  3.7 热疲劳性能分析  44-52
    3.7.1 热疲劳模拟装置的设计  45-47
    3.7.2 热疲劳模拟实验参数的确定  47-49
    3.7.3 热疲劳模拟试验  49
    3.7.4 热疲劳模拟试验结果与分析  49-52
  3.8 本章小结  52-54
第四章试验验证  54-61
  4.1 试验方案的确定  54-55
  4.2 浇注  55
  4.3 化学成分检验  55-56
  4.4 抗拉强度检验  56
  4.5 金相分析  56-58
  4.6 热疲劳模拟试验  58-59
  4.7 跟车试验  59-60
  4.8 本章小结  60-61
第五章不同铸铁的热疲劳性能  61-78
  5.1 不同珠光体量灰铸铁热疲劳性能  61-66
    5.1.1 热处理  61-64
    5.1.2 热疲劳模拟  64
    5.1.3 热疲劳模拟结果与分析  64-66
  5.2 不同牌号灰铸铁热疲劳性能  66-70
    5.2.1 试样情况  66-68
    5.2.2 热疲劳模拟试验  68
    5.2.3 热疲劳模拟结果与分析  68-70
  5.3 铁素体球铁的热疲劳性能  70-74
    5.3.1 试样情况  70-72
    5.3.2 热疲劳模拟试验  72-73
    5.3.3 热疲劳模拟结果与分析  73-74
  5.4 蠕墨铸铁不同温度的热疲劳性能  74-78
    5.4.1 试样情况  74-75
    5.4.2 热疲劳模拟试验  75-76
    5.4.3 热疲劳模拟结果与分析  76-78
第六章其它对策  78-81
  6.1 正确操作使用汽车  78-79
  6.2 正确维修制动鼓  79-80
  6.3 制动鼓结构改进建议  80-81
第七章结论与展望  81-83
  7.1 结论  81-82
  7.2 存在的不足  82
  7.3 展望与建议  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-88
附录  88-89

重型载重车辆制动鼓失效分析及对策研究

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