制動(dòng)鼓的工作環(huán)境是十分惡劣,在頻繁的制動(dòng)摩擦過程中也經(jīng)受反復(fù)的加熱和冷卻,由此使材料在溫度梯度中產(chǎn)生熱脹冷縮,又受到材料本身的約束而形成循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變,從而使制動(dòng)表面萌生熱疲勞裂紋。制動(dòng)鼓在制動(dòng)過程中產(chǎn)生的磨損達(dá)到一定程度后,將影響制動(dòng)的有效性;而熱疲勞裂紋的擴(kuò)展則最終會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)鼓破裂。所以提高制動(dòng)鼓材料的抗熱疲勞性能和抗磨損性能是提高制動(dòng)鼓壽命與安全性能的重中之重�；诣T鐵由于鑄造性能優(yōu)良,鑄造成本低廉,易切削加工,具有良好的減震性,耐磨性等優(yōu)勢而作為生產(chǎn)制動(dòng)鼓的主要材料。所以改善灰鑄鐵的抗熱疲勞性能以及熱疲勞后耐磨性能是提高制動(dòng)鼓使用壽命的重心。探究灰鑄鐵,會(huì)發(fā)現(xiàn)因石墨這個(gè)極具特征與代表性相的存在而具有獨(dú)特的魅力。石墨是一把雙刃劍,它一方面使灰鑄鐵具有良好的減震性、導(dǎo)熱性、耐磨性等優(yōu)點(diǎn);另一方面,石墨作為一個(gè)軟相存在于基體中,類似于孔洞缺陷,在工作過程中使內(nèi)應(yīng)力在石墨尖端集中,誘發(fā)顯微裂紋,對材料造成損傷。在灰鑄鐵的熱疲勞試驗(yàn)中,隨著石墨的數(shù)量、尺寸增加,灰鑄鐵的導(dǎo)熱性越來越好;但與此同時(shí),對灰鑄鐵的基體割裂作用也越來越強(qiáng)。石墨是熱疲勞裂紋的萌生源,并且裂紋的萌生與擴(kuò)展都與石墨的尺寸... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)失效后的非仿生制動(dòng)鼓；(b)失效后的仿生制動(dòng)鼓

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，軟硬相接的生物結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌機(jī)理表現(xiàn)為對裂紋的阻礙與偏轉(zhuǎn)，Ren et al 通過研究蜻蜓翅膀發(fā)現(xiàn)縱向靜脈、交叉靜脈和膜形成的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)形態(tài)能抵抗疲勞裂紋的產(chǎn)生[66]。樹葉也有類似的規(guī)律，其葉脈強(qiáng)度較葉肉高，能有效防止樹葉開裂[67](如圖 1.2 所示)。而生活在潮間帶的貝類長期受到海水與泥沙的沖刷，但其表面分布的凸起結(jié)構(gòu)能很好的抵御住惡劣環(huán)境帶來的沖擊力和摩擦。圖 1.3 中(a)、(b)、(c)顯示了貝殼在沙灘上不同時(shí)期的宏觀磨損形貌，從圖中可以看出表面網(wǎng)格狀的有效的提高了貝殼的耐磨性能，即便磨到后期也有條狀突起結(jié)構(gòu)繼續(xù)抵抗風(fēng)沙的磨損，保護(hù)了貝殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，貝殼顯微結(jié)構(gòu)中的珍珠層是由 CaCO3和有機(jī)質(zhì)薄層構(gòu)成的軟硬相接結(jié)構(gòu)(如圖1.3(d)所示)。通過對貝殼珍珠層和蜻蜓翅膀等生物結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)他們之間存在一定的相似性，首先均具有軟硬交替結(jié)構(gòu)，軟質(zhì)相和硬質(zhì)相的性能優(yōu)點(diǎn)能夠在生物中充分發(fā)揮出來；其次，硬質(zhì)相結(jié)構(gòu)不僅可以起到支架作用，阻止裂紋萌生與擴(kuò)展，而且能夠提高材料的耐磨性能[68]。

惱渲椴閌怯?CaCO3和有機(jī)質(zhì)薄層構(gòu)成的軟硬相接結(jié)構(gòu)(如圖1.3(d)所示)。通過對貝殼珍珠層和蜻蜓翅膀等生物結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)他們之間存在一定的相似性，首先均具有軟硬交替結(jié)構(gòu)，軟質(zhì)相和硬質(zhì)相的性能優(yōu)點(diǎn)能夠在生物中充分發(fā)揮出來；其次，硬質(zhì)相結(jié)構(gòu)不僅可以起到支架作用，阻止裂紋萌生與擴(kuò)展，而且能夠提高材料的耐磨性能[68]。圖 1.2 (a)蜻蜓翅膀；(b)樹葉Fig. 1.2 (a) Dragonfly wings; (b) Leaf

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]灰鑄鐵機(jī)體鑄造工藝設(shè)計(jì)[J]. 姬愛青,馬素娟,邢偉,劉繼波,譚傳寶,劉斌.  大型鑄鍛件. 2018(06)
[2]制動(dòng)鼓開裂原因分析[J]. 閏衛(wèi)衛(wèi),劉蘇柳,尹克強(qiáng).  中國質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督. 2018(05)
[3]灰鑄鐵應(yīng)用與發(fā)展的一些動(dòng)向（3）[J]. 李傳栻.  現(xiàn)代鑄鐵. 2016(06)
[4]ISO 185:2005《灰鑄鐵》國際標(biāo)準(zhǔn)解讀[J]. 張寅.  鑄造. 2016(07)
[5]灰鑄鐵的石墨分布形狀及其控制[J]. 錢立,王峰,呂姍姍.  現(xiàn)代鑄鐵. 2016(02)
[6]淺談近年來鑄鐵件的發(fā)展[J]. 萬仁芳.  現(xiàn)代鑄鐵. 2014(03)
[7]Functional characteristics of dragonfly wings and its bionic investigation progress[J]. REN LuQuan,LI XiuJuan.  Science China（Technological Sciences）. 2013(04)
[8]汽車制動(dòng)鼓的失效分析[J]. 李先芬,丁厚福,蘇勇,陳翌慶,祖方遒.  理化檢驗(yàn)(物理分冊). 2004(10)
[9]材質(zhì)和熱處理對模具熱疲勞性能的影響[J]. 張文華.  中國建材裝備. 1999(02)
[10]淬火工藝對H13鋼韌性影響的研究[J]. 胡正前,張文華,馬業(yè)英,段慶生,聶學(xué)淵.  武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 1996(04)

博士論文
[1]非均勻磨損失效表面的激光仿生再生技術(shù)研究[D]. 隋琦.吉林大學(xué) 2018
[2]形態(tài)、材料耦元對灰鑄鐵抗疲勞磨損性能的影響[D]. 陳志凱.吉林大學(xué) 2016
[3]激光仿生耦合處理鑄鐵材料的抗熱疲勞性能研究[D]. 佟鑫.吉林大學(xué) 2009
[4]激光仿生耦合處理熱作模具的熱疲勞性能研究[D]. 張志輝.吉林大學(xué) 2007
[5]激光仿生耦合處理灰鑄鐵的摩擦磨損性能[D]. 宋起飛.吉林大學(xué) 2007

碩士論文
[1]激光增鉻、增碳強(qiáng)化單元體對嚴(yán)重非均勻磨損導(dǎo)軌的修復(fù)研究[D]. 楊林.吉林大學(xué) 2018
[2]激光仿生耦合處理7075鋁合金耐磨性能的研究[D]. 袁玉環(huán).吉林大學(xué) 2018
[3]蠕墨鑄鐵耐磨性和抗熱疲勞性能的研究[D]. 李夢楠.吉林大學(xué) 2016
[4]灰鑄鐵的仿生非光滑表面的熱疲勞及摩擦磨損性的研究[D]. 武麗君.吉林大學(xué) 2012
[5]不同孕育處理的高強(qiáng)度灰鑄鐵加工性能的研究[D]. 李潭.吉林大學(xué) 2009
[6]鑲鑄仿生耦合鑄鐵制動(dòng)盤材料抗熱疲勞性能研究[D]. 崔人冬.吉林大學(xué) 2008
[7]GH4698合金的高溫氧化、熱腐蝕及熱疲勞性能的研究[D]. 胡發(fā)恩.南京航空航天大學(xué) 2006



本文編號：3244960