盘式制动器是汽车制动系统的执行部件,制动盘是制动器的核心零部件之一。汽车在制动过程中,动能转换成摩擦热,导致制动盘的温度升高并产生热应力,影响制动性能。氮碳共渗制动盘是采用氮碳共渗工艺的方法提高传统高碳当量灰铸铁制动盘的的表面性能,进而提高其制动性能和运行寿命。本文在仿真和实验研究的基础上,对氮碳共渗制动盘的微结构、热稳定性和摩擦磨损性能进行研究。本文的主要工作和结论如下:(1)基于ANSYSWorkbench软件对制动器的热结构耦合进行数值模拟仿真和实验验证。根据实际工况,完成制动器热结构耦合有限元模型建立和边界条件设定,分析制动过程中制动盘温度和应力随制动时间的变化规律,以及对制动盘摩擦磨损性能的影响。仿真结果表明:制动盘在摩擦接触处出现环形温度和应力高值区域,在制动时间2.4s时制动盘温度最大值为213.59℃,应力场最大值为257.85MPa。残余应力测定实验表明:氮碳共渗制动盘可使经过机加工产生的残余拉应力变成较小的残余压应力,具有较高的疲劳强度。(2)基于氮碳共渗制动盘微结构分析的基础,选用GCr15硬质合金球作为配副,对氮碳共渗制动盘各组成层进行摩擦磨损实验,通过形貌观察,研究各组成层的摩擦行为和磨损机理。研究结果表明:扩散层耐磨性最优,化合物层次之,基体最差;低载荷下,化合物层磨损形式表现为轻微的剥落磨损,扩散层磨损形式表现为轻微的剥落磨损和三体磨粒磨损,基体磨损形式表现为轻微的黏着磨损伴随三体磨粒磨损;随着载荷增加,化合物层磨损形式表现为剥落磨损和三体磨粒磨损,扩散层磨损形式表现为疲劳剥落磨损,基体磨损形式表现为严重的黏着磨损和疲劳剥落磨损以及三体磨粒磨损。(3)研究氮碳共渗制动盘在实际工况下的热稳定性。实验对比氮碳共渗制动盘和未经过氮碳共渗处理制动盘的热衰退现象,结果发现:氮碳共渗制动盘的抗热衰退能力优于未经过氮碳共渗处理的制动盘,具有较好的热稳定性。(4)研究氮碳共渗制动盘在实际工况下的摩擦磨损性能。在半金属基摩擦配副下,基于实际工况,对制动盘的摩擦系数、磨损量、磨损表面、磨痕三维形貌进行测定,分析其摩擦磨损机理。研究结果表明:氮碳共渗制动盘摩擦系数高且稳定,耐磨性好,尤其在大载荷、长时间情况下表现优异;氮碳共渗制动盘在低载荷下磨损形式为轻微的氧化物三体磨粒磨损,高载荷下磨损形式为疲劳剥落磨损。