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随着车辆的高速化发展,当今汽车普遍使用的铸铁制动盘已经满足不了对安全性和节约能源的要求。其主要存在两个大问题:一是密度大占据了制动系统的大部分重量,二是铸铁材料的高温工作性能不好、抗热衰退性差。而TiAl基复合材料具有密度小、强度高、高温工作性能好等特点,如果将其用作汽车制动盘材料来代替普通的铸铁将对汽车行业的发展具有重要意义。本文针对汽车制动盘的性能要求对TiAl基复合材料进行了基体成分的设计以及耐磨成分的设计。选取了Ti-60Al-2Cr-2Nb-1B做为基体,添加TiC和Al2O3陶瓷颗粒作为耐磨成分。然后采用真空热压烧结技术制备出性能优良的TiAl基复合材料试样。分别对复合材料试样的物理力学性能、摩擦学性能进行了研究。研究结果表明:随着TiC和Al2O3添加量的增加,TiAl基复合材料相对密度逐渐减小,硬度先增大后减小;TiAl基复合材料抗弯强度随着TiC添加量的增加先增大后减小,并且当TiC添加量为12%时其抗弯强度最优;而随着Al2O3添加量增加复合材料的抗弯强度逐渐减小。又对TiAl基复合材料分别进行了干摩擦磨损、水润摩擦磨损、高温摩擦磨损实验。研究结果表明:干摩擦磨损下,TiAl基复合材料摩擦系数随着TiC和Al203添加量的增加先增大后减小。而磨损率随着TiC和Al203添加量的增加开始呈减小趋势,但是当添加量增加到一定量时,磨损率反而又增大了,并且当TiC和Al203添加量分别为12%和14%时,复合材料的磨损率值最小。复合材料的摩擦系数随着实验转速的升高先增大后减小,磨损率随着实验转速的升高而逐渐增大。其中TiC添加量为12%的TiAl基复合材料的摩擦系数更加稳定;水润摩擦磨损下,TiAl基复合材料的摩擦系数和磨损率相对于干摩擦磨损均有所降低,但是整体摩擦系数值仍能保持在0.3左右。并且TiC添加量为12%时,TiAl基复合材料的磨损率值达到最低;在高温摩擦磨损下,TiAl基复合材料的摩擦系数随着温度的升高而降低,TiC添加量为12%的复合材料磨损率在温度小于300℃时缓慢变化,大于300℃时急剧增大。而Al203添加量为14%的复合材料磨损率在温度小于400℃时缓慢变化,大于400℃时急剧增大。所以TiC添加量为12%的TiAl基复合材料的摩擦系数和磨损率的抗热衰退性能更加优异。利用ABAQUS对TiC添加量为12%的TiAl基复合材料制动盘分别在紧急制动工况和持续制动工况进行了仿真分析。研究结果表明:紧急制动工况下时,TiAl基复合材料制动盘的最大温度达到154.2℃,最大应力达到88.94MPa。复合材料制动盘的最大温度和最大应力都出现在制动中期,温度和应力都经历了开始升高然后小幅度降低的过程;持续制动工况下,复合材料制动盘的最大温度达到166.3℃,最大应力达到138.9MPa。制动温度和应力开始呈上升趋势而后保持一个稳定数值;两种制动工况下,TiAl基复合材料制动盘的径向温度梯度和应力梯度均大于周向。