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TiAl基复合材料制动盘的摩擦学特性研究
| 论文题名： | TiAl基复合材料制动盘的摩擦学特性研究 |
| 关键词： | TiAl基复合材料;陶瓷颗粒;摩擦学性能;热力学仿真;汽车制动盘 |
| 摘要： | 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人们对安全性和节约能源的要求。主要存在两个问题:一是密度大占据了制动系统的大部分重量。二是高温工作性能差。TiAl基复合材料具有密度小、强度高、高温工作性能好等特点，将其用作汽车制动盘材料代替普通的铸铁对汽车行业的发展具有重要意义。 本研究在汽车制动盘性能要求的基础上，对TiAl基复合材料进行了基体成分和耐磨成分的设计。选取了Ti-60Al-2Cr-2Nb-1B作为基体，TiC和Al2O3陶瓷颗粒作为耐磨成分，采用真空热压烧结技术制备出性能优良的TiAl基复合材料。对材料的物理力学性能和摩擦学性能进行了较深入的研究和探讨。研究结论如下: 1、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。随着Al2O3添加量增加，复合材料的抗弯强度逐渐减小。随着TiC添加量的增加，复合材料抗弯强度先增大后减小，TiC添加量为12％时材料的抗弯强度最优。 2、采用MMG-10型摩擦磨损试验机对TiAl基复合材料进行了摩擦磨损性能测试。分别考察了干态、水润、高温状态下，TiC和Al2O3添加量对复合材料的摩擦行为的影响以及相关的磨损机理。结果表明:随着陶瓷颗粒添加量的增加，复合材料的摩擦系数不断增大，磨损率先减小后增大。当TiC和Al2O3添加量分别为12％和14％时，复合材料的磨损率达到最小值。而且TiC添加量为12％的TiAl基复合材料的摩擦系数值适中，磨损率较小，摩擦系数稳定性较高，并且在水润和高温状态下仍然能维持0.3的摩擦系数，复合汽车制动性能要求。 3、选择性能较好的TiAl复合材料，利用ABAQUS对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。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。 |
| 作者： | 吴雅玉 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 杨丽颖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 济南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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