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氮碳共渗高碳当量合金灰铸铁汽车制动盘的铸造仿真与实验研究
| 论文题名： | 氮碳共渗高碳当量合金灰铸铁汽车制动盘的铸造仿真与实验研究 |
| 关键词： | 氮碳共渗;制动盘;高碳当量灰铸铁;组织性能;数值模拟;汽车工程 |
| 摘要： | 制动盘作为汽车制动系统中核心零部件之一，能将汽车制动过程中的动能转化为热能，对汽车的行车安全有着至关重要的影响。随着汽车发动机功率密度和转速的提升，汽车逐渐呈现高速化和重载化趋势，制动盘的服役条件变得越来越恶劣，传统高碳当量灰铸铁制动盘的制动性能和运行寿命已经远远不能满足高效制动和长期服役的要求。本文在仿真和实验研究的基础上，采用氮碳共渗(Ferritic Nitrocarburizing)工艺对高碳当量合金灰铸铁制动盘进行表面改性处理，研究工艺参数对制动盘共渗层组织结构、力学性能、耐磨性、耐蚀性及疲劳性能的影响。本文的创新点如下: 1.针对制动盘浇注过程中频繁出现的气孔和缩松缺陷，采用ProCAST和JMatPro软件对制动盘重力铸造过程进行数值模拟研究，分析浇注过程中的流场和温度场，阐述气孔和缩松产生原因，预测缩松分布位置，同时根据模拟结果改进浇注系统，并试验验证新浇注系统的合理性。 2.提出采用氮碳共渗工艺对高碳当量合金灰铸铁制动盘进行表面改性处理的方法，解决传统灰铸铁制动盘易磨损、易腐蚀、服役寿命短的难题。通过金相、XRD、显微硬度等分析测试方法研究共渗温度和保温时间对渗层组织结构的影响规律，获得最佳氮碳共渗工艺参数。 3.利用Fluent软件对推盘式氮碳共渗炉内部流场进行数值模拟，得出NH3和CO2在炉内运动轨迹，验证喷嘴布局的合理性。采用Workbench软件对制动盘氮碳共渗后的冷却过程进行数值模拟，得出温度场的变化规律，减小氮碳共渗后的变形缺陷。 4.研究氮碳共渗对高碳当量合金灰铸铁制动盘耐磨性能、耐蚀性能和疲劳性能的影响。利用摩擦磨损试验机、电化学工作站和液压万能试验机对氮碳共渗高碳当量合金灰铸铁制动盘进行摩擦磨损实验、电化学腐蚀实验和恒应变幅疲劳试验，分析其磨损机理、腐蚀机理和疲劳机理，揭示上述机理对制动盘耐磨性能、耐蚀性能和疲劳性能的影响，为氮碳共渗实际应用于高碳当量合金灰铸铁制动盘提供可靠的应用基础研究。 |
| 作者： | 郑志伟 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 陈荣发 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 扬州大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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