汽車制动器金属材料的热物理性能翻译.docVIP

汽车制动盘金属材料的热物理性能 S. W. Kim · K. Park · S. H. Lee · K. H. Kang ·K. T. Lim 摘要 温度分布、热变形和汽车制动盘的压力与汽车安全有很密切的关系；在这一领域进行了许多研究，充分的认识制动盘材料与温度有关的热物理性能未得令人满意的结果。在研究中，包括铁合金系列的三种制动盘材料：FC250、FC170、和FCD50；铝合金系列的两种制动盘材料：铝MMC和A356，测量这两个系列从室温升到500℃范围内的热物理属性能的变化（热扩散率、比热、热系数膨胀），使用测量得到的热扩散率和热传导率来计算比热容和密度。正如预期的那样，结果表明两个系列的材料在热物理性能上表现出明显差异，同时，铝合金具有的高导热和电导率以及铁合金的低热膨胀率的性能有益于减少刹车盘的热变形。制动盘；比热容；热导率；热扩散系数；热膨胀系数 [2] [3]。 长期连续制动引起的温度上升导致制动盘表面出现不规则的马氏体，这是导致制动系统异常振动的原因之一。制动器的热变形和热压领域里进行着许多研究，然而，制动盘材料中与温度有关的的热物理性能还未得到充分的认识，因此，还未得到成功且令人满意的结果[2]。 在这项研究中，用激光闪光、差示扫描量热计（DSC）和推杆膨胀计装置，分别测量了从室温到500℃的温度范围内三种铁合金：FC250，FC170，FCD20和两类铝合金：AIMMC和A356制动盘材料的热扩散率、热比热容、CTE（热膨胀系数），并使用测得的热扩散率和热传导率计算比热容、密度。 2 实验表明 2.1 热扩散率的测量 用激光闪光法对热扩散系数进行测量（Sinku-Riko.TC-7000VH/L）温度高达500℃，对热扩散率进行分析，使用帕克法[4]。在样品背面使用碲镉汞红外传感器进行温度测量，并对测量结果进行计算，得到最大温升时间的一半时样品背面的热扩散系数。此外，用钨网加热器控制温度，在真空中维持10-5托。为了在样品中得到一致的热能，样品正反面都喷洒石墨。热扩散系数数据用阿祖米和高桥法纠正以减少有限宽度脉冲的影响。该方法是用五个测量热扩散率计算出平均值。此外，从室温到1300℃测量石墨热扩散率的标准偏差估计值约3%。 图2-1制动系统的运行状态和制动状态 2.2 测量比热容[6] 比热容(Cp)是通过DSC(Perkin-Elmer，Pyris 1)从室温到500℃温度范围内，以5k/min的升温速率在流速50ml/min的氮气气氛中测量。NIST是合成蓝宝石的标准参考材料，SRM720作为参考。比热容的测量标准偏差估计约2%，控制温度过程如下： 等温范围的基线足够稳定的基础上确定时间间隔 确定初始和结束的温度 确定持续增长的温度变化 用上述方法得到的比热容的数据被集成在所有增加的温度范围，其平均比热容是每个范围中得到的[7] 在室温到500℃温度范围内，在真空中以恒定的加热速度5K/min?j，用线性差动变换传感器通过推杆式膨胀计装置(DIL 402C, Netzsch)测量制动盘金属材料在轴向方向的热膨胀，膨胀计试验中，标准材料氧化铝标准偏差约3%。 3 结果讨论 图2-1是一个金属制动盘，其内径和外径分别是192mm和314mm。样品用激光切割成2mm厚、10mm的直径，DSC切成2mm厚、直径5mm、10mm长，表1对样品材料成分进行了分析。 图3-1汽车金属制动盘 5个样品的热扩散率的测量值如图3-1所示，所有数据点分别对应代表五个平均测量值，因为金属中的导热介质基本上为电子，随着温度的增加热扩散阻力也随之增加，所有样品的热扩散率随着温度增加而慢慢减小；同时也显示出铝合金的该值比铁合金大两到三倍。它也是各种合金系列有着明显差别的地方，如在表1中所显示铝合金和铁合金的主要不同点，纯铝的热扩散率比纯铁的大,FC170和A356的热扩散率比其他铁合金和铝合金系列的材料的值都更大，铜区别于其他元素，它的热扩散率更高，在微观结构上对热量流动的影响显示出细微差别。表2列出了热扩散率值。 表3-1典型的的样本组合物（以质量％计) 图3-2激光闪光装置测得制动盘材料的热扩散系数值 表3-2热扩散系数的测量值（10-5m·s-1） 图3-3和表3-3得到的平均比热容。温度升高，比热容值增大，铁合金的比热值比铝合金的大两倍。模型得出的结果也可以显示出不论是在铁合金还是铝合金中，比热容都是主要影响因素，铝的热容量大于铁的[9]，所有的铁