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汽车制动鼓的设计以及失效分析作者：翟文焕孟仲张丽峰来源：《中国科技博览》2019年第03期[摘要]由于我国的经济与科技正处于迅速发展的阶段，而我国的汽车在载重与速度方面都有增加，所以，对于汽车制动鼓的材料也有跟高的要求。
高强度、高抗热疲劳性以及良好的硬度就是现代化的汽车制动鼓所需要的制作材料。
而汽车制动鼓是汽车中重要的保安件。
在平常对汽车进行检修的时候，汽车制动鼓也是首要的检查部件。
而造成汽车制动鼓失效的原因有可能是由于，汽车制动鼓的材料方面的问题，材料的强度很低或者是材料的硬度过低都可能造成制动鼓失效，而在制动鼓上出现磨痕台阶以及轴向裂纹的现象也是可能造成制动鼓失效的原因，或者是组织转变发生在汽车制动的时候，这样进一步的加速了汽车制动鼓的失效。
[关键词]汽车制动鼓；设计；失效中图分类号：U463.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0165-01一、汽车制动鼓的设计汽车制动鼓是汽车制动方面最重要的部件。
而汽车制动鼓的本身的强度，硬度，以及其本身的动态特征，都是对汽车制动方面有着很深的影响，而这些原因也会影响到汽车制动装置的使用效率以及使用寿命，更是对整台汽车的舒适程度，操作稳定程度以及汽车的安全方面的问题都有所影响。
对于汽车制动鼓的静态分析可以采用有限元法进行静态分析，并且将分析的结果传送到汽车的制动鼓的设计之中，会在很大的程度上提高了汽车制动鼓的设计效率，并对汽车能够做到反复的优化。
汽车制动鼓的设计是运用制动传动机构进行制动的，而且制动机构在制动鼓的内侧将制动摩擦片在其中压紧。
制动鼓的设计对于汽车的制动时十分重要的，而且汽车制动鼓也是对汽车能否停放可靠的重要保障。
二、汽车制动鼓失效分析汽车制动鼓失效主要在五个方面表现出来，包括掉底、龟裂、开裂还有磨损太大以及不正常的磨损。
汽车制动鼓铸件失效主要从两个方面进行探析，这两个方面分别是，一方面是汽车制动鼓铸件的材料还有其本身的强度，另一方面是在一定的条件下，材料组织可能会改变，而这一改变将会引起机械性能的改变，再加上外界条件的一些影响就会造成汽车制动鼓失效的现象发生。
汽车制动鼓的失效分析汽车制动鼓是汽车的重要保安件，也是汽车日常检修中首要检查部件，根据公司三包件的反馈信息，制动鼓失效主要有五种形式：开裂、龟裂、掉底、磨损过大、非正常磨损。
铸件失效主要从两个方面考虑，一是铸件的材料成分和自身的强度，另一个是在一定工况条件下，材料组织的改变而引起的机械性能的改变。
一般来说，铸件的机械性能主要取决于化学成分，又受外部环境（温度、冷却速度等）的影响。
制动鼓在工作时主要受两个方向的力，一个是来自蹄铁的法向压力，一个是因旋转和蹄铁离合片产生的切向力。
当去掉法向压力，制动鼓和蹄铁离合片之间的切向力也就不存在了；制动鼓和离合片摩擦产生大量的热，导致制动鼓温度升高，而离合片和制动鼓的摩擦实际多是斑状接触，接触面因受摩擦产生的热使该处组织发生相变，产生相变应力，降低了该处的抗热疲劳能力；同时，由于受热的不均匀，温度高的部位发生了相变，温度低的部位没有变化，而有的部位甚至尚未受到热的影响；相变产生应力，受热的不均匀也会产生应力，这些残余应力的存在，使得力学性能不均匀，在频繁的制动载荷作用下，产生有一定规则的裂纹（见图一、二），裂纹多呈轴向分布，断续或连续状，从裂纹分布情况分析，裂纹主要是受切向力产生的。
切向力作用在制动面上，对基体有撕裂的作用，对基体造成内应力，降低了材料的热疲劳强度，便产生连续或不连续的裂纹，严重的造成断裂。
图片一图片二另一方面，制动鼓产生的相变情况。
内部组织相变主要受温度影响，制动鼓工作时产生的温度最高可达850°C--900°C，这个温度足以造成组织相变，主要发生的相变有：1. 在800℃附近或略低于800℃，共晶碳化物分解为石墨和铁素体；2. 珠光体和铁素体在800℃以上转变为奥氏体；3. 奥氏体在快速冷却时转变为马氏体。
关于制动鼓开裂的问题，这个应从两个方面分析，一是在制动状态下，因材料自身强度差而受力破裂；二是在龟裂出现后，制动鼓在热应力和相变应力的相互作用下，再由于组织相变局部强度的降低，在制动外力频繁作用下，最终造成制动鼓破裂。
对蠕墨铸铁制动鼓的再认识万仁芳(东风汽车公司铸造一厂，湖北十堰442048)1当年为什么说“蠕墨铸铁是汽车鼓的最佳材质”?1．1制动鼓的功能和对材质的基本要求1)、承载重物，要有足够高的机械性能；2)、刹车时把动能速转化为热能并尽快散发出去，要有良好的导热性能 3)、山区行驶频繁刹车，并以水冷降温，要有良好的耐热疲劳性能； 4)、刹车时与刹车片摩擦制动，要有良好的耐磨性能；5)、刹车时要求平稳无震动、无异响，且在短距离内制动，要有良好的阻尼性能。
1．2灰铸铁制动鼓用户调查结果(表1)表1灰铁制动鼓早期失效原因分类统计表失效原因 开裂龟裂掉底无明显失效非正常磨损磨损过大合计数量(件) 264925764183194733013635500所占比例f ％)74．63 16．23 5．16 2．67 O ．93 0．38 100开裂+龟裂占90．86％；掉底占5．16％。
分析灰铸铁制动鼓失效的主要原因为： (1)、耐热疲劳性差； (2)、抗拉强度低。
1．3．蠕墨铸铁的性能特点(1)抗拉强度：用于制动鼓时：蠕铁为350～500MPa ，灰铁只有150～260MPa ；(2)导热性：蠕铁接近灰铁(灰铁共晶团内外石墨都相连，故导热性好，蠕铁共晶团内石墨相连，共晶团之间石墨不相连，但共晶团大，数量不多，故导热性比灰铁略差，但比球铁好得多)；(3)耐热疲劳性：蠕铁有接近于球铁的强度，又有接近于灰铁导热性，因此有优良的耐热疲劳性； (4)耐磨性：在干滑动摩擦条件下，蠕铁有最低的磨损量和最高的摩擦系数以及最低的摩擦系数衰减量；(图1、图2)(5)阻尼性：蠕铁比灰铁稍差。
6O ．2320．22崧8鬓o ．21删辎鼬龄4O ．2RuTQT飘瀚剽黼OO ．19图1 三种铸铁的磨损量图2 三种铸铁的摩擦系数1072蠕铁鼓的实际使用情况(1)乘用车制动盘：乘用车基本上都是采用盘式制动器，制动盘的材质是灰铸铁的一统天下。
主要牌号有两类：1)HT200、HT250。
制动鼓在汽车制动系统中扮演着至关重要的角色，它能够通过制动摩擦产生的热量将车辆减速至停止。
而一种球铁外壳双金属铸造的制动鼓则是一种新型制动鼓，它采用了特殊的制造方法，具有更高的耐磨性和耐腐蚀性，使得汽车制动更加安全和可靠。
让我们来了解一下这种特殊制动鼓的制造方法。
这种双金属铸造的制动鼓是以球铁外壳为基础材料，通过特殊工艺和技术，在其内部铸造一层金属合金，在高温下使两种金属发生结合，形成金属互扣，从而实现了球铁外壳和金属合金的完美结合。
这种制造方法保证了制动鼓具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，保证了制动系统的长期稳定性和安全性。
我们来探讨一下这种双金属铸造的制动鼓对汽车性能的影响。
传统的制动鼓往往会因为长期受到高温和高压的影响而产生变形、开裂甚至失效的情况，而这种新型制动鼓的问世，有效地解决了这一问题。
其高耐磨性和耐腐蚀性使得制动鼓能够在长时间高强度工作下依然保持稳定的性能，确保了制动系统的可靠性和持久性。
这对于汽车的安全性能和使用寿命都具有重要的意义。
接下来，让我们来总结一下这种双金属铸造的制动鼓所带来的优势。
它具有更高的耐磨性和耐腐蚀性，能够保证制动系统长期稳定可靠地工作。
采用了特殊的制造方法，使得球铁外壳和金属合金完美结合，提高了制动鼓的整体强度和稳定性。
这种制动鼓的问世填补了传统制动鼓在高强度工作环境下的不足，为汽车制动系统的发展带来了新的可能性。
在我看来，这种新型制动鼓的问世将对汽车行业产生深远的影响。
它不仅提高了汽车的安全性能和可靠性，也为汽车制动系统的进一步创新奠定了基础。
随着汽车科技的不断发展，相信这种双金属铸造的制动鼓将会在未来得到更广泛的应用，成为汽车制动技术的一项重要突破。
一种球铁外壳双金属铸造的制动鼓通过特殊的制造方法和材料选择，实现了制动鼓的全面升级，为汽车制动系统的安全性和可靠性带来了全新的可能性。
它的问世将会对汽车行业产生深远的影响，并推动汽车制动技术的发展和创新。
希望未来能够看到更多类似的新型汽车零部件问世，为汽车安全和可靠性保驾护航。
韧性、脆性金属构件失效分析作者：刘文举昝军峰来源：《中国科技博览》2016年第18期[摘要]金属失效分析是找出构件失效原因的常用方法。
本文对韧性材料、脆性材料进行失效分析，以灰铸铁、低碳钢两种常见的材料为例，对两种材料的拉力棒进行失效分析。
在试样拉伸曲线、理化特性和端口特征进行比较，得出韧性、脆性材料在断裂时的不同，并给出两种材料在工业上的防护建议。
[关键词]韧性材料（Q235）；脆性材料（HT200）；拉力棒；构件失效分析中图分类号：O346.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0010-011 前言金属失效是目前发生安全事故的主要原因，失效的原因多种多样。
对失效构件进行失效分析，找到失效原因，可以防止事故的再次发生，进一步提高构件的安全质量，增加社会、经济效益。
采用金属构件失效分析方法对韧性材料（Q235）、脆性材料（HT200）进行分析。
收集失效构件，分析其失效过程，确定失效的类型。
通过观察断口纹理，对失效构件进行微观金相分析、理化特性分析，查找出失效原因。
2 失效分析2.1 试样收集在实验室收集的灰铸铁（HT200）、低碳钢（Q235）的拉伸试棒如图1所示。
其中拉伸试棒有效长度为100mm，直径为20mm，标准件按GB228-2002加工而成。
2.2 失效过程2.2.1 试件准备沿着低碳钢试件的标距长度内（l0=100mm或50mm）沿长度方向用画线器每隔10mm画一圆周线，将标距10等分，用来为断口位置做补偿。
2.2.2 安装试件实验设备是液压万能材料试验机，型号WDW200D，将试件安装在上夹头上后缓慢加载，观察测力指针转动的情况，检查试件是否夹牢，如有打滑则重新安装。
2.2.3 实验件缓慢均匀加载，观察测指针移动情况及拉伸过程中物理现象。
对低碳钢试件，当指针不动或倒退时，说明材料开始屈服，记录屈服载荷Fs。
继续加载，直至试件断裂后停机，由被动针读出最大载荷Fb。
灰铸铁表面的热疲劳行为摘要：提高制动鼓的抗热疲劳性，通过激光涂覆技术，模拟贝壳壳层的软硬交替的组成结构，对灰铸铁表面进行非平滑的仿生模拟处理。
其表面重要的特征是具有一定间距且相互平行的条纹。
在自控制热疲劳实验方法下，平滑和非平滑表面的热疲劳行为将被研究和对比。
结果证实此种非平滑表面能提高热疲劳抗性，同时还指出条纹间距越小，这种效果越好。
非平滑表面的功能如抵抗热裂纹的萌生和扩展对于提高灰铸铁热疲劳抗性是主要的原因所在。
关键词：热疲劳，裂纹，灰铸铁，条纹状，仿生的，非平滑表面1 简介制动鼓是卡车制动体系中最重要的部件。
由于巨大的制动力和频繁的刹车，制动鼓将受到由制动片带来的巨大的正压力和动静摩擦力，特别是车辆行驶在山地这样的复杂路面上时。
结果导致制动鼓提前失效。
观察表明制动鼓工作表面上出现大量长而深的裂纹，长度近乎和鼓身同高。
经过分析，我们知道是热疲劳导致了裂纹源的出现，随后才有裂纹的扩展直至断裂。
在刹车过程中，巨大的摩擦热被制动鼓吸收，使得工作表面迅速达到900℃。
冷热交变应力也许导致了裂纹的萌生和长的。
而且，由于线张力将最终使的长裂纹发生扩展断裂。
因此，急迫得提高制动鼓材料的热疲劳抗性。
对比与摩擦材料，制动鼓材料显得单一，且发展缓慢。
在长期来看，制动鼓生产商看好低价格的铸铁以及低成本的加工工艺。
例如，国内普遍用的HT150，HT200，国外用HT250和高碳灰铸铁，但这些材料易磨损。
为了提高这个性能，Ni, Cu, Mo, Cr和其他合金元素被添加入灰铸铁，由此低合金制动鼓材料也就发展起来。
强度，硬度，耐磨性都得到了提高，但热疲劳抗性还是不理想，这成为新的研究热点。
在多少年的进化过程中，有机体通过自然选择，具有完美的，独特的结构，相比于人工材料生物材料有着无可比拟的优越性。
仿生学是一门以模仿生物体系的原理来构建新技术体系的学问。
在过去的20年里，仿生学对材料科学与工程产生了深刻影响。
基于生物体独特的组成，结构以及相应的卓越的性能给研究人员在提高性能以及结构部件可靠性方面提供了很多线索。
662017年7月上 第13期 总第265期制动鼓是汽车制动系统中的重要组成部分,随着汽车高速重载趋势的推进,制动鼓实效目前已成为重卡生产过程中急需解决的重要问题。
一旦制动鼓发生断裂或龟裂实效,则会严重威胁人们生命安全。
新形势下,积极探究国内重卡生产中制动鼓失效原因及应对策略,具有重要指导意义。
1 制动鼓生产材质的影响及应对策略目前来说,我国部分制动鼓生产企业,站在材料角度将制动鼓强度提高到300MPa及以上水平,也就是牺牲一定的导热性,降低碳当量,这种做法会导致制动啸叫以及加工性能恶化等问题,如果碳含量较高,制动鼓硬度会随之下降,也就容易产生掉底或早期磨损等问题。
西方研究学者指出,使制动鼓碳硅当量保持在3.8-4.0之间,两者比值在0.6-0.9之间,并适当添加铜、锌等元素,能有效提升制动鼓的各项性能。
制动鼓摩擦系数、硬度等生产材料性能直接决定着制动鼓的性能,适当提高材料硬度,能有效提高制动鼓耐磨性,但是,若材料硬度过高,势必会降低制动鼓摩擦系数。
故而,在制动鼓生产过程中,应积极吸取西方等国家先进生产经验,并站在自身生产实际基础上,必须综合考虑摩擦系数与硬度两方面影响因素,合理设计制动鼓的性能与化学成分,优化不同成分之间的配比,以期全面提升制动鼓材料性能[1]。
2 制动鼓金相组织及强化策略相关研究资料指出,制动鼓基体硬度保持在190-210范围内,珠光体含量超过95%时,制动鼓自身的摩擦性能比较优越。
现阶段,我国多使用HT250制动鼓,3-5级长度的A型石墨。
大量研究实验证实,B 型过冷石墨,能进一步缩减制动鼓机体强度。
有研究指出,与灰铁相比,蠕虫状的石墨形态其铸铁强度要高很多,应力集中系数、弹性模量要小,故而,其自身抗疲劳性能优越。
蠕墨铸铁其强度能达到340mpa以上,塑性能达到1.5%以上,再加上石墨底部呈现圆钝形,与灰铁相比,其刚度约提高50%,抗疲劳强度提高50%。
相关人员进行了抗疲劳冲击试验,发现蠕铁在经过275次冲击时出现裂纹(蠕化率超过80%)。
