[发明专利]一种制动盘材料热疲劳试验机及试验方法

说明书

一种制动盘材料热疲劳试验机及试验方法。该试验机包括感应加热设备、冷却设备，试件支撑平台和监测热疲劳试件温度的试件温度监测设备。感应加热设备包括感应加热线圈和感应加热电源；冷却设备包括液体介质冷却装置、淹没深度控制装置和压缩空气冷却装置，液体介质冷却装置包括冷却介质循环槽，其内装有液体冷却介质；淹没深度控制装置可控制液体冷却介质淹没热疲劳试件的深度；压缩空气冷却装置包括压缩空气喷嘴和空气压缩机；试件温度监测设备包括监测热疲劳试件上部、中部和下部温度的温度传感器。该试验机和试验方法可模拟制动盘材料在制动过程中的制动热循环特征，获得与实际工况中热循环过程一致的热疲劳试验结果。

技术领域

本发明涉及材料热疲劳试验技术，具体涉及一种制动盘材料热疲劳试验机及其试验方法。

技术背景

制动盘是汽车及轨道列车制动过程中最关键部件之一，制动盘以其热耗散效率高、质量轻，结构简单以及方便拆装等特点，逐渐成为车辆制动的主流方式。制动盘固定在车辆的车轴上或车轮处，制动时通过与制动闸片的摩擦作用，实现车辆的减速与停车。制动过程中车辆运行的动能将转换为制动盘的热能，这将使制动盘的温度急剧升高。尤其在轨道列车高速重载的运行条件下，紧急制动过程中，摩擦面平均表面温度能在制动开始后的数秒就会达到750℃。剧烈的温度波动会引起制动盘内部产生巨大的热应力和塑性应变。同时，反复制动引起的热冲击会诱发疲劳裂纹从制动盘浅表层起裂，萌生的疲劳裂纹在后续制动过程中会沿制动盘径向方向继续扩展。热疲劳是制动盘的主要失效形式之一。因此热疲劳性能是制动盘材料最主要的考核性能之一。

制动盘热疲劳过程有其特殊性。首先，制动过程中热流在制动盘摩擦面产生并通过热传导传入制动盘内部，最终达到热平衡。其次，制动缓解后制动盘由空气对其进行整体冷却。再次，制动盘的热裂纹只存在于制动盘摩擦面，即热流产生和输入面。由于这些特性，目前，常规的热疲劳试验装置虽然能实现材料在高低温的热循环过程，但并不能较接近地模拟制动盘制动过程中单侧热输入，升温过程中材料内部存在温度梯度的特点。因此设计一款能模拟制动盘制动过程中热疲劳过程的试验仪器和试验方法来考核制动盘材料的热疲劳性能是十分必要的。

发明内容

本发明的第一发明目的是提供一种制动盘材料热疲劳试验机。该试验机可以模拟制动盘材料在制动过程中单侧热输入，加热过程中材料内部存在温度差，热平衡后材料整体冷却的制动热循环特征，获得与制动盘制动实际工况中热循环过程一致的热疲劳试验结果。

本发明实现其第一发明目的所采取的技术方案是：一种制动盘材料热疲劳试验机，包括对制动盘材料的热疲劳试件进行加热的感应加热设备、对热疲劳试件进行冷却的冷却设备，支撑热疲劳试件的试件支撑平台和监测热疲劳试件温度的试件温度监测设备，其结构特点是：

所述感应加热设备包括位于热疲劳试件上方的感应加热线圈和与所述感应加热线圈电连接的感应加热电源；

所述冷却设备包括液体介质冷却装置、淹没深度控制装置和压缩空气冷却装置，所述液体介质冷却装置包括冷却介质循环槽，冷却介质循环槽内装有液体冷却介质；淹没深度控制装置可通过调节热疲劳试件高度或液体冷却介质液面高度控制液体冷却介质淹没热疲劳试件的深度；所述压缩空气冷却装置包括对准热疲劳试件的压缩空气喷嘴和与所述压缩空气喷嘴相连的空气压缩机；

所述试件温度监测设备包括监测热疲劳试件上部温度的上部温度传感器、监测热疲劳试件中部温度的中部温度传感器和监测热疲劳试件下部温度的下部温度传感器。

用上述制动盘材料热疲劳试验机进行热疲劳试验的方法以及有益效果是：

A、将热疲劳试件固定在试件支撑平台上。