CN110737978A - 一种钢刹车材料及其在热环境下的强度衰减量确定方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法，所述方法包括：确定所述钢刹车材料在热环境下的强度衰减量的敏感参数，所述敏感参数包括室温条件下的拉伸强度极限值和热环境温度值；确定钢刹车材料在室温条件下的拉伸强度极限值范围，以及钢刹车材料适用的温度范围；在所述拉伸强度极限值处于拉伸强度极限值范围内，且刹车结构的温度峰值处于刹车材料适用的温度范围内时，通过上述参数确定钢刹车材料的强度衰减量。本申请的方法通过基于捕捉到的两项关键敏感参数，即可快速得出钢刹车材料的热环境强度衰减幅度，且本申请适用范围广，可普遍应用于飞机、列车或其它机械车辆的制动装置的结构强度设计。

Description

一种钢刹车材料及其在热环境下的强度衰减量确定方法
技术领域
本申请属于刹车材料技术领域，特别涉及一种钢刹车材料及其在热环境下的强度衰减量确定方法。
背景技术
飞机或其它机械车辆的制动装置通常采用钢刹车方案，较碳/碳刹车、碳/陶刹车方案而言，钢刹车材料具有对潮湿不敏感、耐油污、生产周期短、成本低等优点。但是，在温度升高时，钢刹车材料的强度水平将产生一定程度的衰减。因此，若是选材不当或强度衰减预留不足，在高温状态下的刹车制动，刹车盘将有较高的破坏风险；情况严重时，可能导致整个刹车系统或轮毂/轮辋遭受无法修复的损伤，以致酿成事故。
因此，需要对钢刹车材料的热环境强度衰减进行定量分析，摸清衰减规律，据此对其健康状况、破坏风险进行评估，并对改善设计方案提供理论依据。
发明内容
本申请的目的是提供了一种钢刹车材料及其在热环境下的强度衰减量确定方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
在一方面，本申请提供的技术方案是：一种钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法，所述方法包括：
确定所述钢刹车材料在热环境下的强度衰减量的敏感参数，所述敏感参数包括室温条件下的拉伸强度极限值和热环境温度值，其中，所述热环境温度值为刹车结构在刹车条件下温度升高后的温度峰值；
确定钢刹车材料在室温条件下的拉伸强度极限值范围，以及钢刹车材料适用的温度范围；
在所述拉伸强度极限值处于拉伸强度极限值范围内，且刹车结构的温度峰值处于刹车材料适用的温度范围内时，通过如下公式确定钢刹车材料的强度衰减量
Figure BDA0002228710350000021
式中，Δσb(t)为拉伸强度衰减量；σb为室温拉伸强度极限值；t为热环境温度值；系数a、b均为强度变化率控制因子；Tb为无量纲化温度基准值；r为抑制强度衰减的材料属性常数。
在本申请一实施方式中，在上述公式中，a＝0.5、b＝0.475、Tb＝215℃、r＝1.925。
在本申请一实施方式中，所述室温条件下的拉伸强度极限值范围为(500MPa，1200MPa]。
在本申请一实施方式中，所述钢刹车材料适用的温度范围为[100℃，1500℃]。
在另一方面，本申请提供的技术方案是：一种钢刹车材料，所述钢刹车材料在热环境下具有强度衰减，所述刚刹车材料在热环境下的强度衰减量通过如上任一所述的钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法来确定。
本申请的钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法通过基于捕捉到的两项关键敏感参数，即可快速得出钢刹车材料的热环境强度衰减幅度，且本申请适用范围广，可普遍应用于飞机、列车或其它机械车辆的制动装置的结构强度设计。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请的钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法示意图。
图2为本申请一实施例的钢刹车材料的热环境温度和强度衰减量关系曲线示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
如图1所示，本申请首先提供了一种钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法，所述方法包括“
步骤S11，明确钢刹车材料在热环境下强度衰减量计算过程中的显著敏感参数，其中，敏感参数包括室温条件下的拉伸强度极限值和热环境温度值。其中，热环境温度值也就是在刹车制动条件下，刚刹车材料的刹车盘温度升高后的温度峰值。
步骤S12，确定钢刹车材料在室温(T＝25℃)条件下的拉伸强度极限值σb的范围。
其中，本申请的方法适用于钢刹车材料的拉伸强度极限值处于500MPa<σb≤1200MPa区间的材料。
此外，还需确定钢刹车材料适用于的高温温度范围。
其中，本申请的方法适用于钢刹车材料在高温温度范围为100℃≤t≤1500℃区间内使用。
步骤S13，根据上述过程得到的钢刹车材料在室温条件下的拉伸强度极限值为σb，以及钢刹车材料在使用环境为温度峰值为t的热环境下，通过如下公式确定钢刹车材料在热环境下的拉伸强度衰减量值：
Figure BDA0002228710350000041
式中，Δσb(t)为拉伸强度衰减量，单位为MPa；σb室温拉伸强度极限值，单位为MPa；t为热环境温度值，单位为摄氏度℃；系数a、b均为强度变化率控制因子，无量纲；Tb为无量纲化温度基准值，单位为摄氏度℃；r为抑制强度衰减的材料属性常数，无量纲。
在上述方案中，需合理确定了上述公式中的系数因子、温度基准值或材料属性常数等。在本申请一实施例中，强度变化率控制因子a＝0.4-0.5，强度变化率控制因子b＝0.470-0.480，无量纲化温度基准值Tb＝(210-220)℃，材料属性常数r＝1.920-1.930。
在优选实施例中，强度变化率控制因子a＝0.45，强度变化率控制因子b＝0.475，无量纲化温度基准值Tb＝215℃，材料属性常数r＝1.925。因此，整理后可得出如下公式
Figure BDA0002228710350000042
式中，Δσb(t)为拉伸强度衰减量，单位为MPa；σb为室温拉伸强度极限值，单位为MPa；t为热环境温度值，单位为摄氏度℃。
通过整理绘制，钢刹车材料拉伸强度衰减量Δσb(t)与室温拉伸强度极限值σb、热环境温度t的三参数曲线关系如图2所示。
需要说明的是，本申请的方法不适用于使用镁合金、铝合金、钛合金等其它金属或合金材料的强度衰减计算，也不适用于非金属刹车材料(例如碳刹车、陶瓷刹车))的强度衰减计算。
为了对本申请的钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法做进一步说明与阐述，本申请提供了如下实施例。
某型高速动车组列车，采用牌号为23CrNiMoV的锻钢刹车盘制动装置，在高速行驶达到350km/h后，采用紧急刹车制动模式，则锻钢刹车盘材料在最高温度点550℃的拉伸强度衰减幅度的确定过程如下：
首先，确定钢刹车材料在室温(T＝25℃)条件下的拉伸强度极限值σb的范围。牌号为23CrNiMoV的锻钢在室温条件下拉伸强度极限值σb＝1100MPa，处于500MPa<σb≤2000MPa区间，可应用本申请提出的公式确定拉伸强度衰减幅度。
然后，根据刹车制动条件，确定刹车盘温度升高后的温度峰值为t＝550℃，处于本申请的方法所适用的100℃≤t≤1500℃区间，可应用本申请提出的公式确定拉伸强度衰减幅度。
最后，将上述两项关键参数代入公式2，则可计算在温度峰值t＝550℃环境下，牌号23CrNiMoV锻钢材料的拉伸强度衰减量值Δσb(t)，过程如下：
Figure BDA0002228710350000051
式中，Δσb(t)为拉伸强度衰减量，单位为MPa；σb为室温拉伸强度极限值，单位为MPa；t为热环境温度值，单位为摄氏度℃。
通过上述计算表明，室温条件下拉伸强度极限值为1100MPa的23CrNiMoV锻钢材料，在刹车盘温度峰值为550℃时，拉伸强度衰减量为830MPa，也就是说，即此时该材料的拉伸强度极限值仅为270MPa。
本申请的钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法通过基于捕捉到的两项关键敏感参数，即可快速得出钢刹车材料的热环境强度衰减幅度，且本申请适用范围广，可普遍应用于飞机、列车或其它机械车辆的制动装置的结构强度设计。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法，其特征在于，所述方法包括
确定所述钢刹车材料在热环境下的强度衰减量的敏感参数，所述敏感参数包括室温条件下的拉伸强度极限值和热环境温度值，其中，所述热环境温度值为刹车结构在刹车条件下温度升高后的温度峰值；
确定钢刹车材料在室温条件下的拉伸强度极限值范围，以及钢刹车材料适用的温度范围；
在所述拉伸强度极限值处于拉伸强度极限值范围内，且刹车结构的温度峰值处于刹车材料适用的温度范围内时，通过如下公式确定钢刹车材料的强度衰减量
Figure FDA0002228710340000011
式中，Δσb(t)为拉伸强度衰减量；σb为室温拉伸强度极限值；t为热环境温度值；系数a、b均为强度变化率控制因子；Tb为无量纲化温度基准值；r为抑制强度衰减的材料属性常数。
2.如权利要求1所述的钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法，其特征在于，在上述公式中，a＝0.5、b＝0.475、Tb＝215℃、r＝1.925。
3.如权利要求2所述的钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法，其特征在于，所述室温条件下的拉伸强度极限值范围为(500MPa，1200MPa]。
4.如权利要求3所述的钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法，其特征在于，所述钢刹车材料适用的温度范围为[100℃，1500℃]。
5.一种钢刹车材料，其特征在于，所述钢刹车材料在热环境下具有强度衰减，所述刚刹车材料在热环境下的强度衰减量通过权利要求1至4任一所述的钢刹车材料在热环境下的强度衰减量确定方法来确定。
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钱芳等: "AerMet100超高强度钢的热变形行为及本构模型研究", 《热加工工艺》 *

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