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高鐵制動(dòng)用粉末冶金摩擦材料的制備及性能研究

發(fā)布時(shí)間:2016-07-11 11:06

  本文關(guān)鍵詞:高鐵制動(dòng)用粉末冶金摩擦材料的制備及性能研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


《北京科技大學(xué)》 2015年

高鐵制動(dòng)用粉末冶金摩擦材料的制備及性能研究

王曄  

【摘要】:本工作基于高速列車剎車片國(guó)產(chǎn)化的急迫需求,從高鐵制動(dòng)實(shí)際要求出發(fā),開(kāi)展高性能制動(dòng)摩擦材料的制備研發(fā),從原材料體系的篩選到工藝制度的確定進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,國(guó)內(nèi)首次開(kāi)發(fā)出滿足時(shí)速350公里/小時(shí)及以下高速列車制動(dòng)需要的粉末冶金摩擦材料;在鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行的1:1臺(tái)架試驗(yàn)表明,材料性能達(dá)到了中鐵認(rèn)證檢驗(yàn)中心(CRCC)對(duì)材料摩擦性能的要求:摩擦系數(shù)穩(wěn)定性高、制動(dòng)平穩(wěn)、不損傷制動(dòng)盤、磨耗較低、環(huán)境友好。論文工作主要包括以下幾個(gè)部分: 1.采用粉末冶金工藝制備摩擦材料,選取銅作為基體組元以保證材料的高導(dǎo)熱性和良好韌性:通過(guò)力學(xué)性能和摩擦性能篩選適用的銅粉類型,包括電解銅粉、霧化銅粉、氧化鋁彌散強(qiáng)化銅粉、鉻銅合金粉(0.4%Cr-Cu)、鐵鈷銅合金粉(Fe15%-Co10%-Cu)五種銅粉。研究結(jié)果表明:霧化銅粉因燒結(jié)活性高、基體連續(xù)性好,而具有較高的高溫硬度(68.1HR15y)、抗壓強(qiáng)度(593.81MPa)和沖擊韌性(78.71J/cm2)以及摩擦性能,是合適的基體組元。 2.采用鐵粉為基體的主要強(qiáng)化組元,通過(guò)力學(xué)性能和摩擦性能篩選適用的鐵粉類型,包括還原鐵粉、羰基鐵粉、泡沫纖維鐵粉、Fe3Al粉四種鐵粉。結(jié)果表明:羰基鐵粉因粒度細(xì)小,能夠彌散分布在銅基體中,顯著提高銅基體的硬度和抗壓強(qiáng)度。由其制備的摩擦材料在低速和高速摩擦?xí)r摩擦系數(shù)的衰退幅度小、磨耗低,是合適的金屬基體強(qiáng)化組元。 3.向金屬基體中引入鉻、鉬、鉻鐵合金和膠體石墨,以提高金屬基體的高溫強(qiáng)度。結(jié)果表明:Cr和Cr-Fe合金對(duì)銅基體的強(qiáng)化效果顯著,相比純銅其布氏硬度均提高2.3倍,抗壓強(qiáng)度均提高1.4倍,高溫硬度均提高1.1倍;引入Cr-Fe合金后樣品的沖擊韌性與純銅相當(dāng);膠體石墨的加入使燒結(jié)后基體中的鐵組元形成珠光體組織,提高了基體的耐磨損性能。確定了鉻、鉻鐵合金、膠體石墨組成的復(fù)合強(qiáng)化組分。 4.第一次系統(tǒng)研究銅、鐵、鉻金屬組元與固體潤(rùn)滑劑二硫化鉬的反應(yīng)行為。研究發(fā)現(xiàn)銅-鐵-二硫化鉬復(fù)合樣品在700℃下燒結(jié)后,部分二硫化鉬已經(jīng)與基體金屬發(fā)生反應(yīng),在950℃反應(yīng)生成的CuFeS2相可以產(chǎn)生良好的潤(rùn)滑性和耐磨性。當(dāng)基體中含有鉻元素時(shí),二硫化鉬優(yōu)先與鉻發(fā)生反應(yīng),生成成分復(fù)雜的鉻硫化合物。當(dāng)以鉻鐵合金替代鉻時(shí),鉻鐵表面生成的致密富鐵層阻止了內(nèi)部金屬與二硫化鉬的進(jìn)一步反應(yīng)。同時(shí),二硫化鉬與基體金屬的反應(yīng)還受到燒結(jié)氣氛的影響,在純氫氣氣氛中燒結(jié)的樣品反應(yīng)程度更劇烈,因此選用氮?dú)猓簹錃怏w積比例為4:1的混合氣氛做為保護(hù)氣體。 5.第一次提出并制備具有多級(jí)孔徑的多孔組織摩擦材料。石墨種類和粒度對(duì)摩擦材料的孔結(jié)構(gòu)影響最大。人造石墨可顯著提高材料的孔隙率而不降低材料強(qiáng)度;大粒度鱗片石墨易于形成大尺寸貫通孔隙,并傾向平行于摩擦表面方向分布在基體中,增加了金屬基體的連續(xù)性,提高了材料的強(qiáng)度和形成摩擦膜的能力。減小金屬粉體粒度可以獲得最可幾孔徑小、孔隙率較高的樣品,提高了樣品的摩擦系數(shù),同時(shí)降低其磨耗。采用高成型壓力-低燒結(jié)壓力的方法,可以在不增加磨耗量的同時(shí)獲得更穩(wěn)定的摩擦系數(shù)。 6.建立了滿足高速列車制動(dòng)需要的摩擦材料的原料體系和制備工藝。通過(guò)研究各原料組成配比對(duì)材料力學(xué)性能和摩擦性能的影響,確定原料體系由霧化銅、羰基鐵、鉻、鉻鐵、膠體石墨、二硫化鉬、石墨、二氧化硅組成。將各種粉體原料均勻混合,在600MPa的壓力下壓制成形,經(jīng)溫度950℃C、壓力5MPa、時(shí)間2h、混合氣氛保護(hù)燒結(jié),得到復(fù)合材料的布氏硬度為66.0HB、抗壓強(qiáng)度為104.64MPa、室溫?zé)釋?dǎo)率為17.21W/m℃、400℃熱導(dǎo)率為13.89W/m℃。在160-320km/h范圍內(nèi)的平均摩擦系數(shù)為0.282,各速度下摩擦系數(shù)與平均摩擦系數(shù)的差值不超過(guò)0.003,磨耗為1.43g。其各項(xiàng)性能均達(dá)到進(jìn)口樣品條件,并且具備更高的摩擦系數(shù)和穩(wěn)定程度以及耐磨性?勺鳛殂~基粉末冶金剎車片材料。 7.將制備的摩擦材料按照實(shí)際列車需要的結(jié)構(gòu)裝配成剎車片,進(jìn)行1:1臺(tái)架試驗(yàn),試驗(yàn)程序按照CRCC試驗(yàn)大綱。結(jié)果表明,在制動(dòng)速度50-380km/h的制動(dòng)范圍內(nèi),材料的摩擦系數(shù)波動(dòng)范圍小于15%,瞬時(shí)摩擦系數(shù)和平均摩擦系數(shù)、靜摩擦系數(shù)均在大綱要求的公差范圍內(nèi),最大磨耗量0.1cm3/MJ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大綱要求的0.35cm3/MJ。摩擦制動(dòng)中制動(dòng)盤面最高溫度低于700℃C;試驗(yàn)中制動(dòng)盤沒(méi)有熱斑、剝落、擦傷等損傷;摩擦噪音低,環(huán)境友好。表明所制備的摩擦材料全面達(dá)到時(shí)速300-350km/h高鐵剎車片的認(rèn)證要求。

【關(guān)鍵詞】:
【學(xué)位授予單位】:北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號(hào)】:TF125.9
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中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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2 曹獻(xiàn)坤 姚安佑;[N];中國(guó)機(jī)電日?qǐng)?bào);2001年

3 本報(bào)記者 馮淑娟;[N];中國(guó)汽車報(bào);2002年

4 本報(bào)記者 馮淑娟;[N];中國(guó)汽車報(bào);2002年

5 記者 潘杰;[N];中國(guó)化工報(bào);2006年

6 鐘志敏;[N];中國(guó)證券報(bào);2008年

7 故城縣工業(yè)經(jīng)濟(jì)聯(lián)合會(huì);[N];衡水日?qǐng)?bào);2010年

8 本報(bào)記者 鄺小平;[N];廣東科技報(bào);2005年

9 本報(bào)記者 潘杰;[N];中國(guó)化工報(bào);2006年

10 中國(guó)摩擦密封材料協(xié)會(huì) 譚康;[N];中國(guó)建材報(bào);2002年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 馬洪濤;Fe-Al金屬間化合物基摩擦材料制備與摩擦磨損機(jī)制研究[D];山東大學(xué);2005年

2 員榮平;制動(dòng)摩擦材料的性能評(píng)價(jià)、環(huán)境友好性和摩擦機(jī)理研究[D];北京化工大學(xué);2010年

3 韓野;陶瓷纖維摩擦材料的制備及摩擦機(jī)制研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2008年

4 曲焱炎;超聲驅(qū)動(dòng)微摩擦機(jī)理分析及各向異性摩擦材料研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

5 趙小樓;摩擦材料縮比試驗(yàn)原理及試驗(yàn)方法和測(cè)試設(shè)備研究[D];吉林大學(xué);2007年

6 王曄;高鐵制動(dòng)用粉末冶金摩擦材料的制備及性能研究[D];北京科技大學(xué);2015年

7 付傳起;銅包鐵(Fe-20Cu)基摩擦材料的組織及性能研究[D];大連海事大學(xué);2012年

8 吳耀慶;樹(shù)脂基復(fù)合摩擦材料摩擦磨損機(jī)理研究及有限元模擬[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué);2013年

9 田秀;真空低溫下超聲馬達(dá)性能及其摩擦材料的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

10 王發(fā)輝;混雜纖維增強(qiáng)陶瓷基摩擦材料及其性能研究[D];南昌大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 包闊;抗衰退非石棉盤式摩擦材料的研究[D];蘭州理工大學(xué);2009年

2 楊曉燕;新型高性能摩擦材料的研究[D];武漢理工大學(xué);2005年

3 孫喜龍;擬蜂巢結(jié)構(gòu)摩擦材料研究[D];吉林大學(xué);2005年

4 劉美玲;摩擦材料的溫度場(chǎng)及其摩擦性能研究[D];中南大學(xué);2007年

5 余建洋;環(huán)保型高性能摩擦材料研究[D];武漢理工大學(xué);2007年

6 李永奇;類細(xì)胞結(jié)構(gòu)摩擦材料的研究[D];吉林大學(xué);2008年

7 焦龍;磨料對(duì)陶瓷摩擦材料摩擦性能的影響[D];北京化工大學(xué);2008年

8 茍澤明;低噪聲摩擦材料的優(yōu)化方法研究[D];青島理工大學(xué);2010年

9 楊洋;碳纖維增強(qiáng)摩擦材料性能的研究[D];吉林大學(xué);2012年

10 王寶剛;基于造粒技術(shù)的仿生摩擦材料研究[D];吉林大學(xué);2013年


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