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1、研究开发文章编号：1007-6034(2008)05-0005-02高速列车粉末冶金制动闸片的研制刘颖(常州市铁马科技实业有限公司，江苏常州213032)摘要：针对我国高速列车对制动闸片材料的性能要求，采用粉末冶金加压烧结工艺制备了高速 列车用制动闸片。通过对材料的组合和工艺参数的试验研究，制备了6种体系的铜基摩擦材料， 对其进行力学性能及1：l摩擦制动性能试验，从中获得一种铜基粉末冶金摩擦材料。研究表明：该 种制动闸片的材料具有较高的抗压强度、高而稳定的摩擦因数、低的磨损和良好的制动性能，能满 足300 kmh高速列车的制动要求。关键词：高速列车；铜基粉末冶金；闸片 中图分类号：U26035
2、l文献标识码：B我国已经投入运营最高时速达300 kmh的高 防止与对偶发生粘结，必须用合金化基体，添加摩擦 速列车，对高速列车制动材料的性能要求是要有稳 组元改善性能。 定而且高的摩擦因数，低的磨损率，一定的机械强度分析和研究以铜作为基体组元。在铜基材料 和较好的耐热性。为此，本课题从材料的组元、成 中，铜含量的范围在50一90。铜具有良好的塑 分、工艺等基础工作做起，在前期大量试验研究的基 性，铜粉易于压制；铜与氧的亲和力小，在空气中氧 础上，筛选出一种具有较好摩擦学特性的铜基粉末 化速度缓慢，烧结时对保护气体无特殊要求，容易烧 冶金摩擦材料，对其进行摩擦、磨损及机械性能的 结，但很少采用
3、纯铜作为摩擦材料的基体。为了强 试验 。 化铜，使其具有良好的耐热性和摩擦性能，往铜粉中加入锡，使其合金化旧1。铜一锡合金属于在摩擦条1原材料的选择件下工作最有效的合金之一，并且生产铜一锡合金高速列车制动闸片摩擦体是以各种金属粉末作 零件在工艺上没有困难。铜粉中加入锡粉后可以提 为基体原料，添加适量的摩擦组元和润滑组元，经压 高压坯强度，也提高了烧结制品的强度和硬度。通 制成型后加压烧结而成。在材料的选择上，需要考 过试验证明，铜一锡二元合金的磨损量随锡含量增 虑闸片的综合性能。 加有所降低，而摩擦因数相对提高。摩擦体中锡含量11形成金属基体的组元对摩擦盘的磨合速度及磨合过程中磨损大小有着显
4、作为粉末冶金摩擦材料制品的制动闸片在使用著的影响，试验结果表明，金属基体中含锡38过程中的强度、耐磨性和耐热性很大程度上取决于 的摩擦体其磨合性能最好，摩擦体中磨损量最小。 基体的组织结构、物理和化学性能。而作为工作面12起固体润滑作用的组元 的金属基体，在摩擦时会发生变形及磨损；此外，由制动闸片在工作中的工况比较复杂，影响摩擦 于摩擦所产生的热要经过金属基体传导出去，金属与磨损的因素也很复杂。既需要有足够的摩擦因数 基体还要保持住摩擦剂和润滑剂的颗粒，防止金属来保证制动力，又要达到制动盘最小磨损，同时还要 基体摩擦滑动中纵向压弯或凹陷。在摩擦过程中，改进粉末冶金摩擦材料的抗胶合性和耐磨性能，
5、因 摩擦热引起金属基体材料物理力学性能的变化。表而材料需要添加一定量的固体润滑剂。常用的固体 面氧化，摩擦性能随之变化很大，甚至会发生与对偶润滑剂中有的是金属，有的是非金属。金属润滑剂 粘结胶合的现象。为了强化和提高基体的耐磨性、有铅、铋等，铅经常用在铜基材料中，铅属于塑性金 耐热强度，改善摩擦表面的导热性，稳定摩擦性能，属，加入混合料中改善压制性能；非金属润滑剂有石 收稿日期：200806一04墨等，在铜基材料中加入石墨，能够提高材料的耐磨 作者简介：刘颖(1960一)，女，工程师，本科。性能，有利于摩擦平稳，改进摩擦性能。通过试验和5万方数据研究开发 机车车辆工艺第5期2008年10月从使
6、用安全及成本考虑，不同粒度组成的石墨是理 制动闸片要具备优化综合性能，材料必须经受 想的润滑剂。本课题材料中加入的固体润滑剂，从 诸如压力、温度等各种变化因素的考验。粉末的粒 获得满意摩擦因数值的观点看，其总含量不大于 度是配方中的一个重要参数，粉末的颗粒形状也是13一16。此外还添加了其他一些起固体润滑作 决定粉末材料工艺性能的主要内容。如：摩擦剂颗 用的组元。 粒的大小、形状能够影响摩擦材料摩擦表面的特征13摩擦组元 即影响摩擦与磨损性能。润滑剂中石墨的粒度组成 摩擦组元是调整制动闸片摩擦因数、制动效率、 比其成分更为重要，因为通过试验表明采用纯度高， 磨耗及使用寿命的主要成分。它们的作用
7、在于补偿但粒度不合适的石墨，并不能改善材料的性能，石墨 固体润滑剂的影响及在不损害摩擦表面的前提下增的粒度组成对铜基摩擦材料的压坯和烧结粉末片 加滑动的阻力。此外，这类组元具有非金属性质，能 (无压烧结和加压烧结)的密度及摩擦和磨损性能促进形成多相组织，减少表面粘结和卡滞。常用的 有很大的影响。其他易熔金属铅、铋等在铜基摩擦组元有金属、碳化物和氧化物等。经过多次对 材料中作固体润滑剂使用，在烧结温度大大超过这 比试验，综合考虑经济性，本课题材料选用铁、二氧 些金属熔点的烧结过程中，它们全部呈液态，因此颗 化硅、氧化钼、三氧化二铝等元素作为摩擦组元。 粒的原始形态不起重要作用。总之粉末的颗粒形1
8、4添加剂状，对粉末的压制成形和制品的烧结都会带来影响。 配方中添入了少量的添加剂，用来改善材料摩试验中对配方的主要组元作了多种筛选，筛选出合 擦性能，特别是热稳定性。同时它还能起到固体润适的粉末粒度，使配方中的主要组元得到合理的体 滑剂作用。 积比。基于上述理论依据，本课题研制所确定的材料配比如表1所示。2配方的优化表1制动闸片材料的配方组成基体组元摩擦组元 润滑组元其他 (Cu) (Sn) w(Zn) (Fe) (si02)(M003)(A1203)(C)(Pb)添加剂6075 38 38 26 16 28 35 511 25 2以下动惯量039 kgm2，试环规格由150 mm书128 m
9、m3生产工艺的确定30 mm，对偶材料为铸钢。试验结果见表2。闸片的摩擦体应该有足够高而稳定的摩擦因裹2 MM一1000摩擦、磨损性能试验结果 数，以实现安全、有效的制动；应有足够的耐磨性，以 保证其使用寿命，使闸片能长期工作；应有足够的机 械性能，特别是高温强度，具有优良的导热性；对偶 件的磨损应尽量小；摩擦体与钢背结合牢固。本课 题压制的铜基粉末冶金制动闸片生产工艺流程见421：1制动动力试验台试验图l。421试验设备 在铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验材料配制-混合-压制，加压烧结整型，机加t-成品 站制动动力试验台上进行了试验，模拟轴重为背板制作一背板表面处理J 145 t，制动
10、盘材质为铸钢，直径670 mm，有效制动图1闸片生产工艺流程半径2738 mm。422试验内容4试验结果 在1：1试验台上分别进行了磨合试验、一次停41MM一1000摩擦、磨损性能试验车紧急制动试验、常用制动试验、加水一次停车制动 采用不同的试验条件，在MM一1000摩擦、磨损试验、坡道连续制动试验和静摩擦试验。试验机上进行了摩擦、磨损性能试验。试验参数：转 (下转第9页)6万方数据出口纳米比亚的轻油罐车发现变形。载荷满足AAR M一2031983铸钢转向架侧架技 试验结果表明，纳米比亚轻油罐车的车体静强术条件的有关要求。度满足TBT13351996(规范要求。5结束语42曲线模拟通过试验工厂
11、对样车进行了曲线模拟通过试验。试验结 该车罐体采用新颖的“V”字型结构及新工艺， 果表明，该车可在80 m定圆曲线上运行，且车体各 受到用户的青睐。该批车已交付用户使用，使用效 部件与转向架间各部间隙在安全行车范围内。 果良好。43摇枕、侧架的压吨试验及摇枕的疲劳试验参考文献：由青岛四方研究所主持，完成了摇枕、侧架的压吨试验和摇枕的疲劳试验。结果表明，摇枕在相应 1中国南车集团株洲车辆厂纳米比亚轻油罐车车体静强度试验 载荷下的变形量、最小极限载荷以及疲劳强度满足 报告R2006 AAR M一2021997(铸钢转向架摇枕技术条件的 (编辑：施翠燕)有关要求。侧架在相应载荷下的变形量、最小极限(
12、上接第6页)423试验结果 表4常用制动试验(1)一次停车紧急制动试验 闸片压力为12858 kN X2，试验结果见表3。表3一次停车紧急制动试验单、结构优化，在常温、高温及潮湿状态下摩擦因数 稳定，制动性能良好，制动效率高，而且安全可靠性 较高，使用寿命长，能在列车速度300 kmh时有效 制动，满足300 kmh高速列车的运行要求。(2)常用制动试验参考文献： 闸片压力为858 kN2，试验结果见表4。1石宗利，李蕈庵高速列车粉末制动闸片材料研究J机械工坡道制动摩擦因数最低值043，静摩擦因数平 程学报2006(6)：119一122均值为057，一次停车制动闸片磨耗量为003 2曲在纲，黄月初粉末冶金摩擦材料M北京：冶金工业出版cm3MJ。社 3NM费多尔钦科，等现代摩擦材料M徐润泽，黄国伟，李金5 结论 鹏，译北京：冶金工业出版社 (编辑：施翠燕) 研制的高速列车用制动闸片配方合理、工艺简9万方数据
高速列车粉末冶金制动闸片的研制
