CN101571173B - 一种高速列车刹车片及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高速列车刹车片及制备方法，属粉末冶金材料技术领域，用于解决半金属基合成刹车片摩擦系数不稳定问题。改进后刹车块材料由下述相同重量单位的粉末原料组成：铜粉25-55、镍粉5-20、铁粉4-12、锰粉1-4、铬粉1-9、石墨5-20、碳化硅5-10、钨粉1-8、钛白粉3-6、二氧化硅3-10、钛粉1-4、铝粉1-5，上述原料纯度为工业纯，粒度均为200目以细。本发明刹车块采用金属基复合原料制成，基体原料为具有高导热率及良好塑性的铜合金，配合其它原料的合理选用及优化配比，使制备的刹车片具有如下特点：1.基体抗热冲击性能好，不开裂，2.在摩擦升温的情况下摩擦系数平稳变化；3.磨损率较低，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高速列车的金属基复合材料刹车片及制备方法，属粉末冶金材料技术领域。
背景技术
随着国民经济的快速发展，对运输的便捷性和舒适性要求也不断提高。列车高速化已成为列车运输发展的必然趋势，相对带来的安全问题也越来越受到人们的重视。研究表明列车速度每提高一倍，其制动功率将增加8倍，因此对提速车辆所使用的制动材料提出了相当严格的技术要求。理论研究和实车运营状况表明，现有的常规制动材料，如半金属基合成材料，无论是摩擦系数和列车运行平稳性，还是耐磨性、导热性、制动距离等方面均不能满足提速车辆的需要，在列车行驶速度大于200Km/h的制动过程中，由于摩擦制动，列车的动能几乎全部转化为摩擦热，使摩擦副的温升很高，致使传统半金属基合成刹车片的摩擦系数不稳定、刹车片老化、开裂、磨损加剧、使用寿命缩短，无法满足高速列车制动需要。
发明内容
本发明用于克服已有技术的缺陷而提供一种摩擦系数变化平稳、基体不易老化开裂、磨损率低的高速列车刹车片及制备方法。
本发明所称问题是以下述技术方案解决的：
一种高速列车刹车片，由钢制燕尾板及焊接在燕尾板上的刹车块构成，其特别之处是：所述刹车块材料由下述相同重量单位的粉末原料组成：铜粉25-55、镍粉5-20、铁粉4-12、锰粉1-4、铬粉1-9、石墨5-20、碳化硅5-10、钨粉1-8、钛白粉3-6、二氧化硅3-10、钛粉1-4、铝粉1-5，上述原料纯度为工业纯，粒度均为200目以细。
上述高速列车刹车片，所述刹车块材料由下述相同重量单位的粉末原料组成：铜粉35-50，镍粉8-12、铁粉5-8、锰粉1-2、铬粉2-4、石墨8-14、碳化硅5-7、钨粉3-5、钛白粉3-5、二氧化硅4-6、钛粉1-3、铝粉1-2。
上述高速列车刹车片制备方法，它包括如下步骤：
a.原料混配：按配比称取刹车块粉末原料，放入三维混料机中，混合40分钟，充分混配均匀；
b.烧结热压成型：将上述混合好后的粉末原料装入模具放入烧结炉中烧结热压成型，烧结温度860-900℃、压力10-16Mpa、烧结时间15-30分钟，制成节块；
c.焊接：将热压成型的节块加工成型，再将节块焊接在钢背上、将钢背与燕尾板焊接好，经表面处理后即得到刹车片成品。
本发明方法针对现有半金属基合成刹车片摩擦系数不稳定、无法满足高速列车制动需要的问题进行了改进，其改进要点体现在刹车片关键元件刹车块采用金属基复合原料制成，所述金属基复合原料包括基体原料、合金化原料、增磨原料、减磨原料和增强原料，其中基体原料为具有高导热率及良好塑性的铜合金，配合其它原料的合理选用及优化配比，使制备的刹车片具有如下特点：1.基体抗热冲击性能好，不开裂，热冲击温度可达550℃。2.在摩擦升温的情况下摩擦系数平稳变化，摩擦系数在0.3-0.35之间平稳变化。3.磨损率较低，使用寿命长。经台架测试磨损率为0.17CM3/MJ，其他刹车片的磨损率为1.5CM3/MJ。
具体实施方式
本发明所述刹车片由钢制燕尾板及焊接在燕尾板上的刹车块构成，其主要改进体现在刹车块原料选择及配比上。刹车块原料组成的包括基体材料、合金化材料、增磨材料、减磨材料和增强材料。其中，基体材料为铜合金。铜具有高的导热率，保证了在摩擦过程中很好的散热；铜具有较好的塑性，易于压制；铜具有相对较低的熔点，烧结的工艺性较好。所述合金化材料主要为铝、镍、铁、钨、锰、铬、钛，这些材料的加入会在烧结过程中和基体材料铜进行合金化，增加刹车块的强度，同时由于金属具有较好的导热率，会将摩擦过程中的热量扩散掉，降低摩擦工作面的温度。所述增磨材料主要为碳化硅、二氧化硅、钛白粉，增磨材料由于热压作用与基体材料间存在较好的把持，此种情况下要从基体中将增磨材料分离出来会消耗很大的摩擦功，因而会促进耐磨性提高。同时，由于上述材料具有一定的硬度和不规则的表面，在摩擦过程中会在对偶件表面形成一定深度和数量的犁沟，有利于增强摩擦性能，提高摩擦系数。所述减磨材料主要为石墨。由于石墨具有层状结构，可以有效的降低摩擦系数，在摩擦过程中能够起到良好的减磨做用，同时也会降低刹车片的磨损。
以下提供几个具体实施例，按照配比称取刹车块粉末原料：
实施例1：铜40公斤，镍10公斤、铁6公斤、锰1.5公斤、铬3公斤、石墨12公斤、碳化硅6公斤、钨4公斤、钛白粉4公斤、二氧化硅5公斤、钛2公斤、铝1.5公斤，上述粉末原料纯度为工业纯，粒度均为200目以细。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料，放入三维混料机中，混合40分钟，充分混配均匀；将混合好后的粉末原料装入模具放入烧结炉中烧结热压成型，烧结温度860℃、压力16Mpa、烧结时间25分钟，制成节块；将热压成型的节块加工成型，再将节块焊接在钢背上、将钢背与燕尾板焊接好，经表面处理后即得到刹车片成品。
实施例2：铜35公斤，镍12公斤、铁5公斤、锰2公斤、铬2公斤、石墨8公斤、碳化硅7公斤、钨5公斤、钛白粉5公斤、二氧化硅6公斤、钛1公斤、铝1公斤，述粉末原料纯度为工业纯，粒度均为200目以细。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料，放入三维混料机中，混合40分钟，充分混配均匀；将混合好后的粉末原料装入模具放入烧结炉中烧结热压成型，烧结温度87℃、压力12Mpa、烧结时间30分钟，制成节块；将热压成型的节块加工成型，再将节块焊接在钢背上、将钢背与燕尾板焊接好，经表面处理后即得到刹车片成品。
实施例3：铜50公斤，镍8公斤、铁8公斤、锰1公斤、铬4公斤、石墨14公斤、碳化硅5公斤、钨3公斤、钛白粉3公斤、二氧化硅4公斤、钛3公斤、铝2公斤，述粉末原料纯度为工业纯，粒度均为200目以细。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料，放入三维混料机中，混合40分钟，充分混配均匀；将混合好后的粉末原料装入模具放入烧结炉中烧结热压成型，烧结温度900℃、压力15Mpa、烧结时间15分钟，制成节块；将热压成型的节块加工成型，再将节块焊接在钢背上、将钢背与燕尾板焊接好，经表面处理后即得到刹车片成品。
实施例4：铜25公斤、镍5公斤、铁6公斤、锰2公斤、铬5公斤、石墨5公斤、碳化硅5公斤、钨2公斤、钛白粉3公斤、二氧化硅5公斤、钛1公斤、铝3公斤，上述粉末原料纯度为工业纯，粒度均为200目以细。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料，放入三维混料机中，混合40分钟，充分混配均匀；将混合好后的粉末原料装入模具放入烧结炉中烧结热压成型，烧结温度890℃、压力16Mpa、烧结时间20分钟，制成节块；将热压成型的节块加工成型，再将节块焊接在钢背上、将钢背与燕尾板焊接好，经表面处理后即得到刹车片成品。
实施例5：铜55公斤、镍粉15公斤、铁粉12公斤、锰粉4公斤、铬粉7公斤、石墨15公斤、碳化硅10公斤、钨粉8公斤、钛白粉6公斤、二氧化硅10公斤、钛4公斤、铝粉4公斤，上述粉末原料纯度为工业纯，粒度均为200目以细。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料，放入三维混料机中，混合40分钟，充分混配均匀；将混合好后的粉末原料装入模具放入烧结炉中烧结热压成型，烧结温度880℃、压力12Mpa、烧结时间15-30分钟，制成节块；将热压成型的节块加工成型，再将节块焊接在钢背上、将钢背与燕尾板焊接好，经表面处理后即得到刹车片成品。
实施例6：铜45公斤、镍20公斤、铁10公斤、锰3公斤、铬9公斤、石墨20公斤、碳化硅7公斤、钨4公斤、钛白粉4公斤、二氧化硅8公斤、钛2公斤、铝5公斤，上述粉末原料纯度为工业纯，粒度均为200目以细。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料，放入三维混料机中，混合40分钟，充分混配均匀；将混合好后的粉末原料装入模具放入烧结炉中烧结热压成型，烧结温度890℃、压力11Mpa、烧结时间20分钟，制成节块；将热压成型的节块加工成型，再将节块焊接在钢背上、将钢背与燕尾板焊接好，经表面处理后即得到刹车片成品。
实施例7：铜30公斤、镍粉10公斤、铁粉4公斤、锰粉1公斤、铬粉1公斤、石墨10公斤、碳化硅8公斤、钨粉1公斤、钛白粉4公斤、二氧化硅3公斤、钛3公斤、铝粉1公斤，上述粉末原料纯度为工业纯，粒度均为200目以细。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料，放入三维混料机中，混合40分钟，充分混配均匀；将混合好后的粉末原料装入模具放入烧结炉中烧结热压成型，烧结温度860℃、压力16Mpa、烧结时间25分钟，制成节块；将热压成型的节块加工成型，再将节块焊接在钢背上、将钢背与燕尾板焊接好，经表面处理后即得到刹车片成品。
本发明刹车块与燕尾板采用栽柱式接合结构，有利于散热。
Claims (3)
1.一种高速列车刹车片，由钢制燕尾板及焊接在燕尾板上的刹车块构成，其特征在于：所述刹车块材料由下述相同重量单位的粉末原料组成：铜粉25-55、镍粉5-20、铁粉4-12、锰粉1-4、铬粉1-9、石墨5-20、碳化硅5-10、钨粉1-8、钛白粉3-6、二氧化硅3-10、钛粉1-4、铝粉1-5，上述原料纯度为工业纯，粒度均为200目以细。
2.根据权利要求1所述的高速列车刹车片，其特征在于：所述刹车块材料由下述相同重量单位的粉末原料组成：铜粉35-50，镍粉8-12、铁粉5-8、锰粉1-2、铬粉2-4、石墨8-14、碳化硅5-7、钨粉3-5、钛白粉3-5、二氧化硅4-6、钛粉1-3、铝粉1-2。
3.根据权利要求1或2所述的高速列车刹车片制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
a.原料混配：按配比称取刹车块粉末原料，放入三维混料机中，混合40分钟，充分混配均匀；
b.烧结热压成型：将上述混合好后的粉末原料装入模具放入烧结炉中烧结热压成型，烧结温度860-900℃、压力11-16Mpa、烧结时间15-30分钟，制成节块；
c.焊接：将热压成型的节块加工成型，再将节块焊接在钢背上、将钢背与燕尾板焊接好，经表面处理后即得到刹车片成品。
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