CN101666364B - 一种铜基粉末冶金离合器摩擦体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，包括钢芯板，其特征在于：一片铜基粉末冶金摩擦片装叠在钢芯板上，并在加压下烧结为一体。铜基粉末冶金摩擦片的成分重量百分比为：铜包铁复合粉：12～14％，Sn：5～7％，Pb：2～4％，Zn：1～3％，合批石墨粉：8～10％，SiC：3～5％，ZrO₂·SiO₂(锆英砂)：5～7％[或3Al₂O₃·2SiO₂(莫来石)：5～7％]，Cu：余量；添加剂：硬脂酸锌为总量的0.8％，机油为总量的0.3％。本发明离合制动性能好，接排柔合、平稳，安全可靠；不仅解决了生产铁路轨道机车离合器摩擦体的技术问题，同时还可以用于生产制造大型重载汽车、工程锻压机械等所需的离合器干式摩擦制动元件。

Description

一种铜基粉末冶金离合器摩擦体

技术领域

本发明涉及离合器组件，具体涉及一种铜基粉末冶金离合器摩擦体。

背景技术

轨道机车(JZM-03)的离合器从动摩擦盘总成是铁路系统各机务段所用轨道机车离合器中的关键部件，它与中压板(离合器对偶)组成摩擦副，在离合器中起着传递扭矩、承担着轨道车前进、停止、后退的作用，是轨道机车离合器中必不可少的重要部件。每台轨道车离合器中有2个离合器从动摩擦盘总成和1个中压板，加上左、右两端盖板组成四个摩擦副。其中轨道机车离合器从动摩擦盘总成又是由12个离合器摩擦体、1个离合器钢芯片、大小减振弹簧各8个、1个花盘、1个花键齿盘、2个盖板，并用10个平头铆钉和8个沉头铆钉等共计61个零件铆接组装而成。每个离合器摩擦体是由一块钢芯板和连接在其上的一片摩擦片，在加压式钟罩炉中烧结而成的。

依据QC/T25-2004、JB3063-1982、TB/T3005-2008等中国行业标准，铁路轨道机车最大轴重25吨、最大运行速度120Km/h、最大牵引力≥217.5KN，工作负荷很大。在这样重载条件下工作的摩擦材料，必须承受较高的使用温度，要有较高的机械-物理性能和可靠的摩擦-磨损性能。要求烧结制品密度ρ＝4.8～5.5g/cm³、表面硬度HB＝25～60、抗压强度≥147N/mm²；抗剪强度≥20N/mm²；静摩擦系数不低于0.30；滑动平均摩擦系数≥0.26。而现有的摩擦材料，如FM-103G、FM-105G等铜基粉末冶金摩擦材料，在轨道车这样的重载条件下，摩擦系数仅为0.15-0.2左右，抗剪、抗压强度较低，磨损也大，达不到铁路轨道车的要求，其价格较高，不经济。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，它有良好的热稳定性，能承受较高的使用温度；有良好的耐磨性，使用寿命能达到中国行业标准的规定；有良好的磨合性和抗粘性，能够平稳地传递扭矩和制动，而且成本较低。

本发明所述的一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，包括钢芯板，其特征在于：一片铜基粉末冶金摩擦片装叠在钢芯板上，并在加压下烧结为一体。

所述的一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，其特征在于：所述的铜基粉末冶金摩擦片的成分重量百分比为：铜包铁复合粉(Cu·Fe)：12～14％，Sn：5～7％，Pb：2～4％，Zn：1～3％，合批石墨粉(C_合批)：8～10％，SiC：3～5％，ZrO₂·SiO₂(锆英砂)：5～7％，Cu：余量；添加剂：硬脂酸锌为总量的0.8％，机油为总量的0.3％；

所述的铜基粉末冶金摩擦片的成分规格为：铜包铁复合粉(Cu·Fe)：-100目，Sn：-200目，Pb：-200目，Zn：-150目，合批石墨粉(C_合批)：-60～+100目占75％、-100～+140目占15％、-200目占10％，SiC：-60～+140目，ZrO₂·SiO₂(锆英砂)：-60～+140目，Cu：-200目；添加剂：硬脂酸锌：-325目，机油：30#。

所述的一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，其制造工艺流程如下：

第一步，按照上述配方备料→配料→混合→压制得到铜基粉末冶金摩擦片，压制过程在Y32-500型号的压力设备上进行，压制压力为4～4.5T/cm²；

第二步，选用钢板→冲压→去毛刺→镀铜得到钢芯板；

第三步，将铜基粉末冶金摩擦片装叠在钢芯板上，并用胶带固定；

第四步，加压烧结，将铜基粉末冶金摩擦片装叠在钢芯板上后，在加压下烧结为一体，烧结过程是在型号为RSZ35-115钟罩式加压烧结炉中进行的，其工艺参数是：温度为760～780℃、烧结压力为9～10Kg/cm²、保温时间为3～3.5h；烧结保温结束后，随炉冷却到700℃，吊去炉体，空冷至300℃，再在内罩上浇水冷至80℃以下，停气出炉；整个烧结过程均在氨分解气(H₂、N₂)保护条件下进行；

最后，经刷光→扩孔→磨端面→去毛刺→整形→终检→入库。

所述的一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，其特征在于：所述的铜基粉末冶金摩擦片的成分重量百分比为：铜包铁复合粉(Cu·Fe)：12～14％，Sn：5～7％，Pb：2～4％，Zn：1～3％，合批石墨粉(C_合批)：8～10％，SiC：3～5％，3Al₂O₃·2SiO₂(莫来石)：5～7％，Cu：余量；添加剂：硬脂酸锌为总量的：0.8％，机油为总量的0.3％；

所述的铜基粉末冶金摩擦片的成分规格为：铜包铁复合粉(Cu·Fe)：-100目，Sn：-200目，Pb：-200目，Zn：-150目，合批石墨粉(C_合批)：-60～+100目占75％、-100～+140目占15％、-200目占10％，SiC：-60～+140目，3Al₂O₃·2SiO₂(莫来石)：-60～+140目，Cu：-200目；添加剂：硬脂酸锌-325目，机油30#。

所述的一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，其制造工艺流程如下：

第一步，按照上述配方备料→配料→混合→压制得到铜基粉末冶金摩擦片，压制过程是在Y32-500型号的压力设备上进行，压制压力为4～4.5T/cm²；

第二步，选用钢板→冲压→去毛刺→镀铜得到钢芯板1；

第三步，将铜基粉末冶金摩擦片装叠在钢芯板上，并用胶带固定。

第四步，加压烧结，将铜基粉末冶金摩擦片装叠在钢芯板上后，在加压下烧结为一体，烧结过程是在型号为RSZ35-115的钟罩式加压烧结炉中进行的，其工艺参数是：温度为760～780℃、烧结压力为9～10Kg/cm²、保温时间为3～3.5h；烧结保温结束后，随炉冷却到700℃，吊去炉体，空冷至300℃，再在内罩上浇水冷至80℃以下，停气出炉；整个烧结过程均在氨分解气(H₂、N₂)保护条件下进行；

最后，经刷光→扩孔→磨端面→去毛刺→整形→终检→入库。

本铜基粉末冶金摩擦片的特点：

(1)在基体材料Cu粉中加入12～14％的铜包铁复合粉(Cu·Fe)作为基体材料的辅助组元，有利于基体硬度和强度性能的提高；所述的铜包铁复合粉是一种在-100目铁粉上，用化学方法均匀包覆一层铜。

(2)成分中的合批石墨粉(C_合批)系采用不同粒度的鳞片石墨和恰当的比例(即-60～+100目占75％；-100～+140目占15％；-200目占10％)组成的合批石墨粉。这种合理的粒度组成，既有利于润滑，又有利于提高材料的最低摩擦系数，减小摩擦系数的波动性，使材料的耐磨性变好；

(3)成分中加入粒度较粗、比例为3～5％的碳化硅、比例为5～7％的锆英砂或者比例为5～7％的莫来石粉末作为摩擦组元，较单一的碳化硅材料好，能得到较为理想的摩擦-磨损性能。特别是锆英砂的加入，比加入莫来石的工艺性能要好。

本发明的有益效果：

1)离合制动性能好，摩擦系数稳定，接排柔合、平稳，安全可靠。

2)粉层密度高、表观硬度低，自身磨损和对偶磨损小，使用寿命长，高于国外同类产品的质量水准。

3)热稳定性好，烧结件能在500℃以下正常工作。

4)涉水性好，离合器遇有雨水时，仍然保持良好的摩擦性能，而且对环境无污染；

5)增加了一种适合重载条件下工作的新型(干式)铜基粉末冶金摩擦材料，不仅解决了生产JZM-03/01铁路轨道机车离合器摩擦体要求的技术问题，同时还可以用这种材料生产制造大型重载汽车、工程锻压机械等所需的离合器干式摩擦制动元件。

附图说明

图1是离合器摩擦体的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

具体实施方式

实施例一：第一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，参见图1和图2，一片铜基粉末冶金摩擦片2装叠在钢芯板1上，并在加压下烧结为一体；其铜基粉末冶金摩擦片2的成份及规格见表1

表1

注：※为合批石墨粉，其合批比例为：-60～+100目占75％；-100～+140目占15％；-200目占10％；Cu·Fe为铜包铁复合粉，其专利号为：ZL031178634，执行标准：Q/CYZ.6-2001。

第一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，其制造工艺流程如下：

第一步，按照上述配方备料→配料→混合→压制得到铜基粉末冶金摩擦片2；压制过程是在Y32-500型号的压力设备上进行，压制压力为4～4.5T/cm²；

第二步，选用钢板→冲压→去毛刺→镀铜得到钢芯板1；

第三步，将铜基粉末冶金摩擦片2装叠在钢芯板1上；并用胶带固定；

第四步，加压烧结，将铜基粉末冶金摩擦片2装叠在钢芯板1上后，在加压下烧结为一体，烧结过程是在型号为RSZ35-115的钟罩式加压烧结炉中进行的，其工艺参数是：温度为760～780℃、烧结压力为9～10Kg/cm²、保温时间为3～3.5h；烧结保温结束后，随炉冷却到700℃，吊去炉体，空冷至300℃，再在内罩上浇水冷至80℃以下，停气出炉；整个烧结过程均在氨分解气(H₂、N₂)保护条件下进行；

最后，经刷光→扩孔→磨端面→去毛刺→整形→终检→入库。

本例中的铜基粉末冶金摩擦片的的成分重量百分比也可为以下2种配方：

(1)Cu·Fe：12％，Sn：7％，Pb：4％，Zn：1％，C_合批：8％，SiC：3％，ZrO₂·SiO₂(锆英砂)：7％，Cu：余量；添加剂：硬脂酸锌为总量的0.8％，机油为总量的0.3％；

(2)Cu·Fe：14％，Sn：5％，Pb：3.5％，Zn：3％，C_合批：8.5％，SiC：3.5％，ZrO₂·SiO₂(锆英砂)：6.5％，Cu：余量；添加剂：硬脂酸锌为总量的0.8％，机油为总量的0.3％。

实施例二：第二种铜基粉末冶金离合器摩擦体，参见图1和图2，一片铜基粉末冶金摩擦片2装叠在钢芯板1上，并在加压下烧结为一体；其铜基粉末冶金摩擦片2的成份及规格见表2。

表2

注：※为合批石墨粉，其合批比例为：-60～+100目占75％；-100～+140目占15％；-200目占10％；Cu·Fe为铜包铁复合粉，其专利号为：ZL031178634，执行标准：Q/CYZ.6-2001。

第二种铜基粉末冶金离合器摩擦体，其制造工艺流程如下：

第一步，按照上述配方备料→配料→混合→压制得到铜基粉末冶金摩擦片2，压制过程是在Y32-500型号的压力设备上进行，压制压力为4～4.5T/cm2；

第二步，选用钢板→冲压→去毛刺→镀铜得到钢芯板1；

第三步，将铜基粉末冶金摩擦片2装叠在钢芯板1上，并用胶带固定。

第四步，加压烧结，将铜基粉末冶金摩擦片2装叠在钢芯板1上后，在加压下烧结为一体，烧结过程是在型号为RSZ35-115的钟罩式加压烧结炉中进行的，其工艺参数是：温度为760～780℃、烧结压力为9～10Kg/cm2、保温时间为3～3.5h；烧结保温结束后，随炉冷却到700℃，吊去炉体，空冷至300℃，再在内罩上浇水冷至80℃以下，停气出炉；整个烧结过程均在氨分解气(H2、N2)保护条件下进行；

最后，经刷光→扩孔→磨端面→去毛刺→整形→终检→入库。

本例中的铜基粉末冶金摩擦片的的成分重量百分比也可为以下2种配方：

(1)Cu·Fe：12％，Sn：7％，Pb：4％，Zn：1％，C合批：8％，SiC：3％，3Al2O3·2SiO2(莫来石)：7％，Cu：余量；添加剂：硬脂酸锌为总量的0.8％，机油为总量的0.3％；

(2)Cu·Fe：14％，Sn：5％，Pb：3.5％，Zn：3％，C合批：8.5％，SiC：3.5％，3Al2O3·2SiO2(莫来石)：6.5％，Cu：余量；添加剂：硬脂酸锌为总量的0.8％，机油为总量的0.3％。

为了获得符合铁路轨道机车离合器摩擦体材料的摩擦-磨损性能，先后进行了多次小样选材试验。下面仅以MM-1000摩擦性能的一次测试为例加以说明，其结果见表3。表3中的配方1#和配方2#是指表1和表2的配方。

表3离合器摩擦体选材试验配方检测结果

注：1、试验试样：

粉末冶金单面试样：φ75×φ53×20(骨架厚度为17)

对偶试样(轮箍钢或耐磨合金铸铁)：φ75×φ53×20

2、试验贯量：2Kg.cm.s 2

3、试验压力：1.0Mpa

4、试验速度(r.p.m)：2000(28.27Km/h)

从上述表中看出：

从摩擦系数看，配方1#和配方2#可取。

配方1#和配方2#样品均对铸铁对偶磨损较大，若用户用的是钢对偶就无所谓了。

从摩擦性能看，两个配方相比较，配方1#稍优于配方2#。但配方2#的工艺性能要优于1#。

根据离合器摩擦体MM-1000摩擦试验检测结果，配方1#和配方2#都能满足轨道机车离合器从动摩擦盘总成的技术要求。

Claims (4)

1.一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，包括钢芯板(1)，其特征在于：一片铜基粉末冶金摩擦片(2)装叠在钢芯板(1)上，并在加压下烧结为一体；所述的铜基粉末冶金摩擦片(2)的成分重量百分比为：铜包铁复合粉：12～14％，Sn：5～7％，Pb：2～4％，Zn：1～3％，合批石墨粉：8～10％，SiC：3～5％，ZrO2·SiO2(锆英砂)：5～7％，Cu余量；添加剂：硬脂酸锌为总量的0.8％，机油为总量的0.3％；

所述的铜基粉末冶金摩擦片(2)的成分规格为：铜包铁复合粉：-100目，Sn：-200目，Pb：-200目，Zn：-150目，合批石墨粉：-60～+100目占75％、-100～+140目占15％、-200目占10％，SiC：-60～+140目，ZrO2·SiO2：-60～+140目，Cu：-200目；添加剂：硬脂酸锌-325目，机油30#。

2.如权利要求1所述的一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，其制造工艺流程如下：

第一步，按照上述配方备料→配料→混合→压制得到铜基粉末冶金摩擦片(2)，压制过程是在Y32-500型号的压力设备上进行的，压制压力为4～4.5T/cm2；

第二步，选用钢板→冲压→去毛刺→镀铜得到钢芯板(1)；

第三步，将铜基粉末冶金摩擦片(2)装叠在钢芯板(1)上，并用胶带固定；

第四步，加压烧结，将铜基粉末冶金摩擦片(2)装叠在钢芯板(1)上后，在加压下烧结为一体，烧结过程是在型号为RSZ35-115钟罩式加压烧结炉中进行的，其工艺参数是：温度为760～780℃、烧结压力为9～10Kg/cm2、保温时间为3～3.5h；烧结保温结束后，随炉冷却到700℃，吊去炉体，空冷至300℃，再在内罩上浇水冷至80℃以下，停气出炉；整个烧结过程均在氨分解气保护条件下进行；

最后，经刷光→扩孔→磨端面→去毛刺→整形→终检→入库。

3.一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，包括钢芯板(1)，其特征在于：一片铜基粉末冶金摩擦片(2)装叠在钢芯板(1)上，并在加压下烧结为一体；所述的铜基粉末冶金摩擦片(2)的成分重量百分比为：铜包铁复合粉：12～14％，Sn：5～7％，Pb：2～4％，Zn：1～3％，合批石墨粉：8～10％，SiC：3～5％，3Al2O3·2SiO2(莫来石)：5～7％，Cu：余量；添加剂：硬脂酸锌为总量的0.8％，机油为总量的0.3％；

所述的铜基粉末冶金摩擦片(2)的成分规格为：铜包铁复合粉：-100目，Sn：-200目，Pb：-200目，Zn：-150目，合批石墨粉：-60～+100目占75％、-100～+140目占15％、-200目占10％，SiC：-60～+140目，3Al2O3·2SiO2(莫来石)：-60～+140目，Cu：-200目；添加剂：硬脂酸锌：-325目，机油：30#。

4.如权利要求3所述的一种铜基粉末冶金离合器摩擦体，其制造工艺流程如下：

第一步，按照上述配方备料→配料→混合→压制得到铜基粉末冶金摩擦片(2)，压制过程是在Y32-500型号的压力设备上进行的，压制压力为4～4.5T/cm2；

第二步，选用钢板→冲压→去毛刺→镀铜得到钢芯板(1)；

第三步，将铜基粉末冶金摩擦片(2)装叠在钢芯板(1)上，并用胶带固定；

第四步，加压烧结，将铜基粉末冶金摩擦片(2)装叠在钢芯板(1)上后，在加压下烧结为一体，烧结过程是在型号为RSZ35-115钟罩式加压烧结炉中进行的，其工艺参数是：温度为760～780℃、烧结压力为9～10Kg/cm2、保温时间为3～3.5h；烧结保温结束后，随炉冷却到700℃，吊去炉体，空冷至300℃，再在内罩上浇水冷至80℃以下，停气出炉；整个烧结过程均在氨分解气保护条件下进行；

最后，经刷光→扩孔→磨端面→去毛刺→整形→终检→入库。

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