CN108754221B - 高速列车用电机摩擦盘材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速列车用电机摩擦盘材料，其组成以质量百分比计包括：Sn 5.0％～9.5％，Zn 5.0％～7.5％，Al 4.0％～6.5％，Mg 1.0％～2.5％，Ni 2.0％～4.5％，Si 0％～0.6％，Zr 0.01％～0.08％，B 0％～0.03％，Sc 0％～0.04％，Ag 0％～0.5％，余量为Cu。其制备方法为根据需求设计铜合金化学成分，采用工频电炉进行熔炼得到铸态试样，对铸态试样进行固溶和时效热处理。本发明优化材料组成配比，提高了铜合金的硬度，导电率，获得了微观组织均匀、耐磨性好、导电率良好的铜合金材料的摩擦盘，制备过程简单且降低了制造成本。

Description

高速列车用电机摩擦盘材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高速列车用零部件材料及制备方法，具体涉及一种高速列车用电机摩擦盘材料及其制备方法。
背景技术
高速列车因快捷、舒适，而被越来越多的人们首先乘坐的公共交通工具。高速列车的产业随之迅速发展、壮大，其中关键的零部件仍需依懒进口。高速列车中的牵引电机的摩擦盘零部件一般为进口件。摩擦盘需要有高的耐磨性能、良好的导电性能。摩擦盘的材质为铜合金，要保持摩擦盘良好的导电性性能，增加合金中铜的含量，但会降低合金的硬度，耐磨性会变差，同时还增加摩擦盘制造材料的成本。中国专利201710350239.5公开了一种高铁列车电机摩擦盘的生产工艺及系统，通过拉拔连铸的方法获得摩擦盘的坯料，切断坯料机加工成零件。该方法的成分中含有Cn和Sn含量的总和超过90％，制造成本高，坯料的制造过程中还易造成中心偏析和疏松。中国专利201611001511.0的专利公开了一种高铁用摩擦盘及其制备方法，组分铜的含量接近90％。其中采用真空吸气熔模铸造方法成型零件。该方法散热条件原因，易造成铸件中心部位晶粒粗大，降低合金的硬度，而且熔模铸造工艺流程较复杂。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种高速列车用电机摩擦盘材料及其制备方法，解决现有摩擦盘材料硬度低、耐磨性较差、制备过程复杂和成本高的问题。
技术方案：本发明所述的高速列车用电机摩擦盘材料，其组成以质量百分比计包括：Sn 5.0％～9.5％，Zn 5.0％～7.5％，Al 4.0％～6.5％，Mg 1.0％～2.5％，Ni 2.0％～4.5％，Si 0％～0.6％，Zr 0.01％～0.08％，B 0％～0.03％，Sc 0％～0.04％，Ag 0％～0.5％，余量为Cu。
其中，所述高速列车用电机摩擦盘材料硬度是HB 180～225，摩擦系数在0.12～0.18，电导率为14％～18％。
所述的高速列车用电机摩擦盘材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据需求确定各个化学成分含量；
(2)采用电炉熔炼Cu水，铜水化清后一次添加纯Ag、纯Sn、纯Zn、纯Al、纯Ni或B-Ni中间合金、纯Al或Al-Sc中间合金或Al-Zr中间合金、Al-Si中间合金，最后添加纯Mg，拔渣，出炉，进行浇注，通过预热的金属模具铸造获得铸态试样。
(3)对步骤(2)获得的铸态试样进行固溶和时效相结合的热处理即得到高速列车用电机摩擦盘材料。
其中，所述步骤(2)的热处理工艺为550～750℃保温6～12小时，水淬，然后在350～500℃保温3～9小时，空冷，电炉为工频电炉或频感应熔炼炉。
有益效果：本发明优化材料组成配比，采用固溶处理和时效相结合的热处理工艺，通过改变热处理保温温度和保温时间，调控铜合金的微观组织，提高了铜合金的硬度，导电率，获得了微观组织均匀、耐磨性好、导电率良好的摩擦盘材料，制备过程简单且降低了制造成本。
附图说明
图1为实施例1铜合金铸态金相图；
图2为实施例1铜合金热处理后的金相图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
三个实施例的高速列车用电机摩擦盘材料的化学成分原料配比如下表所示：
表1电机摩擦盘材料的的化学成分组成(wt.％)
序号 Sn Zn Al Mg Ni B Zr Sc Ag Si Cu
实例1 7.5 6.5 5.0 1.0 2.0 0.01 余量
实例2 8.0 7.0 6.0 1.5 3.0 0.02 0.015 余量
实例3 9.0 6.0 7.5 2.5 1.5 0.035 0.015 0.45 余量
实施例1
按表1所示称样，采用100Kg工频感应电炉熔炼铜水，化清后依次添加纯银、纯锡、纯锌、纯铝、纯镍，最后添加纯镁，拔渣，出炉，进行浇注；通过预热的金属模具铸造获得铸态试样。将铸态试样加热到650℃保温6小时，水淬，然后在500℃保温6小时，空冷。
实施例2
按表1所示称样，采用100Kg工频感应电炉熔炼铜水，化清后依次添加纯锡、纯锌、纯铝、硼-镍中间合金、铝-钪中间合金金，最后添加纯镁，拔渣，出炉，进行浇注；通过预热的金属模具铸造获得铸态试样。线切割加工热处理用试样。将铸态试样加热550℃保温12小时，水淬，然后在450℃保温12小时，空冷。
实施例3
按上表1所述称样，采用100Kg工频感应电炉熔炼铜水，化清后依次添加纯银、纯锡、纯锌、纯铝、纯镍、铝-锆中间合金、铝-硅合金，最后添加纯镁，拔渣，出炉，进行浇注；通过预热的金属模具铸造获得铸态试样。线切割加工热处理用试样。将铸态试样加热750℃保温6小时，水淬，然后在500℃保温6小时，空冷。
将上述三种实例的铸态和热处理态试样导电率、布氏硬度及载荷100N、滑动速度45m/s条件下的摩擦系数见表2。
表2铸态与热处理态试样的性能比较
Figure BDA0001692729800000031
有上表看出，实施例1获得的摩擦盘材料的物理性能是最好的，对实施例1铸态和热处理试样进行金相试验，结果见图1和图2，根据金相图可见铸态样相组织粗大，热处理后试样的组织细化、均匀。

Claims (5)

1.一种高速列车用电机摩擦盘材料，其特征在于，其配料组成以质量百分比计包括：Sn5.0％～9.5％，Zn 5.0％～7.5％，Al 4.0％～6.5％，Mg 1.0％～2.5％，Ni 2.0％～4.5％，Si 0％～0.6％，Zr 0.01％～0.08％，B 0％～0.03％，Sc 0％～0.04％，Ag 0％～0.5％，余量为Cu。
2.根据权利要求1所述的高速列车用电机摩擦盘材料，其特征在于，所述高速列车用电机摩擦盘材料硬度是HB 180～225，摩擦系数在0.12～0.18，电导率为14％～18％。
3.一种权利要求1所述的高速列车用电机摩擦盘材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据需求确定各个化学成分含量；
(2)采用电炉熔炼Cu水，Cu水化清后一次添加纯Ag、纯Sn、纯Zn、纯Al、纯Ni或B-Ni中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Si中间合金，最后添加纯Mg，拔渣，出炉，进行浇注，通过预热的金属模具铸造获得铸态试样；
(3)对步骤(2)获得的铸态试样进行固溶和时效相结合的热处理即得到高速列车用电机摩擦盘材料。
4.根据权利要求3所述的高速列车用电机摩擦盘材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的热处理工艺为550～750℃保温6～12小时，水淬，然后在350～500℃保温3～9小时，空冷。
5.根据权利要求3所述的高速列车用电机摩擦盘材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的电炉为工频感应电炉。
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