CN114110062B - 一种磁悬浮列车制动材料及其制备技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁悬浮列车制动材料及其制备方法，其特征在于，材料的组成按质量分数表示为铜50‑70％、铁10‑20％、铁合金1‑10％、镍2‑4％、铬2‑6％、钨1‑2％、二氧化硅1‑4％、二硫化钼1‑5％、石墨5‑15％；其制备工艺为：1)钢背准备：钢板‑‑冲压‑‑酸洗‑‑清洗‑‑镀铜‑‑钢背；2)原料粉末混合‑‑成形‑‑压力烧结‑‑机加工。区别于盘式制动及闸瓦制动，用本发明及其制备技术获得的制动材料，特别适用于磁悬浮列车F轨制动，尤其是在对偶材料为Q‑235B时，本制动材料的摩擦系数为0.25‑0.35之间，磨损率小于0.25cm3/MJ，对偶件磨损率小于0.1cm3/MJ，完全满足40‑200km/h磁悬浮列车制动的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通领域，适用于磁悬浮列车的制动。
背景技术
刹车片或闸片是列车制动的关键零部件，其材料的优劣直接影响列车的安全。而根据列车的车型、时速、载荷及制动方式不同，必须选取相应的刹车材料。区别于普通电力机车的闸瓦--车轮制动、高速列车的刹车闸片--盘式制动，磁悬浮列车采用的是刹车片直接作用于F轨的直线制动。由于制动方式的不同，且F轨(Q235-B材料)的刹车工作面为原始铸锻面，其表面粗糙度很高，而且，由于F轨每节的钢轨较短，存在大量的膨胀缝，因此，对制动材料的强度及韧性要求相对较高，现有材料的寿命较低，一般不超过3000公里，严重影响了线路的正常运营，提高了线路的运营成本，不能满足使用要求。
发明内容
本发明一种磁悬浮列车制动材料及其制备技术，其目的在于解决磁悬浮列车F轨的制动问题。为此，本发明一种磁悬浮列车制动材料及其制备技术，提供了以下技术方案：
本发明一种所述的磁悬浮列车制动材料，材料的组成按质量分数表示为铜50-70％、优选为50-65％，铁10-20％、优选为10-15％，铁合金1-10％、优选为4-6％，镍2-4％、优选为2-3％，铬2-6％、优选为2-4％，钨1-2％，二氧化硅1-4％、优选为2-3％，二硫化钼1-5％、优选为2-3％，石墨5-15％。
本发明一种所述的磁悬浮列车制动材料，所采用的原材料中，铜为电解铜粉，粒度为-300目；铁为羰基铁粉，粒度为3--5微米；铁合金的粒度为-200目；镍为羰基镍粉，粒度为1-3微米；铬粉粒度为-200目；钨粉粒度为1-3微米；二氧化硅的粒度为70#；二硫化钼的粒度为-200目；石墨为颗粒石墨，粒度为-50目。
本发明一种所述的磁悬浮列车制动材料的制备技术，具体步骤如下：
1)钢背准备：将钢板于模具中冲压成型(如果钢背的厚度和形状不适合冲压时可采用机加工的方法加工)，然后进行酸洗、清洗、镀铜，清洗干燥后备用。
2)原料粉末混合：按照材料配比的质量分数称取原材料，于混料器中混合，获得磁悬浮列车制动材料的原料粉末。混料器的转速为20-45转/分钟，混合时间为2-5小时。
3)成形：将混合好的粉末于模具中压制成形，获得磁悬浮列车制动材料成形压坯。成形压力为350-600MPa。
4)压力烧结：将3)获得的压坯和1)获得的钢背对整齐，放入压力烧结炉中烧结，获得磁悬浮列车制动材料坯件。烧结压力在720℃以下时为0.5MPa，在720℃以上时为1-5MPa，烧结温度为950-1050℃，烧结时间为1-5小时，保护气氛为分解氨。
5)机加工：按照客户的要求，加工工作面及导向角。
本发明一种磁悬浮列车制动材料的制备方法，所述铁合金选自高碳铬铁、高碳锰铁、硅铁或硼铁中的至少一种。优选为高碳铬铁与高碳锰铁、硅铁或硼铁中的至少一种混合。作为进一步的优选铁合金由高碳铬铁、高碳锰铁、硅铁、硼铁按质量比：高碳铬铁：高碳锰铁：硅铁：硼铁＝3:1:1:1组成；
所述高碳铬铁中铬含量65wt％，所述高碳锰铁中锰的含量为75wt％，所述硅铁中硅的含量75wt％，所述硼铁中硼20wt％。
本发明一种磁悬浮列车制动材料的制备方法，混合时混料器的转速为20-45转/分钟，混合时间为2-5小时。
本发明一种磁悬浮列车制动材料的制备方法，成形时的成形压力为350-600MPa。
本发明一种磁悬浮列车制动材料的制备方法，烧结压力在720℃时以下为0.5MPa，在720℃以上时为1-5MPa，烧结温度为950-1050℃，烧结时间为1-5小时。
本发明一种磁悬浮列车制动材料的制备方法，所得制动材料与Q235-B制造的F轨对磨时，制动材料的摩擦系数为0.25--0.35之间，磨损率小于等于0.25cm3/MJ。
本发明一种磁悬浮列车制动材料的制备方法，所得制动材料的密度为4.9～5.2g/cm3、表观硬度为20～30HBW、冲击韧性为1.2-1.8J/cm2、抗压强度为100-150MPa、横向断裂强度80-100MPa、抗剪强度9-12MPa。
本发明一种磁悬浮列车制动材料的制备方法，所得制动材料与Q235-B制造的F轨对磨时，对偶件磨损率小于等于0.1cm3/MJ。
本发明一种磁悬浮列车制动材料的制备方法，所得制动材料用作120km/h磁悬浮列车用闸片时，其材料的组成按质量分数优选为：铜65％、铁10％、铁合金4％、镍2％、铬2％、钨1％、二氧化硅2％、二硫化钼2％、石墨12％。
本发明一种磁悬浮列车制动材料的制备方法，所得制动材料用作160km/h磁悬浮列车用闸片时，其材料的组成按质量分数优选为：铜50.5％、铁15％、铁合金6％、镍2％、铬4％、钨1.5％、二氧化硅3％、二硫化钼3％、石墨15％。
本发明一种磁悬浮列车制动材料的制备方法，所得制动材料用作200km/h磁悬浮列车用闸片时，其材料的组成按质量分数优选为：铜50.5％、铁15％、铁合金6％、镍2％、铬4％、钨1.5％、二氧化硅3％、二硫化钼3％、石墨15％；其中铁合金由高碳铬铁、高碳锰铁、硅铁、硼铁按质量比：高碳铬铁：高碳锰铁：硅铁：硼铁＝3:1:1:1组成；
所述高碳铬铁中铬含量65wt％，所述高碳锰铁中锰的含量为75wt％，所述硅铁中硅的含量75wt％，所述硼铁中硼20wt％。该方案可得得到优质的满足200km/h磁悬浮列车用制动材料，其摩擦系数为0.305，制动材料磨损率为0.12cm3/MJ、对偶材料磨损率为0.06cm3/MJ。所得制动材料的密度为5.4g/cm3、表观硬度为42HBW、冲击韧性为2.0J/cm2、抗压强度为192MPa、横向断裂强度116MPa、抗剪强度62MPa、粘结强度71MPa、稳定系数0.93。
本发明一种磁悬浮列车制动材料及其制备技术与现有技术相比，具有以下优点：
本发明一种磁悬浮列车制动材料及其制备技术通过合金元素、合金、减摩组元、摩擦组元的合理搭配，并采用不同粒度及粒度组成的粉末，显著提高了制动材料的强度、韧性和耐磨性，获得了合理的摩擦系数和稳定系数，尤其是与Q235-B制造的F轨对磨时，本制动材料的摩擦系数为0.25--0.35之间，磨损率小于0.25cm3/MJ，是现有制动材料寿命的1.5--2.5倍，完全满足磁悬浮列车的制动要求。
本发明一种磁悬浮列车制动材料的性能见下表：
附图说明
图1为实施例一所得磁悬浮列车制动材料的组织表征图；
从图中可以看出：铜合金及铁、铬、镍、铁合金保证了材料的强度和韧性，石墨及二硫化钼为材料提供了润滑性，二氧化硅、铁合金及钨为材料提供了耐磨性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例一：120km/h磁悬浮列车用闸片
一种磁悬浮列车制动材料及其制备技术，其材料的组成按质量分数为铜65％、铁10％、铁合金4％(高碳铬铁，其中铬含量65wt％)、镍2％、铬2％、钨1％、二氧化硅2％、二硫化钼2％、石墨12％。
其制造工艺为：
1)钢背准备：将5mm钢板于模具中冲压成型，然后进行酸洗、清洗、镀铜，清洗干燥后备用。
2)原料粉末混合：按照上述的材料配比称取原材料，于混料器中混合，获得120km/h磁悬浮列车制动材料原料粉末。混料器的转速为45转/分钟，混合时间为3小时。
3)成形：将混合好的粉末于模具中压制成形，获得120km/h磁悬浮列车制动材料成形压坯。成形压力为400MPa。
4)压力烧结：将3)获得的压坯和1)获得的钢背对整齐，放入压力烧结炉中烧结，获得120km/h磁悬浮列车制动材料坯件。烧结压力在720℃以下时为0.5MPa，在720℃以上时为1.5MPa，烧结温度为950℃，烧结时间为2小时，保护气氛为分解氨。
5)机加工：按照客户的要求，加工工作面及导向角。
按照实施例一的一种磁悬浮列车制动材料及其制备技术所获得120km/h磁悬浮列车用制动材料，其摩擦系数为0.28，制动材料磨损率为0.16cm3/MJ、对偶材料磨损率为0.08cm3/MJ。所得制动材料的密度为5.3g/cm3、表观硬度为35HBW、冲击韧性为1.6J/cm2、抗压强度为168MPa、横向断裂强度104MPa、抗剪强度52MPa、粘结强度66MPa、稳定系数0.88。
实施例二：160km/h磁悬浮列车用闸片
一种磁悬浮列车制动材料及其制备技术，其材料的组成按质量分数为铜58.5％、铁12％、铁合金5％(其中高碳铬铁占3％、高碳锰铁2％，高碳铬铁中铬含量65wt％、高碳锰铁中锰的含量为75wt％)、镍3％、铬3％、钨1％、二氧化硅2.5％、二硫化钼3％、石墨12％。
其制造工艺为：
1)钢背准备：将6mm钢板于模具中冲压成型，然后进行酸洗、清洗、镀铜，清洗干燥后备用。
2)原料粉末混合：按照上述的材料配比称取原材料，于混料器中混合，获得160km/h磁悬浮列车制动材料原料粉末。混料器的转速为45转/分钟，混合时间为4小时。
3)成形：将混合好的粉末于模具中压制成形，获得160km/h磁悬浮列车制动材料成形压坯。成形压力为450MPa。
4)压力烧结：将3)获得的压坯和1)获得的钢背对整齐，放入压力烧结炉中烧结，获得160km/h磁悬浮列车制动材料坯件。烧结压力在720℃以下时为0.5MPa，在720℃以上时为2MPa，烧结温度为980℃，烧结时间为2.5小时，保护气氛为分解氨。
5)机加工：按照客户的要求，加工工作面及导向角。
按照实施例二的一种磁悬浮列车制动材料及其制备技术所获得160km/h磁悬浮列车用制动材料，其摩擦系数为0.30，制动材料磨损率为0.14cm3/MJ、对偶材料磨损率为0.07cm3/MJ。所得制动材料的密度为5.25g/cm3、表观硬度为39HBW、冲击韧性为1.7J/cm2、抗压强度为176MPa、横向断裂强度109MPa、抗剪强度55MPa、粘结强度70MPa、稳定系数0.90。
实施例三：200km/h磁悬浮列车用闸片
一种磁悬浮列车制动材料及其制备技术，其材料的组成按质量分数为铜50.5％、铁15％、铁合金6％(其中高碳铬铁占3％、高碳锰铁1％、硅铁1％、硼铁1％，高碳铬铁中铬含量65wt％、高碳锰铁中锰的含量为75wt％、硅铁中硅的含量75wt％、硼铁中硼20wt％)、镍2％、铬4％、钨1.5％、二氧化硅3％、二硫化钼3％、石墨15％。
其制造工艺为：
1)钢背准备：将12mm钢板铣加工平整，然后进行酸洗、清洗、镀铜，清洗干燥后备用。
2)原料粉末混合：按照上述的材料配比称取原材料，于混料器中混合，获得200km/h磁悬浮列车制动材料原料粉末。混料器的转速为45转/分钟，混合时间为5小时。
3)成形：将混合好的粉末于模具中压制成形，获得200km/h磁悬浮列车制动材料成形压坯。成形压力为500MPa。
4)压力烧结：将3)获得的压坯和1)获得的钢背对整齐，放入压力烧结炉中烧结，获得200km/h磁悬浮列车制动材料坯件。烧结压力在720℃以下时为0.5MPa，在720℃以上时为2.5MPa，烧结温度为1000℃，烧结时间为3小时，保护气氛为分解氨。
5)机加工：按照客户的要求，加工工作面及导向角。
按照实施例三的一种磁悬浮列车制动材料及其制备技术所获得200km/h磁悬浮列车用制动材料，其摩擦系数为0.305，制动材料磨损率为0.12cm3/MJ、对偶材料磨损率为0.06cm3/MJ。所得制动材料的密度为5.4g/cm3、表观硬度为42HBW、冲击韧性为2.0J/cm2、抗压强度为192MPa、横向断裂强度116MPa、抗剪强度62MPa、粘结强度71MPa、稳定系数0.93。
Claims (8)
1.一种磁悬浮列车制动材料，其特征在于，材料的组成按质量分数表示为铜50-70%、铁10-20%、铁合金1-10%、镍2-4%、铬2-6%、钨1-2%、二氧化硅1-4%、二硫化钼1-5%、石墨5-15%；
所述的磁悬浮列车制动材料通过下述步骤制备：
1）钢背准备：将钢板于模具中冲压成型，然后进行酸洗、清洗、镀铜，清洗干燥后备用；
2）原料粉末混合：按设计的材料配比称取原材料，于混料器中混合，获得磁悬浮列车制动材料的原料粉末，混料器的转速为20-45转/分钟，混合时间为2-5小时；
3）成形：将混合好的粉末于模具中压制成形，获得磁悬浮列车制动材料成形压坯，成形压力为350-600MPa；
4）压力烧结：将3）获得的压坯和1）获得的钢背对整齐，放入压力烧结炉中烧结，获得磁悬浮列车制动材料坯件；烧结压力在720oC以下时为0.5MPa，在720oC以上时为1-5MPa，烧结温度为950-1050oC，烧结时间为1-5小时，保护气氛为分解氨；
5）机加工：按照客户的要求，将4）获得的磁悬浮列车制动材料坯件铣加工工作面及导向角；
所采用的原材料中，铜为电解铜粉，粒度为-300目；铁为羰基铁粉，粒度为3--5微米；铁合金的粒度为-200目；镍为羰基镍粉，粒度为1-3微米；铬粉粒度为-200目；钨粉粒度为1-3微米；二氧化硅的粒度为70#；二硫化钼的粒度为-200目；石墨为颗粒石墨，粒度为-50目。
2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车制动材料，其特征在于：所述铁合金选自高碳铬铁、高碳锰铁、硅铁或硼铁中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车制动材料，其特征在于：混合时混料器的转速为20-45转/分钟，混合时间为2-5小时。
4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车制动材料，其特征在于：成形时的成形压力为350-600MPa。
5.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车制动材料，其特征在于：烧结压力在720oC时以下为0.5MPa，在720oC以上时为1-5MPa，烧结温度为950-1050oC，烧结时间为1-5小时。
6.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车制动材料，其特征在于：所得制动材料与Q235-B制造的F轨对磨时，制动材料的摩擦系数为0.25--0.35之间，磨损率小于等于0.25cm3/MJ。
7.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车制动材料，其特征在于：所得制动材料的密度为4.9~5.2 g/cm3、表观硬度为20~30HBW、冲击韧性为1.2-1.8 J/cm2、抗压强度为100-150MPa、横向断裂强度80-100 MPa、抗剪强度9-12MPa。
8.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车制动材料，其特征在于：所得制动材料与Q235-B制造的F轨对磨时，对偶件磨损率小于等于0.1cm3/MJ。
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