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1、高速动车组粉末冶金闸片研制及试验研究第31卷第5期2011年1O月铁道机车车辆RAILWAYL0C0M0TIVE&CARVol-31No.50ct.2Ol1文章编号:1008—7842(2011)05—0100—05高速动车组粉末冶金闸片研制及试验研究李万新,焦标强,李继山,吕宝佳,顾磊磊,陈德峰(中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081)摘要时速350km/h高速列车在紧急制动过程中将产生巨大的热负荷,制动过程中闸片的瞬时温度将达到900℃以上,在此极端工况下普通的闸片材料将难以胜任.根据UIC标准相关要求
2、,结合中国高速列车的运用特点,研制出一种性能优良的高速列车铜基粉末冶金闸片,经大量试验研究分析最终证明所研制高速动车组粉末冶金闸片摩擦性能优良,导热性,耐磨性好,对制动盘无损伤,满足350km/h高速列车制动系统相关需求.关键词高速动车组;制动;粉末冶金闸片中图分类号:U266.2.35文献标志码:A速度等级350km/h高速列车在紧急制动过程中会产生巨大的热负荷,制动过程中闸片表面的瞬时温度将达到900℃以上,在此极端工况下,普通的闸片材料将难以胜任.目前国外高速列车制动闸片均采用粉末冶金材料L1],粉末冶金闸片具有良好的耐
3、磨性,导热性和耐热性,且摩擦系数稳定性受天气影响比较小.但对于时速350km/h高速列车来说,由于制动热负荷大幅提高,普通粉末冶金闸片在运用过程中可能会出现粉末冶金材料合金化进而导致对偶制动盘损伤,此外过高的热负荷也使闸片产生磨耗过快等不良现象.根据UIC标准相关要求,结合中国高速列车的运用特点,研制一种性能优良的具有自主知识产权的高速列车粉末冶金闸片,通过高速动车组1:1制动动力试验对闸片性能进行试验研究.1高速动车组闸片性能特点高速动车组粉末冶金闸片必须具备下列性能:1.1良好耐热性,导热性及散热性高速制动时,闸片摩擦面的
4、温度将会升高到900℃以上,因此高速动车组闸片在高温条件下必须具有良好的机械性能;闸片摩擦材料要具有良好的导热能力,能将制动过程产生的热量快速散发,最大程度减小对制动盘的不利影响.1.2在各种工况下具有稳定的摩擦性能高速制动过程使闸片温度大幅度提高,因此闸片摩擦系数的高温稳定性尤为重要.另外,在高速列车运营环境变化时,例如沙尘,潮湿,雨,雪,冰等天气,也要保李万新(196O一)男,北京人,高级工程师(收稿日期:2Oll一07—25)持摩擦系数的稳定.1.3高的耐磨性和对制动盘的低损伤性高速动车组的制动时间,制动距离,制动功都大
5、幅度增加,这必然导致闸片及对偶制动盘的磨损加剧.因此为了延长闸片使用寿命,降低铁路运营成本,必须在保证摩擦性能的同时,尽可能减小闸片的磨耗量.同时还必须关注闸片对制动盘的影响,避免对制动盘的异常磨耗和损伤.2高速动车组粉末冶金闸片材料组分及制造工艺研究粉末冶金摩擦材料通常由3大组元构成:(1)基体材料组元;(2)摩擦材料组元;(3)润滑材料组元l_3].粉末冶金闸片最终性能不仅取决于以上3种组元的科学配比,还取决于合理的粉末冶金加工工艺.2.1以往研究经验总结分析我国以往的粉末冶金闸片研究过程可以发现:(1)为了提高摩擦系数,
6、防止金属镶嵌,金属转移,往往在闸片材料中添加不同程度的磨料,从而降低了产品的导热性,产生热衰,造成低速制动时的摩擦系数高,高速制动时的摩擦系数低,增大产品自身磨耗,磨损制动盘.(2)磨料的加入以及金属粉末的合金化使铜基闸片的硬度较高(HB≥40),这不但影响产品摩擦系数,还加大了闸片自身以及对偶制动盘的磨耗,同时产生制动噪音.(3)原有铜基粉末冶金闸片的磨耗量通常超过0.5cm./MJ.其原因除了磨料多造成的磨耗以外,还与产品致密度低有关.第5期高速动车组粉末冶金闸片研制及试验研究1O1(4)增大烧结压力可以相对提高制品密度,
7、但压力稍大,烧结时便会有金属析出,反而适得其反,降低了制品的密度和强度.2.2本文研究重点本文所研制的高速列车制动闸片基体合金元素在Cu,Fe,Cr,Mn,Ni中选择组合优化,润滑组元,摩擦组元在石墨,钼中选择组合优化.闸片的研制工作主要从以下几个方面展开:2.2.1充分发挥石墨元素的积极作用铜基摩擦材料中石墨的含量对摩擦材料的密度,摩擦系数,磨损率都有很大影响引.为了充分发挥石墨在闸片材料中的积极作用,在研究过程中对石墨的粒度分布,硬度高低以及配方中所占比例等方面做了大量试验.克服了石墨在工艺加工中的不利因素,将石墨的作用发
8、挥到极致.由于石墨等润滑剂,无机材料的摩擦剂与基体金属之间的比重差异大,采用常规混料工艺始终存在原料偏析的问题,影响产品质量稳定性.因此,我们采用特殊方法将混合料制粒,保证各种不同原料混合均匀,这样既保证了产品性能的均匀和稳定,又提高了粉末的流动性.2.2.2降低闸片材料硬度
