高速铁路用Cu-Fe粉末冶金刹车材料的研究

论文摘要

我国是一个地大物博的国家,铁路运输是我们国家工业化进程以及运输的命脉所在。现今高速列车发展迅速,已有12条城际铁路运行通车。高速列车迅速发展的同时就对其中的刹车材料有了更高的要求。本课题就针对此问题,对现在使用的国外进口样品进行分析测试后,进行自主的研制和测试,以适应高速铁路发展对刹车材料更高要求。本实验通过对国外复合刹车材料样品的分析,确定制作的工艺特点和性能要求,并利用粉末冶金方法制备Cu-Fe粉末冶金刹车材料,详细研究SiC和Cr-Fe相不同摩擦组元刹车材料的组织与性能,实验取得的研究结果表明：（1）国外样品的基体以Cu为主、并含有少量Fe,润滑组元主要以片层状石墨为主、并含有少量的石墨和MoS2颗粒,摩擦组元以Fe-Cr合金为主。摩擦磨损性能测试表明：材料的摩擦系数随着转速的升高逐渐增大,在6800rpm、0.7MPa时摩擦系数达到了0.42,扭矩随时间变化曲线平滑,当刹车压力为0.7MPa时,刹车时间为57s,刹车距离<3km;（2）根据国外样品的分析结果,制备出Fe-Cr合金为摩擦组元的复合刹车材料,研究了润滑组元石墨含量的变化对材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：润滑组元石墨含量的变化对材料摩擦磨损性能的影响不大。其摩擦系数随转速增加逐渐降低,在6800rpm、0.7MPa时,摩擦系数为0.293,刹车时间为80s,刹车距离为4km。其扭矩随时间变化曲线平滑,列车在刹车过程中可以做平稳的匀减速运动；（3）为了提高刹车的摩擦系数,选用SiC作为摩擦组元,制备出SiC为摩擦组元的复合刹车材料,该材料在6800rpm、0.7MPa时,摩擦系数为0.42,刹车时间为62s,刹车距离为3.3km,摩擦系数随转速升高下降,扭矩随时间变化曲线波动较大；（4）为了进一步改善材料的刹车特性,将Fe-Cr合金先进行热处理,制备了热处理后Fe-Cr合金为摩擦组元的复合刹车材料,该材料在6800rpm、0.7MPa时,摩擦系数为0.33,刹车时间为65s,刹车距离为3.5km。在超过5000rpm后,材料的摩擦系数呈现上升趋势,刹车过程较平稳,说明改变摩擦组元的处理状态可以改善复合刹车材料的摩擦性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 摩擦材料
• 1.1.1 摩擦材料的发展趋势
• 1.1.2 摩擦材料的摩擦特性
• 1.1.3 摩擦材料分类
• 1.1.4 摩擦材料的技术要求
• 1.1.5 摩擦材料磨损机理
• 1.2 金属基复合摩擦材料
• 1.2.1 金属基复合材料的定义
• 1.2.2 金属基复合材料的分类及应用
• 1.3 粉末冶金摩擦材料
• 1.3.1 粉末冶金摩擦材料的特性
• 1.3.2 粉末冶金摩擦材料的磨屑形成机理
• 1.4 刹车片材料
• 1.5 火车刹车片材料
• 1.6 高速火车刹车片材料
• 1.6.1 高速火车刹车片的要求
• 1.6.2 制动刹车片种类
• 1.7 本实验的研究背景及意义
• 第2章 实验方法及过程
• 2.1 实验材料及其制备
• 2.1.1 刹车片材料背板联接的制备
• 2.1.2 国外高速列车复合刹车片样品分析
• 2.1.3 制备以Fe-Cr合金为摩擦组元的高速列车复合刹车材料
• 2.1.4 制备以颗粒SiC为摩擦组元的高速列车复合刹车材料
• 2.1.5 制备以经过处理后的Fe-Cr合金为摩擦组元的高速列车复合刹车材料
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 金相显微镜
• 2.2.2 扫描电子显微镜
• 2.2.3 X射线衍射
• 2.2.4 电子拉伸实验机
• 2.2.5 MM1000-Ⅱ型惯性制动试验机
• 2.3 测试样品制备及实验方法
• 2.3.1 扫描和金相样品的制备
• 2.3.2 抗弯强度试样制备及方法
• 2.3.3 摩擦环及其卡盘的制备
• 第3章 国外复合刹车片样品分析及性能检测
• 3.1 国外复合刹车片样品的成分分析
• 3.1.1 国外复合刹车片样品的化学成分分析
• 3.1.2 国外复合刹车片样品的组成确定分析
• 3.2 国外复合刹车片性能的研究
• 3.2.1 复合刹车片摩擦性能的研究
• 3.2.2 复合刹车片力学性能的分析
• 3.3 MM1000-Ⅱ型摩擦磨损试验机测定原理计算
• 3.4 影响摩擦材料性能因素
• 第4章 Fe-Cr合金为摩擦组元复合刹车材料的制备及性能的研究
• 4.1 Fe-Cr合金为摩擦组元的复合刹车材料的制备
• 4.2 Fe-Cr合金为摩擦组元的复合刹车材料组织形貌分析
• 4.3 Fe-Cr合金为摩擦组元的复合刹车材料SEM分析
• 4.4 Fe-Cr合金为摩擦组元的复合刹车材料XRD分析
• 4.5 Fe-Cr合金为摩擦组元的复合刹车材料力学性能分析
• 4.6 Fe-Cr合金为摩擦组元的复合刹车材料摩擦性能分析
• 4.7 摩擦后样品的组织形貌分析
• 4.8 摩擦过程机理分析
• 第5章 SiC为摩擦组元的复合刹车片的制备及性能的研究
• 5.1 SiC为摩擦组元的复合刹车材料的金相分析
• 5.2 SiC为摩擦组元的复合刹车材料的SEM分析
• 5.3 SiC为摩擦组元的复合刹车材料的XRD分析
• 5.4 SiC为摩擦组元的复合刹车材料的力学性能分析
• 5.5 SiC为摩擦组元的复合刹车材料的摩擦性能分析
• 5.6 SiC为摩擦组元的复合刹车材料的摩损后组织形貌分析
• 5.7 SiC为摩擦组元的复合刹车材料的摩擦机理
• 第6章 热处理后Fe-Cr合金为摩擦组元的复合刹车片的制备及性能的研究
• 6.1 对Fe-Cr合金的处理工艺
• 6.2 热处理后的Fe-Cr合金为摩擦组元的金相组织分析
• 6.3 热处理后的Fe-Cr合金为摩擦组元的SEM分析
• 6.4 热处理后的Fe-Cr合金为摩擦组元的XRD分析
• 6.5 热处理后的Fe-Cr合金为摩擦组元的力学性能分析
• 6.6 热处理后的Fe-Cr合金为摩擦组元的摩擦性能分析
• 6.7 热处理后的Fe-Cr合金为摩擦组元的刹车片摩损后组织形貌分析
• 6.8 热处理后的Fe-Cr合金为摩擦组元样品与国外样品比较
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢