不同烧结方式对高铁制动用铜基摩擦材料摩擦性能的影响.pdf
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1、2023年7月下 世界有色金属 175不同烧结方式对高铁制动用铜基摩擦材料摩擦性能的影响王志1,岳廷谱1,宫成龙1,周圣辉1,张光磊2*(1.石家庄铁道大学 材料科学与工程学院,河北 石家庄 0 5 0 0 4 3;2.山东大学 国家胶体材料工程技术研究中心,山东 济南 2 5 0 1 0 0)摘 要:本文采用三相直流热压烧结(指定为1#)和钟罩炉热压烧结(指定为2#)两种烧结方式制备了高速列车制动用铜基摩擦材料,采用MM3 0 0 0 摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验,对其摩擦磨损性能和机理进行了研究。结果表明:2#样品具有更优的综合性能:较高的致密度(8 9.7%)、硬度(2 4.5 HB)
2、和剪切强度(1 7.9 MP a),较高的摩擦系数和较低的体积磨损率(0.2 9 c m3MJ-1)。2#样品的磨损机理主要为粘着磨损剥层磨损,1#样品的磨损机理主要为剥层磨损。1#样品虽然具有较低的综合性能,但仍能满足动车组刹车片暂行技术条件(T J/C L 3 0 7-2 0 1 9)对动车组刹车片力学性能和摩擦摩擦性能的要求。另外,采用三相直流热压烧结可明显提高铜基摩擦材料的制备速度,能够有效的提高生产率和节约成本。关键词:烧结方式;高铁制动;铜基摩擦材料;摩擦磨损中图分类号:U2 7 0.3 5 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 2-5 0 6 5(2 0 2 3)1 4-0 1
3、7 5-3Effect of different sintering methods on the friction properties of copper-based friction materialsWANGZhi1,YUETing-pu1,GONGCheng-long1,ZHOUSheng-hui1,ZHANGGuang-lei2*(1.S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g,S h i j i a z h u a n g T i e d a o Un i v e r s i
4、 t y,S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 4 3,C h i n a;2.Na t i o n a l C o l l o i d a l Ma t e r i a l s E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y Re s e a r c h C e n t e r o f S h a n d o n g Un i v e r s i t y,J i n a n 2 5 0 1 0 0,C h i n a)Abstract:I n t h i s p a p e r,t w o s i n t e r i n g me
5、 t h o d s o f t h r e e-p h a s e d i r e c t c u r r e n t h o t p r e s s i n g s i n t e r i n g (d e s i g n a t e d a s 1#)a n d b e l l j a r f u r n a c e h o t p r e s s i n g s i n t e r i n g (d e s i g n a t e d a s 2#)w e r e u s e d t o p r e p a r e c o p p e r-b a s e d f r i c t i o
6、 n ma t e r i a l s f o r b r a k i n g o f h i g h-s p e e d t r a i n.T h e f r i c t i o n a n d w e a r e x p e r i me n t s w e r e c a r r i e d o u t w i t h MM3 0 0 0 f r i c t i o n a n d w e a r t e s t i n g ma c h i n e,a n d t h e f r i c t i o n p r o p e r t i e s a n d me c h a n i s
7、 m w e r e s t u d i e d.T h e r e s u l t s s h o w t h a t 2#s a mp l e h a s b e t t e r c o mp r e h e n s i v e p r o p e r t i e s:h i g h e r d e n s i t y (8 9.7%),h i g h e r h a r d n e s s (2 4.5 HB)a n d h i g h e r s h e a r s t r e n g t h (1 7.9 MP a),h i g h e r f r i c t i o n c o e
8、 f f i c i e n t a n d l o w e r v o l u me t r i c w e a r r a t e (0.2 9 c m3MJ-1).T h e w e a r me c h a n i s m o f 2#s a mp l e i s ma i n l y a d h e s i v e w e a r,a n d t h e w e a r me c h a n i s m o f 1#s a mp l e i s ma i n l y p e e l i n g w e a r.A l t h o u g h t h e 1#s a mp l e h
9、a s l o w c o mp r e h e n s i v e p e r f o r ma n c e,i t c a n s t i l l me e t t h e me c h a n i c a l a n d t r i b o l o g i c a l p e r f o r ma n c e r e q u i r e me n t s o f t h e b r a k e p a d s u n d e r t h e i n t e r i m t e c h n i c a l c o n d i t i o n s (T J/C L 3 0 7-2 0 1 9
10、).I n a d d i t i o n,t h e u s e o f t h r e e-p h a s e D C h o t p r e s s i n g s i n t e r i n g c a n s i g n i f i c a n t l y i mp r o v e t h e p r e p a r a t i o n s p e e d o f c o p p e r-b a s e d f r i c t i o n ma t e r i a l s,c a n e f f e c t i v e l y i mp r o v e t h e p r o d u
11、 c t i v i t y a n d s a v e t h e c o s t.Keywords:S i n t e r i n g me t h o d;Hi g h-s p e e d r a i l b r a k i n g;C o p p e r-b a s e d f r i c t i o n ma t e r i a l s;F r i c t i o n a n d w e a r收稿日期:2 0 2 3-0 5作者简介:王志,男,生于1 9 8 8 年,汉族,河北石家庄人,博士,讲师,研究方向:铜基摩擦材料。通讯作者:张光磊,男,生于1 9 7 5 年,汉族,河北石家
12、庄人,博士,教授,研究方向:铜基摩擦材料。铜基摩擦材料是以铜或铜合金为主要组元,具有组织均匀、导热性好、耐磨性高、摩擦系数稳定等优点,广泛应用于高速列车制动装置中1。制备铜基摩擦材料通常采用粉末冶金工艺,而烧结是粉末冶金过程的一个关键性工序,对最终产品的性能起着决定性的作用。合理的烧结工艺既可以保证烧结制品的质量,又可以控制生产成本,一直是人们关注的焦点2。目前,用于制备铜基摩擦材料的主要烧结方式为热压烧结,根据烧结环境不同主要有真空3、氢气4、氢气+氩气5、氨气6气氛下的热压烧结等,其中以氢气为保护气氛的钟罩炉式热压烧结应用最为广泛。然而目前这种烧结方式通常采用两相交流加热,其具有功率小,升
13、温速率慢的缺点,使得制备铜基摩擦材料效率低、生产成本较高。三相直流热压烧结是采用三相整流加热变压器,将三相电压降压后,再利用全波整流技术,将交流变成直流,实现直流大电流加热,可实现快速加热,被广泛应用于铜/金刚石复合材料的制备7。但目前未发现关于三相直流热压烧结制备高速列车用铜基摩擦材料方面的研究。因此,本文以MM-3000型摩擦磨损试验机为基础,结合TJ/CL307-2019 制动片技术条件,采用三相直流热压烧结和常规钟罩炉热压烧结两种烧结方式制备高速列车制动用铜基摩擦材料,比较这两种方法制备的铜基摩擦材料的微观组织和性能,并对其摩擦机理进行分析,为拓宽铜基摩擦材料制备技术提供工艺和理论借鉴
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