Cu基粉末冶金闸片高速制动性能

刘思涵 耿雪骞 王晔 马运章 陈德峰 张波 曹宏发 齐冀 吕宝佳

刘思涵, 耿雪骞, 王晔, 马运章, 陈德峰, 张波, 曹宏发, 齐冀, 吕宝佳. Cu基粉末冶金闸片高速制动性能[J]. 粉末冶金技术, 2023, 41(3): 210-217. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030011
引用本文: 刘思涵, 耿雪骞, 王晔, 马运章, 陈德峰, 张波, 曹宏发, 齐冀, 吕宝佳. Cu基粉末冶金闸片高速制动性能[J]. 粉末冶金技术, 2023, 41(3): 210-217. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030011
LIU Sihan, GENG Xueqian, WANG Ye, MA Yunzhang, CHEN Defeng, ZHANG Bo, CAO Hongfa, QI Ji, LÜ Baojia. High-speed braking properties of Cu-based powder metallurgy brake pads[J]. Powder Metallurgy Technology, 2023, 41(3): 210-217. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030011
Citation: LIU Sihan, GENG Xueqian, WANG Ye, MA Yunzhang, CHEN Defeng, ZHANG Bo, CAO Hongfa, QI Ji, LÜ Baojia. High-speed braking properties of Cu-based powder metallurgy brake pads[J]. Powder Metallurgy Technology, 2023, 41(3): 210-217. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030011

Cu基粉末冶金闸片高速制动性能

doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030011
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    E-mail: liusihan@zemt.cn

  • 中图分类号: U465.3

High-speed braking properties of Cu-based powder metallurgy brake pads

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  • 摘要: Cu基粉末冶金闸片在高速制动时受温度的影响易发生摩擦系数的衰退,直接影响列车制动的有效性。利用1:1制动试验台进行不同速度下Cu基粉末冶金闸片的高速制动试验,分析试验后的摩擦材料和磨屑组织。结果表明:制动速度为350 km·h−1和380 km·h−1产生的高温使摩擦材料表层的金属基体发生软化熔融,降低了摩擦副表面微凸点的剪切阻力,导致摩擦系数下降。摩擦表面形成的金属氧化膜具有减磨作用,造成摩擦系数的进一步衰退。在380 km·h−1制动时,石墨在高温下被氧化,摩擦表面失去稳定的润滑膜,出现粘着磨损和材料转移,磨耗量大幅增加。
  • 图  1  摩擦材料显微组织

    Figure  1.  Microstructure of the friction material

    图  2  平均摩擦系数随制动速度的变化

    Figure  2.  Variation of the average friction coefficient with the braking speed

    图  3  磨耗量随制动初速的变化

    Figure  3.  Variation of the wear loss with the braking speed

    图  4  不同制动速度制动后摩擦材料外观形貌:(a)120 km·h−1;(b)300 km·h−1;(c)350 km·h−1;(d)380 km·h−1

    Figure  4.  Profiles of the friction materials after braking at different braking speeds: (a) 120 km·h−1; (b) 300 km·h−1; (c) 350 km·h−1; (d) 380 km·h−1

    图  5  不同制动速度制动后磨屑扫描电子显微形貌:(a)120 km·h−1;(b)300 km·h−1;(c)350 km·h−1;(d)380 km·h−1

    Figure  5.  SEM images of the abrasive after braking at different braking speeds: (a) 120 km·h−1; (b) 300 km·h−1; (c) 350 km·h−1; (d) 380 km·h−1

    图  6  图5磨屑形貌放大图:(a)120 km·h−1;(b)300 km·h−1;(c)350 km·h−1;(d)380 km·h−1

    Figure  6.  Enlarged images of the abrasive in Fig.5: (a) 120 km·h−1; (b) 300 km·h−1; (c) 350 km·h−1; (d) 380 km·h−1

    图  7  不同制动速度制动后磨屑断面显微组织:(a)300 km·h−1;(b)350 km·h−1;(c)、(d)380 km·h−1

    Figure  7.  SEM images of the abrasive fracture surface: (a) 300 km·h−1; (b) 350 km·h−1; (c), (d) 380 km·h−1

    图  8  380 km·h−1制动后的摩擦表面形貌:(a)边缘;(b)中部;(c)横截面;(d)制动盘表面

    Figure  8.  SEM images of the wear surface after 380 km·h−1 braking: (a) the edge; (b) the center; (c) the cross-section; (d) the brake disc surface

    图  9  图8(b)视场元素分布:(a)C;(b)O;(c)Fe;(d)Cu

    Figure  9.  Element distribution of Fig.8(b): (a) C; (b) O; (c) Fe; (d) Cu

    图  10  摩擦材料初始表面元素分布:(a)C;(b)O;(c)Fe;(d)Cu

    Figure  10.  Element distribution of the original surface: (a) C; (b) O; (c) Fe; (d) Cu

    表  1  制动摩擦试验方案

    Table  1.   Scheme of the brake friction test

    制动次序制动速度 / (km·h−1)双侧闸片压力 / kN初始温度 / ℃备注
    1~31203050~60第3闸结束后闸片称重,收集磨屑
    4~63003050~60第6闸结束后闸片称重,收集磨屑
    7~93503050~60第9闸结束后闸片称重,收集磨屑
    10~123803050~60第12闸结束后闸片称重,收集磨屑
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    表  2  摩擦材料的物理和力学性能

    Table  2.   Physical and mechanical properties of the friction materials

    硬度,HBW密度 / (g·cm−3)摩擦体剪切强度 / MPa摩擦体与粘接面剪切强度 / MPa摩擦体抗压强度 / MPa
    164.6101393
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    表  3  图6中不同位置磨屑能谱分析

    Table  3.   EDS analysis of abrasive in Fig.6

    位置质量分数 / %
    COCrFeCu
    位置114.1918.985.4921.3339.41
    位置216.9514.964.0722.7533.52
    位置35.1716.951.105.2670.96
    位置43.6013.945.1177.35
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    表  4  图7中磨屑断面能谱分析

    Table  4.   EDS analysis of the abrasive fracture surface in Fig.7

    位置质量分数 / %
    CNOSiAlCrFeCu
    图7(a) 石墨93.120.803.430.650.371.060.56
    图7(a) 金属基体5.1716.950.551.105.2670.96
    图7(a) 非金属氧化物4.7937.3151.880.772.332.92
    图7(b) 石墨62.6918.280.490.433.827.946.36
    图7(c) 石墨50.972.0122.320.721.328.8613.80
    图7(d) 石墨灰分24.1928.930.933.1123.2319.61
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  • 收稿日期:  2022-09-30
  • 刊出日期:  2023-06-28

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