制動(dòng)條件對(duì)含有不同潤(rùn)滑相Cu- Fe 基粉末冶金制動(dòng)材料摩擦性能的影響

王曉陽(yáng)

(1、遼寧省多組硬質(zhì)膜研究及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 沈陽(yáng)大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110044 2、遼寧省先進(jìn)材料制備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 沈陽(yáng)大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110044)

1 概述

制動(dòng)材料是高速列車運(yùn)行的關(guān)鍵部件，其制動(dòng)行為直接影響高速列車運(yùn)營(yíng)的安全性。制動(dòng)條件的改變將導(dǎo)致材料摩擦磨損性能發(fā)生變化[1-2]，因此，研究材料的制動(dòng)行為具有十分重要意義。本文以鑄鋼為制動(dòng)盤，以造粒炭黑顆粒和電極石墨分別與天然鱗片石墨均勻混合作為潤(rùn)滑相而制備出的Cu-Fe 基粉末冶金材料為閘片，研究了制動(dòng)壓力和制動(dòng)速度對(duì)含有不同類型潤(rùn)滑相材料摩擦性能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)材料:

試樣的編號(hào)和原料配比如表1 所示。

表1 材料成分配比(wt.%)

3 結(jié)果與討論

3.1 制動(dòng)壓力對(duì)Cu-Fe 基制動(dòng)材料摩擦性能的影響

制動(dòng)速度為250km/h 時(shí)，兩種樣品平均摩擦系數(shù)和單次磨損量隨制動(dòng)壓力的變化如圖1 所示。由圖可知，隨著制動(dòng)壓力的增加，1#樣品的平均摩擦系數(shù)下降到0.44，而2#樣品的平均摩擦系數(shù)在0.3MPa 和0.5MPa 時(shí)基本相同，但在0.6MPa 時(shí)上升至0.46。兩種樣品的磨損量均隨著制動(dòng)壓力的增加而增大。隨著制動(dòng)壓力增大，與添加電極石墨的2#樣品相比，由于1#樣品炭黑顆粒是用酚醛樹脂造粒形成的，屬于軟顆粒，在壓力作用下易發(fā)生變形，從而在摩擦表面形成一層保護(hù)膜，使摩擦系數(shù)降低。當(dāng)制動(dòng)壓力增加至0.6MPa 時(shí)，2#樣品表面膜破裂，高強(qiáng)度的電極石墨顆粒和大量的磨屑夾在對(duì)偶間造成其摩擦系數(shù)升高，磨損量增大。

圖1 不同制動(dòng)壓力下材料摩擦性能

3.2 制動(dòng)速度對(duì)Cu-Fe 基制動(dòng)材料摩擦性能的影響

制動(dòng)壓力0.5MPa 下兩種樣品平均摩擦系數(shù)和單次磨損量隨制動(dòng)速度的變化曲線如圖2 所示。由圖可知，兩種樣品平均摩擦系數(shù)下降，在380km/h 時(shí)達(dá)到最小值0.38 和0.40。當(dāng)速度低于180km/h 時(shí)，材料磨損量均較低且各速度之間差異不明顯，當(dāng)速度達(dá)到380km/h 時(shí)，磨損量急劇增加。

圖2 不同制動(dòng)壓力下材料摩擦性能

制動(dòng)壓力0.5MPa 下兩種樣品在不同制動(dòng)速度下摩擦后表面形貌如圖3 所示。當(dāng)制動(dòng)速度為60km/h 時(shí)，摩擦表面形成不完整的表面膜，其平均摩擦系數(shù)較高。當(dāng)制動(dòng)速度達(dá)到180km/h時(shí)，在摩擦表面形成了相對(duì)完整平滑的膜層，摩擦系數(shù)隨速度增加而呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。當(dāng)制動(dòng)速度增加至380km/h 時(shí)，表面膜破碎更為嚴(yán)重，實(shí)際有效摩擦面積減小，摩擦系數(shù)降低。另外，由于制動(dòng)速度增加，樣品表面溫度升高，基體材料高溫軟化而使強(qiáng)度降低，也會(huì)表現(xiàn)出摩擦系數(shù)降低的現(xiàn)象[3]。與添加造粒炭黑顆粒的1#樣品相比，添加電極石墨的2#樣品由于電極石墨顆粒較硬，隨制動(dòng)速度增加，硬顆粒更易脫落，導(dǎo)致摩擦過(guò)程中對(duì)對(duì)偶盤的犁削作用減弱，摩擦系數(shù)降低[4]。脫落的表面膜和磨屑共同作用于對(duì)偶之間使樣品的磨損量急劇增大。

圖3 不同制動(dòng)速度下摩擦后表面形貌

4 結(jié)論

4.1 隨著制動(dòng)壓力的增加，1#樣品平均摩擦系數(shù)逐漸下降，2#樣品平均摩擦系數(shù)在0.3MPa 和0.5MPa 時(shí)基本相同，在0.6MPa 時(shí)上升。兩種樣品的磨損量都隨著制動(dòng)壓力的增加而增大。

4.2 隨著制動(dòng)速度的增加，兩種樣品平均摩擦系數(shù)總體呈下降趨勢(shì)，在380km/h 時(shí)達(dá)到最小值。當(dāng)速度低于180km/h 時(shí)，材料磨損量均較低且各速度之間差異不明顯；當(dāng)速度達(dá)到380km/h時(shí)，磨損量急劇增加。