第14卷 第1期石家庄铁道学院学报

OFSHIJIAZHUANGRAILWAYINSTITUTEVol114 No11Mar年3月 JOURNAL

高速列车制动盘材料的研究现状与发展趋势

齐海波 樊云昌 籍凤秋

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【摘要】的局限性,发展长期规划纲要,,对我国铁路车辆制动盘材料的研究【文献标识码】【文章编号】(2001)TB331 A

1引言

《铁路主要技术政策》、《铁路科技发展“十五”计划和2015年发展规划纲要》指出,“要逐步实现客运专线高速化”,客运高速列车的最高时速应大于300km h,紧急制动距离应小于3700m。列车速度的提高,将会对车辆行驶安全致关重要的基础制动装置(盘型制动器)的性能提出更加苛刻的要求。

世界各国对高速列车制动盘进行了大量的研究工作,其重点主要放在制动盘材料的选取上,法、德、日、英等国在这一领域走在了世界的前沿[1~3]。上述国家不仅对传统的摩擦制动材料--铸铁(钢)和锻钢--进行了一系列的材料改进和优化工作,而且致力于开发传统制动盘材料之外的新型材料,如颗粒增强铝基复合材料和碳 碳复合材料,以减轻列车簧下重量,降低牵引功率耗损。

目前国内普遍使用和关注的仍是铸铁和锻钢制动盘,技术储备薄弱,与国外发达国家相比,在制动盘材料的开发研制方面具有一定的差距。

2黑色金属材料制动盘

211 黑色金属材料

铸铁作为摩擦制动材料在列车制动装置中的应用,已有一百多年的历史。在1935年法国列车开始以盘型制动装置代替蹄式制动装置后,铸铁仍一直得到广泛的应用。铸铁制动盘材料在合金成份和石墨形态上经历了三个阶段的变化[2,4],即,普通片状石墨铸铁、含Ni2Cr2Mo的低合金铸铁和蠕墨铸铁。

与铸铁制动盘同时使用的还有钢质制动盘[1,2]。其中,铸钢制动盘从50年代开始使用,锻钢制动盘从80年代开始使用。

近年,铸铁-铸钢(锻钢)组合式制动盘得到了关注[1,2,5]。这种制动盘以铸铁作为摩擦材料制成摩擦 收稿日期 齐海波 男 1972年1月出生 讲师

第1期 齐海波等:高速列车制动盘材料的研究现状与发展趋势 53 盘辐,以铸钢(锻钢)作为补强材料制成盘毂。这样,不仅能发挥铸铁稳定及较高的摩擦性能,而且使铸钢或锻钢较好的耐热龟裂性和较高的延伸率得到了充分的体现。

212 应用情况及存在问题

由于普通片状石墨铸铁制动盘在使用过程中磨损较快,因而在高速列车上已不被采用。在普通片状石墨铸铁中加入合金元素Ni,Cr,Mo,提高了材料的耐热龟裂性和高温耐磨性,但材质强度较低,热疲劳性能较差。为此,人们通过贝氏体等温淬火处理,强化铸铁基体,并加入变质剂将石墨形态由片层状变为蠕虫状,以保持铸铁的导热性,从而得到具有较高强度、良好导热性的抗热龟裂蠕墨铸铁。日本、英国、美国的高速铁路均曾使用过蠕铁制动盘,但其耐磨性仍需进一步提高,抗热龟裂性与钢质制动盘相比,也仍有一定的差距。国内,戚墅堰机车车辆工艺研究所新近开发出了蠕墨铸铁制动盘,并进行了装车试运行试验[6,7]。

铸钢盘具有较高的强度和抗热龟裂性能,但由于其导热性差、热容量小、膨胀系数较大,在使用中摩擦面易出现沟槽,使用寿命短,质量较难控制等缺点,。锻钢具有较高的强度(≥800MPa)和韧性,同时还具有较高的抗热龟裂性、,因而在日本新干线和法国TGV2A高速列车上得到采用。

在减轻列车自重、,()制动盘已无法满足列车的制动要求,主要表现在以下两方面:,换。因而,,需要增加制动盘的数量,降低制动盘热负荷,从而。一是铸铁(钢)的密度大,极大地限制了列车速度的提高。[8],每根车轴上安装四个钢质制动盘,一台转向架有8个制动盘,重量约为015t,约占列车簧下重量的20%,而高速列车理想的制动盘重量应为簧下重量的10%左右。

213 发展趋势

铸铁和铸钢制动盘的制造工艺均较成熟、简单,与近期新开发的其它制动盘材料(复合材料)相比,在制造成本上具有无与伦比的竞争优势;即使锻钢制动盘与复合材料相比,也具有成本低廉、工艺简单的优势,因而在速度较低的高速列车(≤200km h)上,可以通过采取以下几种方法进一步发挥铸铁或铸钢盘的低成本优势。一是对蠕墨铸铁制动盘的成分进一步优化,以提高其常温和高温机械性能、抗热龟裂性能,并使其具有较低的热膨胀系数和较高的耐磨性。一是为解决钢质制动盘的通风冷却孔的加工问题,应努力提高钢的铸造质量,争取以铸代锻,降低成本,或者采用无通风孔式。法国TGV2A高速列车上使用的锻钢制动盘为不带通风孔式制动盘,采用滚轧工艺,经淬火、回火处理后切削加工而成。一是研制与制动盘相匹配的制动闸片,如钢质制动盘配以铜基粉末冶金闸片,可以得到较好的制动效果。

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