低温环境下制动参数对列车制动材料摩擦性能的影响

利用销-盘式摩擦磨损试验机与温度控制装置模拟低温环境下列车的制动行为,研究了低温环境(-20℃)下制动压力、制动速度对制动盘与制动闸片摩擦磨损性能的影响.研究结果表明,低温环境(-20℃)下制动盘与闸片之间的摩擦因数和磨损率均比室温环境(20℃)下略微提高.在低温环境下,制动压力和制动速度对制动材料摩擦磨损与损伤行为有明显影响.制动盘与闸片之间的摩擦因数随制动压力的增大呈现先减小后趋于稳定的变化趋势;随制动速度增加,摩擦因数呈现先减小后增加的变化趋势.制动盘和闸片的磨损率随制动压力的增大均呈现先增大后趋于稳定的变化趋势,且闸片材料的磨损率均大于制动盘材料的磨损率;随制动速度的增大,制动盘磨损率呈现快速减小的趋势而闸片磨损率呈现先减小后趋于稳定的趋势.随制动压力和制动速度的增大,闸片磨损表面第三体层分布更加均匀,表面剥落坑数量与面积呈减小趋势.     

高温不同气氛环境中的CrNiMo钢磨损表面SEM和XPS分析

在200 ℃温度条件下,分别在氧气和氮气气氛环境中,以 CrNiMo 钢销试样和 H96 黄铜盘配副,在QG-700型销盘摩擦试验机上进行了摩擦磨损试验.利用 SEM 和 XPS 对 CrNiMo 钢磨损表面进行了表征.结果表明,在2种气氛环境中,都发生了粘着磨损;在氧气气氛环境和较低载荷条件下,粘着较氮气气氛环境中的严重,且磨损表面有 CuO存在,而在氮气气氛环境中,表面粘着物主要为单质铜.     

盘式制动摩擦片摩擦磨损特性的研究

进行了纤维增强合成摩擦片和现用合成摩擦片与QT450制动盘配副的制动摩擦试验,记录了制动过程中摩擦系数、磨损量与制动盘温度的变化情况,采用偏振光显微镜分析了磨损表面形貌.结果表明:纤维增强合成摩擦片的平均摩擦系数小于现用合成材料摩擦片,但摩擦系数稳定且耐磨性略高于现用合成材料摩擦片;在模拟制动工况下,纤维增强合成摩擦片比现用合成材料摩擦片所引起的制动盘温升略高;但都仍低于材料的热衰退温度。     

不同摩擦副在MM3000型试验机和TM-3型台架机上的对比试验研究

在MM3000型试验机和TM-3型台架机上,在0.40-0.50MP制动压力、80-200km/h制动速度下,对比了不同摩擦副干态工况条件的平均摩擦系数与磨损量。结果表明:克诺尔铜基摩擦材料配对钢制动盘的摩擦副在MM3000试验机上的摩擦系数高于在TM-3台架机上的摩擦系数。相反,克诺尔铜基摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料配对碳陶制动盘的摩擦副在MM3000试验机上的摩擦系数都低于在TM-3台架机上的摩擦系数。另外,不论是MM3000试验机,还是TM-3台架机,克诺尔铜基摩擦材料配对碳陶制动盘时的磨损量最大,克诺尔铜基摩擦材料配对钢制动盘时的磨损量居中,金属陶瓷摩擦材料配对碳陶制动盘时的磨损量最小。     

电流对黄铜/Al2O3弥散强化铜合金摩擦副摩擦磨损性能的影响

根据列车受电弓系统的实际工况条件,在自制的销-盘式载流摩擦磨损试验机上研究了Al2O3弥散强化铜合金销试样和黄铜（H62）盘试样摩擦副在载流条件下的滑动摩擦磨损性能,试验条件为速度20m/s、载荷0.63MPa、电流25-75A。试验结果表明,电流对黄铜/Al2O3弥散强化铜合金摩擦副的滑动干摩擦行为具有显著影响。随电流的增加,销试样的磨损率增加,摩擦因数增大,试样表层发生了磨粒磨损和粘着磨损。     

基于微元法的高速制动盘瞬态温度场仿真分析

高速列车制动时,制动盘摩擦表面的温度场直接影响制动盘表面磨损、相变、热裂纹及其使用寿命。以某型高速列车基础制动装置现役锻钢制动盘为研究对象,建立热载荷模型:考虑制动闸片几何形状和分布对热流密度的影响,建立了基于微元法的摩擦面热流密度计算模型;由于热辐射计算的非线性求解特性,将热辐射系数折算成等效对流换热系数,建立了对流换热模型与辐射换热模型相结合的综合换热模型。考虑到制动盘面和散热筋几何截面的突变性,建立了由盘面和散热筋六面体网格与接触部位过渡网格构成的制动盘热分析有限元模型。对高速列车在200km/h速度下紧急制动时制动盘瞬态温度场进行仿真分析。得到制动盘温度分布规律和温度变化曲线,为制动盘选材及结构优化提供相应理论参考。     

搅拌摩擦加工对AM60B镁合金高温摩擦磨损性能的影响

在不同的旋转速度和进给速度下对AM60B镁合金进行搅拌摩擦加工(FSP),研究FSP对AM60B镁合金微观组织和硬度的影响;研究搅拌摩擦加工之后的AM60B镁合金在不同温度下的摩擦磨损性能,并分析其磨损机制。结构表征结果表明:FSP使AM60B镁合金搅拌区的晶粒细化,热机影响区的晶粒再结晶,热影响区的晶粒变长;随着旋转速度的升高晶粒尺寸增大。摩擦磨损试验结果表明:随着试验温度的升高,FSP处理试样的磨损率增大,摩擦因数增大;1 600 r/min、200 mm/min下的FSP处理试样,在25℃时的磨损率是母材的70%,200℃时的磨损率为母材的95%;25℃下,AM60B镁合金的磨损机制为磨粒磨损和轻微的剥层磨损,FSP处理试样的磨损机制主要是磨粒磨损,而100和200℃下,AM60B镁合金和FSP处理试样磨损机制均为严重的剥层磨损;200℃下,进给速度为200 mm/min,旋转速度为2 400 r/min时,试样表面磨损最严重,进给速度为300 mm/min,旋转速度为2 000 r/min时,试样表面磨损最轻,这可能是由于FSP引起了镁合金的硬度变化,从而影响了耐磨性的变化。     

一种铝基复合材料制动盘用树脂基摩擦材料

研制了一种适用于铝基复合材料制动盘的树脂基摩擦材料，测试了其物理力学性能及摩擦磨损性能。结果表明：所研制的摩擦材料具有较好的物理力学性能，各项指标达到了相应的技术要求；与用于铸铁制动盘的摩擦材料相比，具有更高的摩擦因数，更小的磨耗，制动力矩曲线平稳，能更好地适应铝基复合材料制动盘。另外，台架试验结果表明：摩擦副的摩擦磨损性能能够满足200km／h高速列车的要求。     

基于微尺度的列车制动金属镶嵌行为研究

列车制动过程中,无论是踏面制动还是盘式制动都存在金属镶嵌现象,造成车轮踏面与制动盘盘面损伤,从而对车辆运行带来安全隐患.为研究金属镶嵌的形成原因及行为,选取低摩擦因数合成闸瓦与车轮、粉末冶金闸片与制动盘两种摩擦副产生的金属镶嵌物,进行宏观与微观形貌观察、材料物理及力学性能试验和材质成分含量分析.采用有限元软件ABAQUS建立盘式制动方式的微尺度结构模型,研究硬质磨粒对制动盘表面的划擦磨损过程,以及不同初始制动速度对制动盘面的磨损情况.结果表明,闸瓦及闸片上存在的金属镶嵌物源于车轮和制动盘材料,不同车速下的制动过程对制动盘材料塑性应变与最大接触应力影响不大,但较高速度加剧了材料变形,使塑性功转变为大量热.且当摩擦副间具备冷焊条件时,外界硬质磨粒易熔融于闸瓦或闸片表面成为金属镶嵌物的起始点,受到挤压切削作用并不断长大,影响车轮踏面及制动盘的工作性能.     

摩擦副组合对摩擦磨损性能的影响

在1：1惯性力矩制动试验台上研究了两种不同石墨形态的铸铁制动盘与两种混杂纤维增强的酚醛基制动闸片配副时的摩擦磨损性能。结果表明，对于某一配方的制动闸片，使用灰口铸铁盘的摩擦副具有较高的摩擦系数，但制动盘表面温度较高，闸片磨损量较大；对于某一种制动盘，使用B配方制动闸片时，制动盘表面的温度较高，但闸片的磨损量较小；在所有四种组合中，B配方制动闸片与灰口铸铁盘配副的瞬时摩擦系数能够完全满足有关技术要求。     

有无电流条件下铬青铜/纯铜摩擦副摩擦磨损性能

本文以纯铜为销试样，铬青铜QCr0.5O为盘试样进行载电流条件下的干滑动摩擦磨损试验，通过对有无电流条件下对销试样磨损量大小和摩擦系数影响程度的比较，以及对销试样摩擦表面进行的微观形貌分析，结果表明，电流对铬青铜／纯铜摩擦副的干摩擦行为具有显著的影响，并且由于电场，摩擦热，摩擦切应力的共同作用，在销试样表层发生了一定程度的塑性变形，塑性变形的程度也与电流及接触压力密切相关。     

CrNiMo钢在高速干滑动条件下摩擦表面的组织变化研究

在MMS-1G型高速干滑动摩擦磨损试验机上,采用CrNiMo钢作为销试样,与H96黄铜盘配副,进行了高速干滑动摩擦磨损试验,研究其高速干滑动摩擦磨损性能。对试验后的试样沿纵切面进行微观组织分析,探讨摩擦表面在试验前后及不同试验参数条件下的组织变化。结果表明,在高速干滑动条件下,CrNiMo钢材料的摩擦磨损性能随滑动速度的增加存在突变,其微观组织摩擦后沿纵切面发生了较大变化,且摩擦表面组织随滑动速度增加,发生了回复再结晶及碳化物的析出和长大。     

制动摩擦副材质对其摩擦性能影响的研究

对有机石棉和半金属衬片材料与不同化学组分的灰铸铁制动盘（鼓）进行摩擦性能试验。分析了对偶材质对衬片磨损及摩擦系数的影响及衬片材质对制动盘（鼓）磨损的影响。提出了评定衬片材料的耐磨性必须标明对制动盘（鼓）的损伤及制动副材料的最佳选配问题。     

微量润滑条件下AlTiN基涂层刀具与S136淬硬钢的摩擦学行为研究

针对传统封闭式销-盘摩擦磨损试验无法反映实际切削过程中刀具与切屑以及工件界面摩擦磨损问题,设计了一种新的摩擦磨损试验方法,模拟了不同微量润滑(Minimum Quantity Lubrication, MQL)工艺参数和油品条件下的AlTiN基刀具涂层切削加工S136淬硬模具钢的摩擦磨损过程,分析了涂层-工件摩擦系数的变化趋势,并结合涂层表面摩擦粘附形貌及摩擦模型,揭示了不同MQL条件对刀具涂层-工件摩擦磨损行为的影响机理。结果表明:界面摩擦系数主要受摩擦粘附的影响,摩擦粘附越严重,对应的界面摩擦系数越大;喷射压力对于界面摩擦系数具有重要影响,喷油量的增加对于摩擦系数的影响不明显,油雾喷射距离为10mm和40mm时对应的摩擦系数均较小;对于AlTiN涂层,采用HE30合成脂类油品更有利于降低界面摩擦系数;对于AlTiN/TiSiN涂层,采用VG25植物基油品和Plus20脂肪醇类油品较为适合。     

表面粗糙度对纳米润滑添加剂摩擦学性能影响的研究

摩擦学系统的复杂性及多变性增加了对材料在摩擦试验过程的预见性的难度，通过XP销盘摩擦磨损试验机分别考察了钢／钢摩擦副住不同润滑介质中不同的表面粗糙度对其摩擦系数和磨损量的影响。试验结果表明：表面粗糙度对摩擦副的摩擦学影响是复杂的，在特定的润滑条件下，不同的表面粗糙度表现出不同的摩擦学性能。     

载流条件下铬青铜/3D碳/碳复合材料摩擦副的摩擦磨损性能

以3D碳/碳复合材料为销试样、铬青铜QCr0.5为盘试样进行了载流条件下的干滑动摩擦磨损试验。通过对有、无电流条件下销试样磨损量大小和摩擦因数影响度的比较,以及对销试样摩擦表面进行的微观形貌分析,结果表明,电流对铬青铜/3D碳/碳复合材料摩擦副的干摩擦行为具有显著的影响,并且由于电场、摩擦热、电弧热的共同作用,在销试样表层发生了磨粒磨损和氧化磨损。     

1Cr18Ni9Ti自配副的高温摩擦学特性

以1Cr18Ni9Ti为自配副摩擦材料,在MMUD-10B销-盘型摩擦磨损试验机上考察不同温度(分别为21、100、200、300、400℃)对其摩擦学行为的影响。利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)分别对磨痕、磨屑形貌进行表征,采用SEM配备的能谱仪(EDS)对磨屑进行微区元素分析。结果表明:1Cr18Ni9Ti自配副的摩擦因数和磨损率均随温度的升高呈现出先增大后减小的趋势,在温度为200℃时摩擦因数和磨损率获得最大值;在温度为21～200℃之间,磨损机制以黏着磨损和颗粒磨损为主,而在温度为200～400℃之间,黏着磨损、疲劳磨损和氧化磨损三机制共同作用于摩擦过程; 1Cr18Ni9Ti自配副在高温摩擦中发生了较为强烈的氧化反应,在摩擦配副表面形成了稳定存在的含Ni、Cr的耐磨氧化层,使得摩擦因数降低,磨损率减小。     

高速制动工况下Cu基粉末冶金闸片材料的摩擦磨损性能

采用粉末冶金工艺,制得铜基摩擦材料;利用MM 1000Ⅱ型摩擦磨损试验机模拟列车实际工况条件,测试其摩擦磨损性能;用扫描电镜观察铜基摩擦材料表面磨痕,并分析其磨损机制。结果表明：一定制动压力下,铜基摩擦材料摩擦因数和磨损率均随着制动速度的增加先升高后降低,150 km/h时制动性能最好,250~300 km/h时制动性能最为稳定;制动速度一定时,随着制动压力的增加,摩擦因数先升高后降低,磨损率增大并趋于稳定,04 MPa时摩擦因数最大,08~10 MPa时制动性能比较稳定;铜基摩擦材料在高速制动工况下的磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳磨损。     

纯碳、浸金属碳与接触线载流摩擦磨损性能对比研究

在销-盘摩擦磨损试验机上研究了纯碳/不锈钢和浸金属碳/不锈钢的载流摩擦磨损行为.结果表明,两种摩擦副的摩擦因数、磨损率都随着速度或电流的增加而增大,但纯碳/不锈钢摩擦副材料具有更高的摩擦因数和磨损量.试验过程中,两种摩擦副都出现火花放电和电弧放电,且纯碳/不锈钢摩擦副放电强度更高.用扫描电镜(SEM)观察两种销试样表面磨损形貌可知,纯碳/不锈钢摩擦副以电弧烧蚀和氧化磨损为主,伴随轻微的磨粒磨损;浸金属碳/不锈钢摩擦副以磨粒磨损、黏着磨损为主,伴随着电弧烧蚀和氧化磨损.比较销试样磨损前后EDX图谱可得,纯碳摩擦副材料几乎无元素转移,而浸金属碳摩擦副材料表面有明显的材料转移.     

机车牵引齿轮材料摩擦磨损性能试验研究

以某高速机车牵引齿轮材料42Cr Mo-17Cr Ni Mo6为研究对象,在销盘往复摩擦磨损试验机上研究接触载荷和相对滑动速度对其摩擦磨损性能的影响规律;利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,进而分析材料摩擦磨损机制。结果表明:机车牵引齿轮材料的摩擦因数随载荷和速度的增加而降低并逐渐趋于稳定;机车牵引齿轮材料在摩擦条件下在磨损表面形成了犁沟,由于载荷和速度的增加使得犁沟间距变宽、摩擦表面更加平整,从而导致材料摩擦因数减低。