搅拌铸造结合搅拌摩擦加工制备不同体积分数SiC_(p)/Al复合材料的摩擦磨损行为

采用搅拌铸造结合搅拌摩擦加工方法制备了SiC颗粒体积分数分别为20%,25%,30%的SiC_(p)/Al复合材料,研究了复合材料的显微组织和力学性能,并基于市域列车的实际运行工况(制动压力0.57,0.67,0.72MPa)设计摩擦磨损试验,研究了不同复合材料的摩擦磨损行为。结果表明:所得SiC_(p)/Al复合材料均组织致密,无裂纹和气孔缺陷,SiC颗粒均匀分布在铝合金基体中,无团聚现象;复合材料的抗拉强度、断后伸长率和硬度均满足制动盘行业标准要求,随SiC颗粒体积分数的增加,抗拉强度变化幅度较小,断后伸长率呈降低趋势,硬度呈升高趋势;当SiC颗粒体积分数为25%和30%时,复合材料的平均摩擦因数稳定在0.3~0.5,满足市域列车高速制动要求,磨损表面未发现明显的犁沟和分层,表面形成了完整的摩擦膜,但是SiC颗粒体积分数为30%的复合材料对偶闸片的磨损量较高,且在0.57MPa制动压力下的摩擦稳定系数较低,摩擦副的匹配性差;当SiC颗粒体积分数为20%时,最大平均摩擦因数大于0.55,磨损表面犁沟和分层现象明显,磨粒磨损严重,最大犁沟深度达到45μm,无法满足市域列车高速制动要求。

城市轨道交通粉末冶金铝基复合材料制动盘研究进展

随着城市轨道交通的发展,轻量化需求日益迫切。作为制动系统关键部件的轻量化应用,铝基制动盘已在国内多处应用。采用粉末冶金工艺制备铝基制动盘不仅在性能、成本、批量化生产方面具备诸多优势,且实际使用效果与经济效益显著。基于此,文章详细介绍了粉末冶金法制备铝基制动盘的原材料、制备工艺及机加工技术对材料性能和显微组织的影响,综述了近年来国内粉末冶金铝基制动盘在实际装车应用中的主要进展,总结分析了铝基制动盘的摩擦磨损、耐腐蚀、耐高温、经济性等性能与装车应用效果,最后展望了粉末冶金铝基制动盘在更高速度等级城市轨道交通车辆的应用前景。轻量化设计实现的节能减排效益对城市轨道交通的可持续发展具有重要意义,推动了现代城市交通系统的技术进步和绿色发展。

铝基复合材料在汽车领域的应用研究进展

分析了铝基复合材料在汽车领域所展现的优越性能,综述了铝基复合材料作为汽车零部件材料的性能和应用研究进展,展望了铝基复合材料的发展前景。

基于有限元的轿车用制动盘轻量化可行性研究

针对某型车用制动盘,建立了多个紧急制动工况下SiCp/A356铝基复合材料制动盘和HT250铸铁制动盘的三维瞬态热机耦合计算模型,运用有限元方法模拟了盘式制动器的制动过程.通过分析比较不同厚度两种材料的制动盘在紧急制动工况下应力场与温度场的分布,讨论了SiCp/A356代替HT250的减重效果,用仿真实验验证了铝基复合材料制动盘应用于乘用车的可行性.

硅氧烷改性环氧树脂对铝基复合材料制动盘配套闸片摩擦系数的影响

以端羟基聚二甲基硅氧烷(HTPDMS)与环氧树脂(EP)为原料,合成了硅氧烷改性环氧树脂(ES),用其与热固性酚醛(PF)共混(PF/ES)作为黏结剂,与PF、PF与EP共混物(PF/EP)进行比较,研究其耐温性和韧性。并制备了匹配铝基复合材料(AMMC)制动盘的闸片材料,探讨了多种压力和转速条件下黏结剂对刹车片摩擦性能的影响。结果表明,引入HTPDMS提高了EP的耐温性,与PF共混后700℃以上残留物质量较PF提高181.1%;PF/ES具有较高的韧性,其冲击强度较PF和PF/EP分别提高467.1%、270.4%;采用PF/ES制备的闸片在停车制动和高温制动中摩擦系数(COF)稳定、大小适宜、不伤盘;共聚焦显微镜下观察在停车制动阶段出现了不连续的转移膜,主要的磨损形式为黏着磨损、疲劳磨损,高温制动时PF/ES制备的闸片表面存在碳化膜,主要磨损形式为磨粒磨损和氧化磨损。

A356/SiC_P与列车实用中的有机闸片的滑动摩擦磨损特性

以铝基复合材料作为列车制动盘材料的实用化为目的，选用A356／SIC 20％（体积分数，下同）复合材料和AISI D2工具钢为摩擦材料，以中速列车实用中的有机闸片为对偶材料，进行对比干摩擦磨损试验，并分析比较了磨损特性。结果表明：铝基复合材料在小于200Y（3．98MPa）的低载荷下，只存在轻微的氧化磨损，耐磨性比实用中的铁合金材料更好；而超过该载荷时。开始发生磨削磨损，磨损量逐步超过铁合金材料，当载荷达到400N（7．96MPa）时，由于严重的磨削磨损，磨损量剧增。而铁合金材料则随载荷和滑动速度增加，磨损率缓慢增加；磨损过程中的复合材料的摩擦系数平均值与载荷、滑动速度无关，始终保持0．3～0．4，同时随磨损距离的波动也非常小，而工具钢的摩擦系数平均值则对试验参数的敏感度相对大些，且摩擦系数平均值也比复合材料略小，即摩擦系数方面复合材料具有更好的特性。

SiC_p/A356复合材料的制备质量检验及控制

针对搅拌铸造制备SiC颗粒增强铝基复合材料的特点,提出了材料复合质量的快速检验方法和质量评判方法,讨论了控制及提高材料复合质量的方法和途径.以此为基础制备出了分布均匀、孔隙率低、含SiC的体积分数为20%的颗粒增强铝基复合材料,并采用所制备的铝基复合材料制造出了我国高速列车制动盘.

列车制动盘温度演变规律试验研究

基于TM-I型缩比惯性试验机,结合红外热像仪,在制动压力0.35~0.80 MPa、制动初速度60~160 km·h~(-1)条件下,以蠕墨铸铁制动盘为参考系,试验研究铝基制动盘的温度演变规律。结果表明:在制动压力0.80 MPa条件下,制动初速度由100 km·h~(-1)增至160 km·h~(-1)时,铝基制动盘峰值温度场由均匀分布转变为多条分离的带状分布,而铸铁制动盘均有宽度约为10 mm的高温带出现;2种制动盘峰值温度均随制动压力和制动初速度的升高而升高,但在制动过程中铝基制动盘的瞬时峰值温度呈“稳步上升”型,在制动后期下降不明显,而铸铁制动盘则为先快速升高,再“锯齿形”爬升,最后有所下降;制动压力为0.65 MPa时,制动初速度由80 km·h~(-1)增至160 km·h~(-1)时,铝基制动盘径向最大温差由31℃增至56℃,最大温度梯度由1~2℃·mm~(-1)增至3~4℃·mm~(-1),而铸铁制动盘最大温差则由139℃增至233℃,最大温度梯度由7~8℃·mm~(-1)增至10~11℃·mm~(-1),均缘于铝基制动盘的硬度低,导热性能好,变形协调能力强,有利于接触面积最大化,促使制动能量均匀分布,从而降低了局部高温区的形成和温差。

高速列车摩擦制动模拟试验研究

根据相似准则在MM 10 0 0型摩擦磨损试验机上进行高速列车摩擦制动模拟试验 ,研究了SiC颗粒增强铝基复合材料和铜基粉末冶金闸片配对时的制动摩擦性能 ,探讨使用铝基复合材料制动盘的可能性。模拟试验结果表明 :铝基复合材料制动盘和铜基粉末冶金闸片配副进行摩擦制动时具有制动温升低 ,摩擦因数稳定和耐磨性好的优点 。

140～160km/h城市快速轨道交通车辆基础制动模式及其选材

发展城市快速轨道交通是缓解城市交通拥堵的重要途径。列车运行速度提高到120 km/h以上时,传统的闸瓦-车轮踏面制动已不能满足列车制动的要求。重点分析了140~160 km/h城市快速轨道交通列车基础制动的模式、制动件的选材可行性。对其车辆转向架建议采用颗粒增强铝基复合材料制动盘与粉末冶金闸片配副的盘形制动装置,每轴两盘。动车采用轮装盘、拖车采用轴装盘的制动方式。

直线电机地铁车辆铝基复合材料制动盘动力学性能分析

利用多体动力学软件建立了直线电机地铁车辆动力学模型,采用Simpack和Simulink联合仿真的方法,考虑实际作用在车辆上的牵引力、制动力和电磁力,以工程实际需要为背景,对比分析了该地铁车辆将铸铁制动盘更换为铝基复合材料制动盘前后,在惰行、牵引、制动工况运行时的电机气隙、电机和轴箱振动以及各项动力学指标。研究结果表明:更换制动盘后对电机和轴箱的振动影响很小;车辆的非线性临界速度略有提高;平稳性和舒适度指标差异很小;更换制动盘前后车辆的轮轴横向力和脱轨系数差异很小;由于更换后的铝基复合材料制动盘质量小,减小了簧下质量,因此轮轨垂向力和轮重减载率有所改善。

轨道交通制动盘用颗粒增强铝基复合材料研究及进展

轨道交通装备轻量化是节能降耗、降低成本的有效手段。制动盘轻量化可减轻簧下重量,从而降低车辆运行阻力、减轻轨道压力,对降低运行及维护成本有重要意义。颗粒增强铝基复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度等优点,因而成为轻量化轨道交通制动盘的关键材料之一。文章介绍颗粒增强铝基复合材料制备方法与增强颗粒对材料综合力学性能的影响;展望该类材料未来研究方向,以期为颗粒增强铝基复合材料轨道交通制动盘开发提供参考。

制动盘用SiCp/A357铝基复合材料摩擦磨损性能研究

采用搅拌铸造法制备SiCp含量分别为0 wt%、10 wt%、20 wt%、30 wt%、40 wt%的SiCp/A357铝基复合材料(SiCp/A357复合材料)。在MVF-1A摩擦磨损试验机上以45#钢为对磨材料,研究SiCp含量对SiCp/A357复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)对SiCp/A357复合材料磨损表面观察分析。结果表明:加入SiCp可细化基体晶粒,降低SiCp/A357复合材料孔隙率,相比于A357基体铝合金材料,40 wt%SiCp/A357复合材料的硬度提高了70.3%,可达155HBW。SiCp/A357复合材料的平均摩擦系数和磨损率均随SiCp含量的增加呈现先下降后上升的趋势,当SiCp含量为20 wt%时,达到最低的平均摩擦系数0.420和最低的磨损率4.15×10^(-3)g·m^(-3)。在60 N负载下,A357基体铝合金材料的磨损机制以粘着磨损为主,随着SiCp含量增加,SiCp/A357复合材料的磨损机制转变为以磨粒磨损(20 wt%SiCp/A357)与剥层磨损(40 wt%SiCp/A357)为主。

超音速火焰喷涂制备铝基复合制动盘工艺及力学性能研究

基于超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)技术,在7075高强铝合金表面制备出碳化钨(WC)颗粒来增强镍基合金的耐磨层,分别利用光学显微镜、扫描电镜对喷涂层及界面过渡区(Interface Transition Zone,ITZ)微观组织进行表征,技术制造分别使用显微硬度仪和万能试验机对喷涂层的显微硬度和抗剪强度进行测试,探求铝基复合制动盘超音速火焰喷涂工艺。结果表明,超音速火焰喷涂制备铝基复合制动盘的工艺参数为铝基合金表面WC颗粒含量为35%,氧油比约为3∶1,送粉量为80 g/min,喷涂距离为330 mm,入射速度为450 m/s,制动盘转速为7 r/min,氮气流量为10 L/min;铝基复合制动盘喷涂层微观组织为奥氏体基体上弥散分布着大量WC颗粒,致密度高达94%;喷涂层显微硬度约为1500HV,剪切强度约为147.3 MPa,满足制动盘力学性能要求。

新型铝合金材料制动盘热-结构耦合分析

随着近年来轨道交通车辆的轻量化、长寿命的要求不断提高,部分车辆制动盘的材料研究与应用逐渐由铸铁、铸钢转移到陶瓷基复合、铝基复合等材料上。为进一步研究铝合金制动盘的材料性能对设计方案的影响,通过制动盘台架试验结果对热容量分析参数进行修正,完成制动盘热容量分析精确建模,并基于热容量分析对铝合金制动盘进行热-结构耦合分析,实现铝合金制动盘结构设计方案的优化。

汽车制动盘涂装工艺的分析和探讨

从汽车制动盘的特点、水性锌铝涂层防腐机理和特点、铁系磷化的特点等方面对汽车制动盘涂装工艺进行分析和探讨。

基于提高列车运行品质的制动盘轻量化技术研究

随着城市轨道交通(以下简称“城轨”)列车轻量化要求的日益提高,制动盘的轻量化设计及其应用技术越来越受到业内重视,但针对轻量化制动盘对整车性能的影响还缺少量化的研究成果。结合铝基复合材料的应用,介绍制动盘轻量化的设计理念;以仿真计算和线路试验为手段,以量化数据的对比分析为方法,详细阐述轻量化制动盘对列车运行品质的影响。

铝基复合材料制动盘在地铁车辆上的应用研究

应用替代铸铁材料的铝基复合材料制动盘能够降低车辆簧下质量,满足车辆轻量化发展趋势,改善车辆的轮轨关系和运行品质。本文从装用铸铁材料制动盘和铝基复合材料制动盘的地铁车辆入手,从某地铁线路实际试验情况出发,着重研究铸铁材料制动盘和铝基复合材料制动盘在满轴重载荷及纯空气制动工况下以最高运营速度连续两次平直道紧急制动热容量性能、满轴重载荷及纯空气最大常用制动工况下实际站点正线往返运行热容量性能、空车及满载等不同载荷工况下纯空气最大常用制动减速度及制动距离等,同时分析了铝基复合材料制动盘对车辆轻量化的效果。研究分析结果表明,铝基复合材料制动盘在提高车辆轻量化的同时具备优异的热容量和制动性能。

超音速火焰喷涂制备铝基复合制动盘结构优化设计及分析

铝基复合制动盘具有高比强度、良好的导热性、耐磨性及耐蚀性等优点,是轨道交通车辆制动部件的首选。本工作首次提出以7075铝合金(T6)为制动盘基体材料,采用超音速火焰喷涂(High velocity oxygen fuel, HVOF)在其表面制备含WC颗粒增强镍基合金涂层,从而制备出铝基复合制动盘。本工作在基体上设计不同数量、孔径、深度、分布的盲孔,以缓解由于基体与涂层之间热物理性质差异出现的应力,采用有限元软件COMSOL研究盲孔的数量、尺寸、深度及分布对制动盘服役过程中应力分布的影响规律,进而优化制动盘结构设计。模拟结果表明,基体上设计的盲孔一定程度上能够降低制动盘摩擦制动时界面过渡区(ITZ)的热应力;随着盲孔数量增多、孔径和深度增大,等效应力降低;盲孔位置越靠近制动盘内外径边缘,等效应力越小,最小值为87.07 MPa;与孔径、深度相比,盲孔数量对缓解铝基复合制动盘等效应力的效果更为明显。

橡胶含量对匹配铝基制动盘的橡胶基摩擦材料性能的影响

为研制与铝基复合材料制动盘匹配良好的合成闸片,以丁腈橡胶为主要黏结剂,通过半湿法密炼工艺制备橡胶基摩擦材料,研究不同丁腈橡胶含量对摩擦材料力学性能和摩擦磨损性能的影响规律,并探究摩擦材料磨损机制。研究结果显示,在质量分数5%~13%范围内,随着橡胶质量分数的增加,摩擦材料的硬度、压缩强度和冲击强度呈先增大后减小的趋势,而压缩模量呈逐渐下降的趋势;当橡胶质量分数为11%时,摩擦材料的冲击强度达到最大值;随着橡胶质量分数的增加,摩擦因数和磨损率均呈现先降低后升高的趋势,在橡胶质量分数为11%时,摩擦材料的磨耗量达到最低值。在较低的橡胶含量下,摩擦材料的磨损机制主要是磨粒磨损和黏着磨损,其中黏着磨损占主导地位,随着橡胶含量的增加,摩擦材料的主要磨损方式转变为磨粒磨损。橡胶质量分数为11%时,摩擦材料的材料各项性能优异,最为适合与铝基制动盘匹配。研究结果为开发高性能的橡胶基摩擦材料以满足铝基制动盘的要求提供了参考。