制动盘材料

4）手刹车装置不易安装。 5）刹车片之磨损较大，致更换频率可能较高。
锻钢轮装制动盘
+ 适用于CRH2型动车组
锻钢轴装制动盘
提速式客车制动盘
2.制动盘材料的性能要求
制动盘是制动器的关键部件，对高速列车的安全行驶 起着至关重要的作用。制动盘用于高速列车相当苛刻的摩 擦制动部件。
对于制动盘材料的要求主要有： 1）足够的强度。以承受高速旋转时的离心力以及制动时 闸片压力。
5）制动盘的排水性较佳，可以降低因为水或泥沙造成刹车不 良的情形。
6）盘式刹车的构造简单，且容易维修。
+ 盘式制动器的不足
1）因为没有鼓式刹车的自动刹紧作用，使盘式刹车的刹车 力较鼓式刹车为低。
2）盘式刹车的刹车片与刹车盘之间的摩擦面积较鼓式刹车 的小，使刹车的力量也比较小。
3）为改善上述盘式刹车的缺点，因此需较大的踩踏力量或 是油压。因而必须使用直径较大的刹车盘，或是提高刹车 系统的油压，以提高刹车的力量。
1.3 制动器的分类 1）鼓式制动器
鼓式刹车的主要优点：刹车蹄片磨损较少,成本较低, 便于维修.由于鼓式刹车的绝对制动力远远高于盘式刹车, 所以普遍用于后轮制动的卡车上.
双向增力式制动器
2）盘式制动器 + 车辆速度在不断提高，车辆的总重不断增加。采用制动热
稳定能较好的盘式制动器的日益增多。
+ 盘式制动器的主要部件包括： 制动衬块、含有活塞的卡钳、安装在轮毂上的转子
1）化学成分： + C%=3.4%~3.6%；Si%=2.4%~3.0%；Mn%=0.4%~0.6%；
S%<0.06%；P%<0.07%。
2）组织特征：
+ 石墨形态介于片状和球状石墨之间。
+ 石墨形态在光学显微镜下看起来像片状，但不同于灰口铸 铁的是其片较短而厚、头部较圆（形似蠕虫）。
蠕墨铸铁的显微组织 100倍
盘式制动器的工作原理
+ 盘式制动器的优点
1）盘式刹车散热性较鼓式刹车佳，在连续踩踏刹车时比较不 会造成刹车衰退而使刹车失灵的现象。
2）刹车盘在受热之后尺寸的改变并不使踩刹车踏板的行程增 加。
3）盘式刹车系统的反应快速，可做高频率的刹车动作，同时 便于安装ABS等控制系统。
4）盘式刹车没有鼓式刹车的自动煞紧作用，因此左右车轮的 刹车力量比较平均。
问题：在高摩擦速度下，随温度的上升，其摩擦系数急剧增 大，与传统制动材料的摩擦特性差别很大。磨耗量较大， 有待进一步改进。
+ 铸钢-铸铁复合层制动盘 + 兼顾了两种材料特性，高而稳定的摩擦系数和抗热裂性能。
包层制动盘的结构
+ 铸钢-铸铁复合层制动盘特点：
+ 1）与铸铁制动盘相比，提高使用寿命2倍；
+ 2）摩擦特性与铸铁的大致相同，直到高速区也有稳定的 摩擦系数。
+ 3）具有较高的抗热裂性能。
3.2 复合材料制动盘
2）复合材料产品制造工艺多数是近终形成型，制造出的产 品，不需进行机械加工，生产效率高，制造成本低。
3）复合材料在轨道交通车辆中广泛应用，对减轻车厢质量， 降噪减振，提高安全性和舒适性，减少维修等均有重要作 用。
复合材料的优势
1）轻质高强
+ 质量轻、强度高、刚性大，是一种理想的结构件。 + 复合材料比常用的轨道交通车辆材料－金属材料的比强度
高速列车关键材料 ——制动盘材料
董立新
主要内容
1. 制动盘的概述 2. 制动盘的所用材料的性能要求 3. 传统制动盘材料 4. 新型制动盘材料
1. 制动盘概述
1.1 定义：固定在车轮上，随车轮转动，以端平面为摩擦工 作面，通过摩擦将动能转化为热能的圆盘形运动部件。制 动盘即刹车盘。
+ 制动过程是通过制动盘和制动闸的摩擦将动能转化为热能, 并通过制动盘的通风设备将热能传递到空气中。
+ 2）熔融法：在熔融的铝合金中，通过搅拌，均匀地混入 强化粒子。
3.2.2 碳/碳纤维复合材料制动盘 + 一种以碳纤维增强石墨的复合材料，其密度小，约为
1.5g/cm3，仅为铁的1/5。 + 特性：
1）导热性能很好、 2）热容量大 3）热膨胀系数小 4）因此具有质量小、抗热裂等优点。 应用：在飞机和赛车上作为制动材料已通过了实践应用的考 验。
Ni-Cr-Mo低合金铸铁制动盘 ---在片状石墨铸铁中加入Ni、Cr、Mo等合金元素 + 提高承受热负荷能力—高温下耐磨损性能 + 但在更高车速下，250Km/h易产生热裂纹，致使失效。
+ 3.1.2 蠕墨铸铁制动盘
铁液经过蠕化处理，大部分石墨呈蠕虫状的铸铁
+ 蠕化剂主要是镁或稀土。
+ 迄今为止，国内外研究结果一致认为，稀土是制取蠕墨铸 铁的主导元素。我国稀土资源富有，为发展我国蠕墨铸铁 提供了极其有利的条件和物质基础。
5）热处理工艺： + 正火：900-950℃，空冷 + 正火态的蠕墨铸铁的强度、塑性、耐磨性均比铸态的高。
+ 退火工艺：为了获得体积分数85%以上的铁素体基体或者 消除薄壁处的游离渗碳体。
3.1.3 铸钢制动盘
+ 从50年代开始使用。 + 具有较高的强度（大于800MPa）、韧性和抗热裂性能.
蠕虫状石墨
蠕墨铸铁的显微组织
3）材料牌号：
+ 蠕墨铸铁的牌号为：RuT+数字。
+ 牌号中，“RuT”是“蠕铁”二字汉语拼音的大写字头，为 蠕墨铸铁的代号；后面的数字表示最低抗拉强度。
+ 例如：牌号RuT300表示最低抗拉强度 为300MPa的蠕墨铸
铁。
常用蠕墨铸铁牌号（GB/T4403-1999）
3.2.1 铝合金基的复合材料 + 一种在铝合金母材中加入陶瓷粒子（SiC、Al2o3等）的复
合材料。 + 特点：
1）具有和铸铁一样的耐磨性能
2）质轻
3）导热性能好。由于铝合金导热性能好，不会发生局部过 热
4）具有较高的抗热疲劳性能
+ 制造工艺：
+ 1）粉末法：铝合金粉末与强化粒子混合后再固化；
4）性能
+ 具有良好的综合性能，力学性能较高。蠕墨铸铁的力学性 能介于灰铸铁和球墨铸铁之间
+ 铸造性能、减振性和导热性都优于球墨铸铁，与灰铸铁相 近
+ 高温下有较高的强度，氧化生长较小、组织致密、热导率 高以及断面敏感性小等特点
我国制作蠕墨铸铁所用的蠕化剂中均含有稀土元素， 如稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅钙合金、稀土 锌镁硅铁合金等。由此，形成了适合国情的蠕化剂系列。
+ 但由于导热性能差、热容量较大、膨胀系数大，在使用中 摩擦面易出现沟槽、皱折及网状裂纹；
+ 局部表面会产生融化，以“鱼鳞状”金属崁入闸片中，大 大加剧了制动盘和闸片的磨损。
+ 因此，铸钢制动盘的寿命较短，现在一些重型卡车上应用， 但在高铁上应用不理想。
+ 热处理工艺对ZDPH合金钢组织和性能的影 响
制动结构示意图
高速列车制动盘
铝基复合材料制动盘
高速重载列车制动盘
1.2 制系统的作用
+ 使行驶中的车辆按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车； + 使已停驶的车辆稳定驻车； + 使下坡行驶的车辆速度保持稳定。
在各类车辆制动系统中，制动器是车辆制动系中用以产 生阻止车辆运动或运动趋势力的部件。目前，各类车辆所 使用的制动器都是摩擦制动器，也就是阻止车辆运动的制 动力矩来源于固定元件和旋转工作表面之间的摩擦。
+ 复合材料是由基体材料：（聚合物材料、金属、陶瓷）和 增强体（纤维、晶须、颗粒）复合而成的具有优异综合性 能的新型材料，是本世纪中发展最迅速的新材料之一
+ 复合材料已在航空、航天、交通运输、基础建设等领域中 发挥了巨大的作用，成为这些领域产品性能提高和升级换 代的关键材料。
+ 特征： 1）用复合材料做成的构件，质量轻、强度高、刚性大，是 一种理想的结构件。
+ 高抗疲劳强度和低缺口敏感度
5） 低成本
①随着原材料的发展和工艺的进步，其成本正在逐步降低；
②由于采用模块化的设计技术及整体成型技术，大大减少 了结构的复杂性、并缩短了生产实际以及总装所需要的工 作量，降低了总体成本；
③由于复合材料的耐疲劳、耐腐蚀等特性，降低了维护、 修理成本等。
④由于减重，提高了运营能力，减少了能耗，总寿命周期 成本得到了降低。
+ 现在使用的纤维从弹性模量为70 GPa和抗拉强度为3 500 MPa 的玻璃 纤维，到模量为60GPa 和抗拉强度为3 900 MPa的高模量碳纤维，其 性能范围很宽。根据已知的有关混合物的定律，通过选择基体材料， 可以改变其性能，因此每个结构件都可以根据要求找到一种最佳的铺 层结构。
4） 高安全性
各国正在使用及研究开发的制动盘材质:
3.1 铁系金属材料制动盘
3.1.1 铸铁制动盘
铸铁制动盘材料的化学成分及力学性能
+ 特点： 1）较好的摩擦特性，摩擦系数在0.25-0.35，且较稳定 2）耐磨性能好 3)变形小 4)铸造性能好 5)价格低
+ 但在速度130Km/h时，磨损严重，需频繁更换。
和比模量要高出1～5倍。
2 ）可设计性强
+ 纤维复合材料的最显著特点是高比强度和高比刚度，并且 它可以在一个很宽的范围内变化，因此复合材料可以通过 材料选择、结构设计、铺层设计等方法解决各种技术难题。
3）工艺性强
+ 复合材料产品制造工艺多数是近终形成型，制造出的产品， 不需进行机械加工，生产效率高，制造成本低。
2）高而稳定的摩擦系数。以获得良好的制动效果。