[發(fā)明專利]一種高速列車制動(dòng)盤

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410761648.0
• 申請(qǐng)日: 2014-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN105755398B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳國(guó)賢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇鼎泰工程材料有限公司
• 主分類號(hào): C22C38/50
• 分類號(hào): C22C38/50;C22C33/04;F16D65/12
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為一種高速列車制動(dòng)盤。涉及到制動(dòng)盤盤體材質(zhì)的組分構(gòu)成和制備方法。

背景技術(shù)

在高速列車速度高和運(yùn)行條件惡劣的制動(dòng)工況下，巨大的制動(dòng)熱負(fù)荷及熱沖擊引起很高的溫度梯度，從而帶來(lái)很高的熱應(yīng)力，因此導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象，產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展。同時(shí)，高速制動(dòng)時(shí)摩擦副表面溫度很高，會(huì)導(dǎo)致盤體的變形。現(xiàn)有的高速列車制動(dòng)盤在服役過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)磨耗嚴(yán)重、輞裂等問題，直接影響到列車制動(dòng)性能和安全性能。同時(shí)高速列車制動(dòng)盤主要依賴進(jìn)口，這種局面已經(jīng)嚴(yán)重制約了鐵路機(jī)車檢修質(zhì)量和使用效率的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過(guò)控制高速列車制動(dòng)盤材料組分配比，使其具有有較高的力學(xué)性能、耐熱疲勞性能、耐摩擦磨損性能和快速熱導(dǎo)性能等綜合性能，從總體上改善其服役性能，達(dá)到磷、硫含量≤0.010%，碳含量≥0.03%，制動(dòng)盤常溫抗拉強(qiáng)度≥1100MPa，制動(dòng)盤屈服強(qiáng)度≥1000MPa，布氏硬度≥300HB，導(dǎo)熱系數(shù)≥40W/m·K，摩擦系數(shù)達(dá)到0.40，制動(dòng)盤常溫沖擊韌性≥40J的關(guān)鍵指標(biāo)。

本發(fā)明涉及的高速列車制動(dòng)盤材料組分及其質(zhì)量百分比如下：碳含量0.25-0.50%，硅含量0.6-1.0%，錳含量0.4-0.8%，鎢含量0.01-0.02%，釩含量0.1- 0.9%，鉬含量0.3-0.7%，鎳含量1.0-1.5%，鉻含量0.9-1.2%，鈦含量0.01-0.02%，鋁含量0.020-0.035%，鋯含量0.035-0.050%，鈮含量0.045-0.060%，同時(shí)磷，硫含量之和小于等于0.01%，鐵余量。

由于鐵的熔點(diǎn)高，它的強(qiáng)度、硬度、塑性、耐熱強(qiáng)度和抗氧化性可以通過(guò)添加各種元素使其合金化而加以調(diào)整。以下列舉了所述制動(dòng)盤材料添加的不同元素對(duì)合金性能的影響。

1）碳(C)：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊韌性降低。

2）鎳(Ni)：不形成碳化物，固溶強(qiáng)化及提高淬透性的作用中等；細(xì)化鐵素體晶粒，在強(qiáng)度相同的條件下，鎳能提高鋼塑性和韌性，特別是低溫韌性；為主要奧氏體形成元素并改善鋼的耐腐蝕性能。與Cr、Mo 等聯(lián)合使用，可提高鋼的熱強(qiáng)性和常溫強(qiáng)度以及耐蝕性。

3) 鎢(W)：是強(qiáng)碳化物形成元素，鋼中加入適量的鎢可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。碳化鎢熔點(diǎn)高，在高溫下阻止晶粒長(zhǎng)大，從而提高材料的高溫強(qiáng)度。

4) 鉻(Cr)：增加鋼的淬透性并有二次硬化作用，能提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻還能提高鋼的高溫強(qiáng)度，是耐熱鋼的重要合金元素。

5) 釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加入適量的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物在高溫高壓下可提高鋼的抗氫腐蝕能力。

6) 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和紅硬性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力。鉬還可以抑制合金鋼由于回火而引起的脆性。

7) 鈦(Ti)：鈦是強(qiáng)碳化物形成元素，鋼中加入適量的鈦可顯著細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性，尤其對(duì)提高沖擊韌性貢獻(xiàn)較為明顯。

8）鋯(Zr)：鋯合金塑性好，焊接性也好，可用以進(jìn)行焊接加工。具有脫氧、除氮、去硫的作用。且微量的鋯就會(huì)使合金的硬度和強(qiáng)度大幅提高。

9）鈮(Nb)：鈮可以提高鋼的強(qiáng)度，韌性、抗高溫氧化性和耐蝕性，降低鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度，獲得好的焊接性能和成型性能。在鋯鈮系合金中，鈮的添加量達(dá)到使用溫度下鋯的晶體結(jié)構(gòu)的固溶極限時(shí)，合金的耐蝕性最好。

10)錳(Mn) 鋁(Al)：上述各種元素的加入降低了材料的摩擦系數(shù)，錳、鋁可以提高材料的耐磨性。

本發(fā)明還提供了一種上述高速列車制動(dòng)盤的制備方法，該所述制備法為重熔法。

本發(fā)明涉及的高速列車制動(dòng)盤，其鑄鋼盤體材料按如下步驟制備：

1）采用真空熔煉。當(dāng)鋼液達(dá)到溫度時(shí)，取樣檢測(cè)鋼水化學(xué)成分，成分合格后，插鋁脫氧出鋼。

2）出鋼時(shí)采用包內(nèi)沖入法在鋼水包中沖入Re-Ti-Si蠕變質(zhì)劑，目的是脫氣、脫硫和吸出其他有害雜質(zhì)，還能改善夾雜物的形態(tài)和分布，改善鋼的鑄態(tài)組織，從而提高鋼的質(zhì)量。

3）采用包內(nèi)吹氬凈化工藝，減少鋼水中的夾雜物和氣體含量，提高材料的強(qiáng)度和韌性，尤其是韌性提高較為明顯。

4）吹氣時(shí)在鋼液表面加一層聚渣劑，使鋼水表面形成一層合成渣，避免鋼水與空氣直接接觸氧化，減少鋼水中氣體含量。

進(jìn)一步優(yōu)選的方案是，本發(fā)明所述的真空熔煉，溫度為1500℃-2000℃，真空度達(dá)到10Pa以上、澆注溫度為1630-1860℃。