激光熔覆铁基合金粉末制备高速列车制动盘的工艺研究

作     者：王玉乔 

作者单位：石家庄铁道大学 

学位级别：硕士

导师姓名：齐海波

授予年度：2018年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：高速列车制动盘 激光熔覆 铁基粉末 力学性能 摩擦磨损 

摘      要：盘形制动是高速列车机械制动方式中最可靠的制动手段,其本质是通过摩擦副之间的相互作用将动能转化为热能,但摩擦磨损和热疲劳经常导致制动盘表层及近表层出现磨损及裂纹,从而造成盘形制动装置失效。本研究采用复合制造的方法,以国产铸钢作为基体,在其表面激光熔覆不低于5 mm的耐磨层,通过研究与控制耐磨层的组织和性能,达到提高高速列车制动盘使用性能的目的。首先,在铸钢基体上激光熔覆机械混合铁基粉末。激光熔覆层物相为由Fe-Cr、Ni-Cr-Fe、(Fe,Ni)固溶强化的体心立方(bcc)结构的α相,激光熔覆层中C元素损失80%,组织为马氏体与铁素体的混合组织,显微硬度与基体相近,在33045 HV范围内浮动,缺陷主要为夹杂、未熔合和气孔。对激光熔覆层进行拉伸实验,结果表明:激光熔覆层不存在加工硬化阶段,屈服强度929MPa,延伸率11%。其次,在铸钢基体上激光熔覆合金化铁基粉末。激光熔覆层物相为由Fe-Cr、Ni-Cr-Fe、(Fe,Ni)固溶强化的体心立方(bcc)结构的α相,激光熔覆层中C元素烧损25%,组织为马氏体,显微硬度高于基体,在36080 HV范围内浮动,与机械混合铁基粉末激光熔覆层相比,该激光熔覆层缺陷数量明显减少。激光熔覆层拉伸与冲击实验结果表明:激光熔覆层不存在加工硬化阶段,屈服强度1190 MPa,延伸率8.8%;激光熔覆层与基体铸钢组成复合体不同冲击缺口位置的冲击韧性均大于40 J·cm,相较于单一的基体材料,复合体的冲击韧性提高约2.5倍。最后,对合金化铁基粉末激光熔覆层在名义制动压力高于高速列车制动盘实际制动压力1倍的情况下进行了摩擦磨损试验。结果表明:室温下,激光熔覆层试样平均磨损量为3.333 mg,平均摩擦因数为0.702,磨损机理为磨粒磨损;基体试样平均磨损量为4.667 mg,平均摩擦因数为0.797,磨机理为磨粒磨损。600℃下,激光熔覆层试样出现负磨损,平均摩擦因数为0.398,磨损机理由磨粒磨损变为黏着磨损为主,磨粒磨损、氧化磨损共存。研究结果表明,合金化铁基粉末激光熔覆层的组织、力学性能及摩擦磨损性能均优于铸钢基体,可以为高速列车制动盘性能进一步提高提供一种研究思路和研究手段。