高速列车制动盘、汽车制动盘是制动装置中关键的部件之一。随着列车的提速和制动工况下运行条件的恶劣,巨大的制动热负荷及热冲击会产生很大的温度梯度,导致制动盘内形成极大的热应力。因此,要求制动盘材料不仅具有稳定、均匀的摩擦性能和较高的耐磨性能之外,还必须有较高的热疲劳性能和导热性能,低的弹性模量和热膨胀系数,使得制动热量能迅速逸散,以减少制动盘摩擦表面急冷急热所形成的高热应力。

一、传统高铁动车制动盘材料

铸铁材料:一般应用于速度较低的轨道车辆上,同时还会因为速度的不同选用不同的铸铁材料,包括普通铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、低合金铸铁等,铸铁材质的制动盘只能应用在时速200以下的轨道列车上。

合金钢材料:合金钢材料能够满足时速350公里对制动盘的要求,包括铸钢材料、锻钢材料等,目前已经大量生产应用于高速动车组之中。

二、铝基碳化硅材料与传统制动盘材料对比

传统钢铁铸造制动盘的密度高,不利于轻量化;同时由于铸铁热导率低,在刹车过程中产生的热量难以及时散出,进而导致其表面与内部温度梯度高,易产生热裂,从而降低安全性。

针对传统材料的劣势,我公司通过自主研发,突破粉末冶金大规格铸锭制备技术,在满足高铁制动盘超大尺寸的同时,具备重量轻、热导率高、比热高、耐腐蚀、耐磨、耐高温的优势,与统钢铁铸造制动盘相比减重50-60%,热导率提高2倍以上。

铝基碳化硅材料与传统制动盘材料对比

性能指标

传统材料

铝基碳化硅

密度g/cm3

7.2-7.8

2.8-2.9

弹性模量GPa

126-140

160-195

热导率W/m·K

35-90

190-200

 

三、目前应用情况简述

目前在进口动车组CRH1/CRH2/CRH3/CRH5(时速200-300千米)上使用的是铸铁、铸钢或锻钢材料制动盘;在CRH380A/CRH380B(时速350千米)上,采用的铸钢材料制动盘。

中车株机公司、中车四方所、中车戚墅堰所已成功将铝基复合材料应用于双层动车组、列车制动盘等领域,减重效果明显,实现了提升摩擦性能的同时保证了材料的强韧性,降低运行能耗,提升车辆动力学性能。




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