激光熔覆铁基合金粉末制备高速列车制动盘的工艺研究

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1、密级：公开工学硕士学位论文激光熔覆铁基合金粉末制备高速列车制动盘的工艺研究StudyonProcessTechnologyofLaserCladdingIron-BasedAlloyPowderforHigh-SpeedTrainsBrakeDisc培养单位：材料科学与工程学院专业：材料加工工程研究生：王玉乔指导教师：齐海波教授二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为

2、获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签

3、名：日期：导师签名：日期：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5mm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

4、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330~345HV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360~380HV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

5、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1190MPa，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40J·cm-2，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3.333mg，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4.667mg，平均摩擦因数为0.797，磨

6、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。关键词：高速列车制动盘；激光熔覆；铁基粉末；力学性能；摩擦磨损AbstractDiscbrakingisthemostreliablebrakingmethodinthemechanicalbrakingmodeofhighspeedtrai

7、n,whoseessenceistoconvertkineticenergyintothermalenergythroughtheinteractionbetweenfrictionpairs.However,frictionalwearandthermalfatigueoftenleadtowearandcrackonthesurfaceandnearsurfaceofbrakedisc,whichresultsinfailureofthediscbrakedevice.Byusingthemethodofcompoun

8、dmanufacturing,thisstudytakesdomesticcaststeelasthematrixandpreparesalasercladdinglayerwithathicknessoflessthan5mmonitssurface.Bystudyingandcontrollingt