CN102900794B - 分体式列车制动盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分体式列车制动盘，包括由第一盘块和第二盘块装连而成的圆环形的盘体，第一盘块和第二盘块装连时，第一径向凸起位于第二径向凹槽内，第二径向凸起位于第一径向凹槽内，第一径向凸起和第二径向凹槽上具有贯通的销孔和/或第二径向凸起和第一径向凹槽上具有贯通的销孔，且对应地第一径向凸起和第二径向凹槽上相应的销孔中穿有销轴和/或第二径向凸起和第一径向凹槽上相应的销孔中穿有销轴。本发明连接结构简单，定位方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种列车制动装置，尤其是一种分体式列车制动盘及制备该分体式列车制动盘的合金材料。
背景技术
随着铁路技术的大力发展和列车运行速度的不断提高，盘形制动的运用已经成为现行列车基础制动方式的首选，同时还作为列车在故障或危险情况下实施紧急制动，保证车辆和人身安全的唯一制动方式。盘形制动系统主要是依靠制动盘与摩擦材料间的摩擦作用把动能转化为热能散发到空气中，从而实现车辆的停车制动。
盘形制动系统的大量运用，必然带来制动系统中制动盘更换、维修等问题，如果每次维修和更换制动盘都要退车轮或盘毂将是一项非常繁琐且对车轮和车轴有害的行为，因此设计一种不影响制动盘工作过程，而且方便更换和拆卸的制动盘结构形式已经成为一个突出的问题，这样可以大量节省物力、人力和财力。现在产品中已经出现了一些制动盘结构，把两片分体盘用螺栓来固定连接，从而达到避免退轮或退毂换盘的目的，这种结构也是非常繁琐。
制动盘的质量性能直接影响着动车组的各项性能指标。而对于制动盘质量性能影响最大的是制动盘所使用的合金锻钢材料的各项力学性能指标。国内现有高速列车锻钢制动盘用合金锻钢材料的不足之处主要有：
（1）现有合金锻钢的各成分匹配不尽合理，且在冶炼过程中成分不容易控制，综合力学性能不是很理想。例如，公开号为CN1385628A、名称为“一种用于高速列车制动盘的材料”（最接近的现有技术）的专利申请为了满足高速列车制动盘材料性能的要求，添加了铬、钼、钒等合金成分，但铬、钼等合金成分在增加材料强度的同时却带来了材料塑性和韧性的明显降低；类似的，钒虽然可以细化晶粒，提高强度，但是钒容易氧化，导致其在冶炼过程中成分不容易控制，而且添加量过多的话，往往容易分散不均匀，还易导致材料产生脆性；此外，钒的添加还会带来材料低温冲击韧性的下降，影响材料的温度适应性能，导致列车在一些寒冷地区或低温季节的制动性能下降。
（2）现有合金锻钢采用淬火加回火处理的热处理方法不尽合理，未能充分进一步地优化、提升材料的性能；导致所制得的制动盘容易产生变形和裂纹，影响制动盘的使用寿命。
（3）国内现有高速列车锻钢制动盘用合金锻钢主要依赖进口，且价格昂贵。
因此，为满足我国高速铁路发展的需要，开发一种综合力学性能优良、制造容易，且性价比高的高速列车制动盘用材料显得尤为迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连接结构简单，定位方便的分体式列车制动盘。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种分体式列车制动盘，包括由第一盘块和第二盘块装连而成的圆环形的盘体，盘体上沿圆周方向均匀分布有若干个安装孔，第一盘块具有第一摩擦面和位于第一摩擦面背后的第一内侧面，第二盘块具有第二摩擦面和位于第二摩擦面背后的第二内侧面，所述第一盘块的两端部处均具有开口朝向第一内侧面方向的第一径向凹槽和朝向第一内侧方向的第一径向凸起，第二盘块的两端部处均具有开口朝向第二摩擦面方向的第二径向凹槽和朝向第二摩擦面方向的第二径向凸起，第一盘块和第二盘块装连时，第一径向凸起位于第二径向凹槽内，第二径向凸起位于第一径向凹槽内，第一径向凸起和第二径向凹槽上具有贯通的销孔和/或第二径向凸起和第一径向凹槽上具有贯通的销孔，且对应地第一径向凸起和第二径向凹槽上相应的销孔中穿有销轴和/或第二径向凸起和第一径向凹槽上相应的销孔中穿有销轴。
所述第二盘块的第二径向凹槽背部处具有凸向第二内侧面方向的径向加强筋。
所述第一盘块的第一内侧面和第二盘块的第二内侧面上均具有多个第一径向板状散热筋、第二径向板状散热筋和凸台，第一径向板状散热筋、第二径向板状散热筋和凸台的侧面均具有拔模斜度，安装孔穿过第二径向板状散热筋，所述凸台上具有径向销槽。
所述第一径向板状散热筋在圆周方向间隔60°均匀分布于第一盘块的第一内侧面和第二盘块的第二内侧面上，第二径向板状散热筋在圆周方向间隔30°均匀分布于第一盘块的第一内侧面和第二盘块的第二内侧面上，凸台在圆周方向间隔60°均匀分布于第一盘块的第一内侧面和第二盘块的第二内侧面上。
本发明的另一目的在于：提供一种适用于制造上述分体式列车制动盘的合金锻钢，该合金锻钢制造容易、综合力学性能优良。
上述分体式列车制动盘由合金锻钢制得，所述合金锻钢的各组分及其质量百分比如下：碳0.26%～0.35%；硅0.15%～0.39%；锰0.85%～1.50%；磷小于等于0.02%；硫小于等于0.01%；铬0.80%～2.00%；镍0.70%～2.00%；钼0.35%～1.00%；余量为铁及其他元素, 所述其他元素的质量百分比总和小于等于0.30%。
在上述技术方案中，优选，所述锰为0.85%～1.19%；进一步优选，所述锰为0.85%～1.10%。
在上述技术方案中，优选，所述铬为0.91%～2.00%；进一步优选，所述铬为0.91%～1.95%；再进一步优选，所述铬为0.91%～1.85%。
在上述技术方案中，优选，所述镍为0.71%～2.00%；再优选，所述镍为0.71%～1.64%；进一步优选，所述镍为0.71%～1.61%；更进一步优选，所述镍为0.72%～1.61%。
在上述技术方案中，优选，所述钼为0.35%～0.70%；进一步优选，所述钼为0.38%～0.63%；再进一步优选，所述钼为0.38%～0.49%。
在上述技术方案中，优选，所述硅为0.20%～0.39%；进一步优选，所述硅为0.22%～0.34%。
在上述技术方案中，优选，所述磷的含量为小于等于0.019%；优选，所述硫的含量为小于等于0.009%。
在上述技术方案中，优选，所述其他元素包括氧、氢、氮，其中氧质量百分比含量小于等于0.0020%；氢质量百分比含量小于等于0.0005%；氮质量百分比含量小于等于0.0070%。
在所述其他元素中，除了一些常见的应控制的有害合金元素外，如锡、锑、砷、铜等；还可以包括一些对钢的性能有益的合金元素如钒、钛、钨、铌等元素中的一种或几种。
在上述技术方案中，优选，所述其他元素包括钒、钛、钨、铌元素中的任意一种或任意二种及以上；其含量为钒≤0.1% ，钛≤0.08% ，钨≤0.04%，铌≤0.05%。
在上述技术方案中，进一步优选，所述其他元素包括钒、钛、钨、铌元素中的任意一种或任意二种及以上；其含量为钒＜0.1% ，钛≤0.08% ，钨≤0.04%，铌≤0.05%。
在上述技术方案中，所述合金锻钢调质处理后的金相组织为索氏体组织。
本发明的合金锻钢可以采用现有技术中的LF+VOD+VD(钢包炉法+真空吹氧脱碳炉法+真空脱碳炉法)炼钢工艺方法或类似的炼钢工艺进行制备。
下面详细描述一下本发明的合金锻钢所含的各化学成分在锻钢冶炼中所起的作用及其优选的含量范围。
在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般锰量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能。在本发明中，将其含量优选控制在0.85%～1.19%；进一步优选锰为0.85%～1.10%。
铬能提高钢的强度、硬度和耐磨性。同时，铬又能提高钢的高温强度，是耐热钢的重要合金元素。在本发明中，将其含量优选控制在铬为0.91%～2.00%，进一步优选铬为0.91%～1.95%，更进一步优选铬为0.91%～1.85%。
镍是扩大奥氏体相区的元素，并且也是固溶强化元素，随着镍含量的增加，钢的常温强度和高温强度增加，而对塑性和韧性影响不大，具体可以见图7、图8。在本发明中，将其含量优选控制在所述镍为0.71%～2.00%；进一步优选所述镍为0.71%～1.64%，再进一步优选镍为0.71%～1.61%；更进一步优选镍为0.72%～1.61%。
钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。钢中加入钼，能提高机械性能；并且还可以抑制合金钢由于回火而引起的脆性。在本发明中，将其含量优选控制在钼为0.35%～0.70%；进一步优选钼为0.38%～0.63%；再进一步优选为钼0.38%～0.49%。
在本发明中，将硅控制在0.15%～0.39%，优选硅为0.20%～0.39%，进一步优选硅为0.22%～0.34%。
在本发明中，将磷控制在小于等于0.02%；硫小于等于0.01%；优选磷含量小于等于0.019%；优选硫含量为小于等于0.009%。
在本发明中，优选氧含量小于等于0.0020%；优选氢含量小于等于0.0005%；优选氮含量小于等于0.0070%。
本发明的第三目的在于提供一种能进一步改善力学性能、减少变形和裂纹倾向的前述合金锻钢的热处理方法。
本发明的第三目的是通过提供前述合金锻钢的热处理方法来实现，其包括以下步骤：
首先进行正火处理，升温至860℃～920℃后保温3～5小时，风冷至常温；
然后进行调质处理：先淬火处理升温至860℃～920℃后保温3～5小时，水淬；随后进行回火处理，升温至550～620℃后保温3～5小时，风冷或水冷至常温。
优选的，合金锻钢的热处理方法中，进行所述正火处理和淬火处理时的升温过程为，首先升温至650℃～700℃后保温1～2小时，然后再升温至860℃～920℃。
优选的，合金锻钢的热处理方法中，进行所述正火处理和淬火处理时，升温速度为120℃～200℃/小时。
本发明的有益效果主要体现在：由于第一盘块和第二盘块装连时，第一径向凸起位于第二径向凹槽内，第二径向凸起位于第一径向凹槽内，并且第一径向凸起和第二径向凹槽上和/或第二径向凸起和第一径向凹槽上均具有贯通的销孔，销轴穿过相应的销孔定位，因此通过简单的凸起和凹槽的配合，再通过定位销轴定位，因此连接结构简单，而且定位销轴能在加工和安装中都能起到定位作用，定位方便。
对于制备所述分体式列车制动盘的合金锻钢的有益效果主要体现在：
（1） 通过对锰、镍、铬、钼多个合金成分的合理选择和搭配，在保证锻钢强度增加的同时，还能保证材料的塑性和韧性不受较大影响，避免了因强度增加导致材料塑性和韧性明显下降的现象。所制得的合金锻钢材料综合力学性能优良；明显克服了现有技术中的制动盘材料由于各成分匹配不尽合理而导致在强度和塑、韧性方面不能兼顾的矛盾（详见后面的对比试验）。
（2）通过对锰、镍、铬、钼多个合金成分及其与碳、硅等主要化学成分的合理配比，提高了合金锻钢材料的淬透性和热强性能，而且常温强度和高温强度也得到了大幅度提高。
（3）通过对锰、镍、铬、钼多个合金成分及其与碳、硅等其它主要化学成分的合理配比，本发明的合金锻钢材料的耐磨性要优于现有技术。采用本发明技术方案所获得的合金锻钢材料的布氏硬度值达到300 ～ 388HBW（详见后面的对比试验）。
（5）本发明的合金锻钢材料经适当的热处理后，晶粒细化，进一步提高了合金锻钢材料的抗拉强度、屈服强度及韧性，高温强度和塑性也得到了明显改善，变形和裂纹倾向小（详见后面的对比试验）。
（6）本发明的合金锻钢经热处理后所达到的力学性能指标如下：抗拉强度≥1070MPa；屈服强度≥905MPa；延伸率≥14%；断面收缩率≥35%；布氏硬度值为300～388HBW。完全能够满足250Km/h及以上的高速列车制动盘的材料要求。
此外，本发明的合金锻钢采用常规的LF+VOD+VD(钢包炉法+真空吹氧脱碳炉法+真空脱碳炉法)炼钢工艺方法或类似的炼钢工艺进行制备，冶炼方便，锻造容易，生产制造成本降低，更有利于工业化的实施和推广。
用本发明的合金锻钢材料制造的分体式列车制动盘已经在高速动车组上进行了试运行试验。运行结果表明，用本发明的合金锻钢材料制造的高速动车组分体式列车制动盘质量稳定、性能优异、使用寿命长； 同时，与国外同类产品相比，还具有较高的性价比优势。
综上所述表明，由于本发明通过锰、铬、镍、钼等合金成分和锻钢材料中碳、硅等其他主要化学成分的合理选择和配比，在适当的热处理后，使晶粒细化，提高了合金锻钢材料的淬透性和热强性能，常温强度和高温强度大幅度提高，所制得的合金锻钢不仅有较高的抗拉强度和屈服强度，在塑、韧性方面也有较好的表现，综合力学性能优良。同时，本发明的合金锻钢材料还具有耐磨性能好、变形和裂纹倾向小、冶炼方便、锻造容易和生产制造成本低的优点，有利于延长高速列车制动盘的使用寿命和工业化推广应用。
附图说明
图1是本发明的立体图；
图2是图1的后视立体图；
图3是图2的第一盘块的立体图；
图4是图1中第二盘块的立体图；
图5是图2中第二盘块的立体图；
图6是图1的A-A剖视图。
图7为含镍量与合金锻钢的常温强度及高温强度的关系图。
图8为含镍量与合金锻钢的伸长率及断面收缩率的关系图。
图9为本发明的具体实施例的淬火温度和合金锻钢抗拉强度的关系图。
图10为本发明的具体实施例的淬火温度和合金锻钢伸长率的关系图。
图11为本发明的具体实施例的淬火温度和合金锻钢抗拉强度、屈服强度的关系图。
图12为本发明的具体实施例的淬火温度和合金锻钢的伸长率、断面收缩率的关系图。
图13为本发明的具体实施例的合金锻钢经热处理后的金相组织放大100倍时的图片。
图14为本发明的具体实施例的合金锻钢经热处理后的金相组织放大500倍时的图片。
具体实施方式
以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。
参见图1~6所示，一种分体式列车制动盘，包括由第一盘块1-1和第二盘块1-2装连而成的圆环形的盘体1，盘体1上沿圆周方向均匀分布有若干个安装孔1-3，第一盘块1-1具有第一摩擦面1-1-1和位于第一摩擦面1-1-1背后的第一内侧面1-1-2，第二盘块1-2具有第二摩擦面1-2-1和位于第二摩擦面1-2-1背后的第二内侧面1-2-2，所述第一盘块1-1的两端部处均具有开口朝向第一内侧面1-1-2方向的第一径向凹槽1-1-3和朝向第一内侧面1-1-2方向的第一径向凸起1-1-4，第二盘块1-2的两端部处均具有开口朝向第二摩擦面1-2-1方向的第二径向凹槽1-2-3和朝向第二摩擦面1-2-1方向的第二径向凸起1-2-4，第一盘块1-1和第二盘块1-2装连时，第一径向凸起1-1-4位于第二径向凹槽1-2-3内，第二径向凸起1-2-4位于第一径向凹槽1-1-3内，第二径向凹槽1-2-3上具有贯通的销孔2，第二径向凸起1-2-4上具有贯通的销孔2，且对应地第二径向凹槽1-2-3上相应的销孔2中和第一径向凸起1-1-4上相应的销孔2中穿有销轴3。
参见图1、2、4、5、6所示，为了加强第二盘块1-2，所述第二盘块1-2的第二径向凹槽1-2-3背部处具有凸向第二内侧面1-2-2方向的径向加强筋1-2-5。
参见图2、3、5所示，为了能增加本发明的散热效果和结构强度，所述第一盘块1-1的第一内侧面1-1-2和第二盘块1-2的第二内侧面1-2-2上均具有多个第一径向板状散热筋4、第二径向板状散热筋5和凸台6，第一径向板状散热筋4、第二径向板状散热筋5和凸台6的侧面均具有拔模斜度，安装孔1-3穿过第二径向板状散热筋5，所述凸台6上具有径向销槽6-1。
参见图2、3、5所示，为了能够满足实际加工需要，所述第一径向板状散热筋4在圆周方向间隔60°均匀分布于第一盘块1-1的第一内侧面1-1-2和第二盘块1-2的第二内侧面1-2-2上，第二径向板状散热筋5在圆周方向间隔30°均匀分布于第一盘块1-1的第一内侧面1-1-2和第二盘块1-2的第二内侧面1-2-2上，凸台6在圆周方向间隔60°均匀分布于第一盘块1-1的第一内侧面1-1-2和第二盘块1-2的第二内侧面1-2-2上。
参见图1、2所示，本发明安装时，两个盘体1同时安装在轮毂的左、右两侧，再用螺栓将两个盘体1固定在轮毂上，由于第一盘块1-1和第二盘块1-2装连时，第一径向凸起1-1-4位于第二径向凹槽1-2-3内，第二径向凸起1-2-4位于第一径向凹槽1-1-3内，第二径向凸起1-2-4和第一径向凹槽1-1-3上均具有贯通的销孔2，且对应地第二径向凹槽1-2-3上相应的销孔2中和第一径向凸起1-1-4上相应的销孔2中穿有销轴3，因此通过简单的凸起和凹槽的配合，再通过定位销轴定位，因此连接结构简单，而且定位销轴能在加工和安装中都能起到定位作用，定位方便。
本发明还详细揭示了用于制备本发明上述分体式列车制动盘的合金锻钢。
表1 本发明的合金锻钢的化学成分（%）
| C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Mo |
| 0.26% ～ 0.35% | 0.15% ～ 0.39% | 0.85% ～ 1.50% | ≤0.020% | ≤0.010% | 0.70% ～ 2.00% | 0.80% ～ 2.00% | 0.35% ～ 1.00% |
如表1所示，本发明的合金锻钢的各组分及其质量百分比范围如下：碳0.26%～0.35%；硅0.15%～0.39%；锰0.85%～1.50%；磷小于等于0.02%；硫小于等于0.01%；铬0.80%～2.00%；镍0.70%～2.00%；钼0.35%～1.00%；余量为铁及其他元素。
所述其他元素含量小于等于0.30%。所述其他元素包括氧、氢、氮，其中氧质量百分比含量小于等于0.0020%；氢质量百分比含量小于等于0.0005%；氮质量百分比含量小于等于0.0070%。
所述其他元素还包括钒、钛、钨、铌等元素中的任意一种或任意二种及以上。其含量优选为钒≤0.1% ，钛≤0.08% ，钨≤0.04%，铌≤0.05%；更优选，钒＜0.1% ，钛≤0.08% ，钨≤0.04%，铌≤0.05%。
本申请中的其他元素包括两类，一类其他元素通常情况下对钢的性能是害的，如锡、锑、砷、铜、氢等；另一类其他元素对钢的性能是有益的，如钒、钛、钨、铌等，其含量一般为钒≤0.1% ，钛≤0.08% ，钨≤0.04%，铌≤0.05%。
在所述其他元素中，除了一些常见的应控制的有害合金元素外，如锡、锑、砷、铜等；还可以包括一些对钢的性能有益的合金元素如钒、钛、钨、铌等元素中的一种或二种及其以上的组合。
在本发明的合金锻钢成分中，为了进一步提高钢的性能，应严格控制氧、氢、氮的含量，优选氧含量小于等于0.0015%；优选氢含量小于等于0.0003%；优选氮含量小于等于0.0060%。
上述合金锻钢所达到的力学性能见表2。
表2 本发明的合金锻钢的力学性能
| 抗拉强度 | 屈服强度 | 延伸率 | 断面收缩率 | 布氏硬度值 |
| ≥1070Mpa | ≥905Mpa | ≥14% | ≥35% | 300 ～ 388HBW |
本发明的合金锻钢的力学性能测试按GB/T 228 金属材料 室温拉伸试验方法和GB/T 231.1 金属布氏硬度试验 第1部分:试验方法进行。从表2中可见，本发明的合金锻钢完全能满足250km/h以上高速列车制动盘对锻钢力学性能的要求。
为了进一步提高合金锻钢的性能，优选，所述锰为0.85%～1.19%；进一步优选，所述锰为0.85%～1.10%。
优选，所述铬为0.91%～2.00%；进一步优选，所述铬为0.91%～1.95%；再进一步优选，所述铬为0.91%～1.85%。
优选，所述镍为0.71%～2.00%，进一步优选，所述镍为0.71%～1.64%；再进一步优选，所述镍为0.71%～1.61%；更进一步优选，所述镍为0.72%～1.61%。
优选，所述钼为0.35%～0.70%；进一步优选，所述钼为0.38%～0.63%；再进一步优选，所述钼为0.38%～0.49%。
优选，所述硅为0.20%～0.39%；进一步优选，所述硅为0.22%～0.34%。
优选，所述磷的含量为小于等于0.019%；优选，所述硫的含量为小于等于0.009%。
优选，氧含量小于等于0.0020%；氢含量小于等于0.0005%；氮含量小于等于0.0070%。
在进一步的优选实施例中，所述合金锻钢的各组分的质量百分比如下：
碳0.26%～0.35%；硅0.22%～0.34%；锰0.85%～1.41%；磷小于等于0.019%；硫小于等于0.009%；铬0.91%～1.85%；镍0.72%～1.61%；钼0.38%～0.63%；余量为铁及其他元素；其他元素的含量小于等于0.30%；其中，氧含量小于等于0.0020%；氢含量小于等于0.0005%；氮含量小于等于0.0070%。
在该优选的合金锻钢中，优选所述锰为0.85%～1.19%；再进一步优选锰为0.85%～1.10%。
在该优选的合金锻钢中，优选所述硅为0.20%～0.39%，进一步优选硅为0.22%～0.34%。
在该优选的合金锻钢中，优选所述钼为0.38%～0.49%。
在该优选的合金锻钢中，所述合金锻钢调质处理后的金相组织为索氏体组织。
本发明的合金锻钢采用常规的LF+VOD+VD(钢包炉法+真空吹氧脱碳炉法+真空脱碳炉法)炼钢工艺方法进行制备。
本发明的合金锻钢所含的各化学成分在锻钢冶炼中所起的作用及其优选的含量范围可参见前面相关部分的描述。
本发明还提供了一些具体的优选实施例，各个优选实施例按序号排列，依次为1#～12#。它们的化学成分如下面的表3所示，优选实施例1#～12# 中的其它元素均小于等于其他元素的含量小于等于0.30%；包括氧质量百分比含量小于等于0.0020%；氢质量百分比含量小于等于0.0005%；氮质量百分比含量小于等于0.0070%；还包括钒≤0.1% ，钛≤0.08% ，钨≤0.04%，铌≤0.05%。
其对应的力学性能如下面的表4所示。本发明的合金锻钢可以用于制造高速列车制动盘。
下面以分体式合金锻钢制动盘的制造为例进行说明。
第一步，先制备符合表1中各化学成分要求的合金锻钢；采用常规的LF+VOD+VD(钢包炉法+真空吹氧脱碳炉法+真空脱碳炉法)炼钢精炼工艺，按如表1中所示的本发明的合金锻钢的化学成分配比进行冶炼，制得符合表1中各化学成分要求的合金锻钢钢锭；
第二步，将第一步制得的合金锻钢钢锭再轧制成圆钢；
第三步，以第二步制得的圆钢为坯料进行锻造，制得所需的合金锻钢的锻件毛坯，即合金锻钢制动盘毛坯；具体的锻造流程包括：坯料下料→加热→出坯→加热→模锻→切边、冲孔；
第四步，对第三步制得的合金锻钢的锻件毛坯，即合金锻钢制动盘毛坯进行热处理；所述热处理包括先正火处理，然后进行调质处理；
第五步，对热处理后的合金锻钢的锻件毛坯，即合金锻钢制动盘毛坯进行机加工后获得制动盘成品。
表3 化学成分(%)
| 序号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo |
| 1# | 0.26 | 0.25 | 1.06 | 0.020 | 0.002 | 1.29 | 1.08 | 0.46 |
| 2# | 0.27 | 0.25 | 1.10 | 0.017 | 0.002 | 1.32 | 1.09 | 0.47 |
| 3# | 0.28 | 0.29 | 0.87 | 0.018 | 0.009 | 0.92 | 0.73 | 0.38 |
| 4# | 0.29 | 0.25 | 1.10 | 0.015 | 0.001 | 1.32 | 1.10 | 0.47 |
| 5# | 0.30 | 0.30 | 1.06 | 0.019 | 0.004 | 1.25 | 1.10 | 0.46 |
| 6# | 0.31 | 0.27 | 1.10 | 0.019 | 0.004 | 1.32 | 1.22 | 0.45 |
| 7# | 0.32 | 0.28 | 1.09 | 0.016 | 0.004 | 1.34 | 1.21 | 0.47 |
| 8# | 0.33 | 0.31 | 1.07 | 0.016 | 0.005 | 1.24 | 1.12 | 0.45 |
| 9# | 0.35 | 0.22 | 0.85 | 0.009 | 0.003 | 0.91 | 0.80 | 0.39 |
| 10# | 0.27 | 0.40 | 0.95 | 0.013 | 0.008 | 1.56 | 0.85 | 0.59 |
| 11# | 0.28 | 0.34 | 1.41 | 0.012 | 0.006 | 1.06 | 1.61 | 0.40 |
| 12# | 0.27 | 0.32 | 0.92 | 0.013 | 0.007 | 1.85 | 0.72 | 0.63 |
表4 力学性能
本发明的合金锻钢用于制造高速列车制动盘的锻造、热处理及机加工流程为：合金锻钢钢锭→合金锻钢圆钢→坯料下料→加热→出坯→加热→模锻→切边、冲孔→正火→调质→抛丸清理→探伤→机加工→制动盘成品入库。
以下描述本发明的合金锻钢的的热处理方法，或者说合金锻钢制动盘毛坯的热处理方法。具体的热处理过程为：
首先，先进行正火处理，即升温至860～920℃后保温3～5小时，通过吹风或类似方式风冷至常温。
然后，再进行调质处理，即淬火升温至860～920℃后保温3～5小时，水淬，随后进行回火处理，即升温至550～620℃后保温3～5小时，通过吹风或类似方式风冷或通过喷水或类似方式水冷至常温。
优选，本发明的合金锻钢或合金锻钢制动盘毛坯的热处理方法为：进行所述正火处理和淬火处理时的升温过程为，首先升温至650℃～700℃后保温1～2小时，然后再升温至860℃～920℃。这样可以使合金锻钢材料的组织在相变时相变充分，进一步消除升温加热过程中合金锻钢锻件或合金锻钢制动盘毛坯的变形和裂纹倾向。
优选，本发明的合金锻钢或合金锻钢制动盘毛坯的热处理方法为：在进行所述正火处理和淬火处理时，升温速度为120℃～200℃/小时。控制一定的升温速度，可以避免由于升温速度过快而引起热应力大、从而使本发明的合金锻钢或合金锻钢制动盘毛坯产生变形和裂纹的危险。
本发明的合金锻钢或合金锻钢经热处理后的力学性能为：抗拉强度大于等于1070Mpa，屈服强度大于等于905Mpa，延伸率大于等于14%，断面收缩率大于等于35%，布氏硬度值为300 HBW～388HBW。
为了使热处理的效果更加稳定，当所用的热处理设备具有调节升温速度的功能时，高温正火处理和淬火处理的升温速度为120℃～200℃/小时；当所用的热处理设备没有调节升温速度的功能且升温速度较快时，在高温正火和淬火升温至650℃～700℃后保温1～2小时，然后再升温至860℃～920℃。
本发明的合金锻钢或合金锻钢的热处理工艺为先进行正火处理，再进行调质处理（淬火+回火）。先进行正火处理，可以消除锻件组织中的带状组织和粗大的晶粒，细化组织；再进行调质处理（淬火+回火）后，可以得到组织细小均匀的索氏体组织，材料常温强度大幅度提高，韧性也稍有提高。正火处理对本发明的合金锻钢力学性能的影响见图9和图10，可以看到，同时具有正火处理和调质处理步骤的合金锻钢的锻件比未经正火处理，仅进行调质处理的合金锻钢的锻件，在抗拉强度和伸长率两项指标上具有明显的优势。
本发明的合金锻钢的具体实施方式中，在850℃～1050℃范围内进行淬火热处理，淬火温度对本发明的合金锻钢的力学性能的影响见图11和图12。
由图11、图12可知，随淬火温度的提高，本发明的的合金锻钢的强度略有提高，而塑性先升后降，在860～920℃范围内淬火，本发明的的合金锻钢的力学性能均能满足250km/h以上高速动车组制动盘对合金锻钢材料的力学性能要求，即抗拉强度大于等于1070Mpa，屈服强度大于等于905Mpa，延伸率大于等于14%，断面收缩率大于等于35%，布氏硬度值为300～388HBW。
本发明经热处理后的金相组织为索氏体组织，其放大100倍的具体形态见图13、放大500倍的具体形态见图14。
表5所示为本发明的一种优选实施例与现有技术的化学成分对比。
表5 本发明实施例与现有技术的化学成分对比
表6所示为本发明实施例1#与现有技术采用相同的热处理工艺处理后的力学性能对比。两种材料所采用的热处理工艺均为：升温至900℃后保温4小时，吹风冷却至常温；然后再进行调质处理，即淬火升温至900℃后保温4小时，水淬，回火处理升温至600℃后保温4小时，吹风风冷至常温。
表6 本发明实施例与现有技术的力学性能对比
从表6中可以看出，本发明优选实施例通过对各种合金元素的科学、合理配比，所制得的合金锻钢材料的力学性能优于现有技术的力学性能。具体说来，本发明优选实施例的合金锻钢的抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率均明显高于现有技术。
表7所示为本发明优选实施例与现有技术的冷热疲劳试验结果，即模仿制动盘使用状况，将试样加热到600℃，保温一段时间，然后快速放入20℃的水中，反复进行600次后，在金相显微镜下，观察缺口的裂纹扩展情况。表7中的数据表明：本发明优选实施例的抗裂纹性能明显优于现有技术。
表7本发明实施例1#与现有技术的冷热疲劳试验结果对比
| 试样名称 | V形缺口处裂纹长度(mm) |
| 本发明实施例1# | 约0.24 |
| 现有技术 | 约0.64 |
本发明的合金锻钢成分和性能完全满足250km/h以上高速动车组制动盘的性能要求，并且具有更好的强韧性能。本发明通过对合金锻钢中锰、镍、铬和钼等合金成分的合理选择及其和碳、硅等其它化学成分的合理配比，使合金锻钢中的各种化学成分获得了较合理的匹配，从而使本发明的合金锻钢材料经适当的热处理后，晶粒细化，获得了优良的综合力学性能，提高了淬透性和热强性能，常温强度和高温强度也得到了大幅度提高。
本发明通过适当提高镍的含量，而合理调整锰、铬、钼元素的含量，既增加了强度又避免了对塑性和韧性的较大影响，从而使本发明制得的合金锻钢获得了优良的综合力学性能，克服了现有技术因强度增加而塑性和韧性明显下降的不足。
而且，本发明的合金锻钢或合金锻钢的锻件的热处理工艺为先进行正火处理，再进行调质处理（淬火+回火）。先进行正火处理，可以消除锻件组织中的带状组织和粗大的晶粒，细化组织，再进行调质处理（淬火+回火）后，可以得到组织细小均匀的索氏体组织，材料的抗拉强度、屈服强度得到进一步的提高；常温强度和高温强度也有较大幅度的提升；锻件变形和裂纹倾向较小。
此外，由于本发明添加的合金元素种类、数量合理，锻件变形和裂纹倾向小，具有优良的锻造工艺性能，且热处理工艺合理，有利于该材料在铁路工业以及其他工程领域的应用；同时本发明的各化学成分较易控制，冶炼方便，锻造容易，工艺性能好，更有利于工业生产控制和降低生产制造成本。
同时需要指出的是，制动盘的工况在制动时产生的热量比较高，要求材料的耐热，散热性要好，耐磨性好。对于合金锻钢来说，通常硬度和强度是成正比的，强度高，硬度也高，相应材料的耐磨性也好。由于本发明的合金铸钢材料的硬度比现有技术更高，因此，其耐磨性也明显优于现有技术。
本发明的合金锻钢的冶炼采用了LF+VOD+VD(钢包炉法+真空吹氧脱碳炉法+真空脱碳炉法)炼钢精炼工艺，大幅度降低了氧、氢、氮气体含量和夹杂物含量，进一步提高了材料的力学性能。当然也可以采用其它类似的炼钢精炼工艺。
本发明的合金锻钢可用来锻造铁路部件，尤其适合用于分体式列车制动盘等合金钢锻件，也可以用来锻造其他有相似力学性能要求的部件，如齿轮、缓冲器、车钩附件等。
本发明并不限于前述实施方式，本领域技术人员在本发明技术精髓的启示下，还可能做出其他变更，但只要其实现的功能与本发明相同或相似，均应属于本发明的保护范围。
Claims (25)
1.一种分体式列车制动盘，包括由第一盘块（1-1）和第二盘块（1-2）装连而成的圆环形的盘体（1），盘体（1）上沿圆周方向均匀分布有若干个安装孔（1-3），第一盘块（1-1）具有第一摩擦面（1-1-1）和位于第一摩擦面（1-1-1）背后的第一内侧面（1-1-2），第二盘块（1-2）具有第二摩擦面（1-2-1）和位于第二摩擦面（1-2-1）背后的第二内侧面（1-2-2），其特征在于：所述第一盘块（1-1）的两端部处均具有开口朝向第一内侧面（1-1-2）方向的第一径向凹槽（1-1-3）和朝向第一内侧面（1-1-2）方向的第一径向凸起（1-1-4），第二盘块（1-2）的两端部处均具有开口朝向第二摩擦面（1-2-1）方向的第二径向凹槽（1-2-3）和朝向第二摩擦面（1-2-1）方向的第二径向凸起（1-2-4），第一盘块（1-1）和第二盘块（1-2）装连时，第一径向凸起（1-1-4）位于第二径向凹槽（1-2-3）内，第二径向凸起（1-2-4）位于第一径向凹槽（1-1-3）内，第一径向凸起（1-1-4）和第二径向凹槽（1-2-3）上具有贯通的销孔（2）和/或第二径向凸起（1-2-4）和第一径向凹槽（1-1-3）上具有贯通的销孔（2），且对应地第一径向凸起（1-1-4）和第二径向凹槽（1-2-3）上相应的销孔（2）中穿有销轴（3）和/或第二径向凸起（1-2-4）和第一径向凹槽（1-1-3）上相应的销孔（2）中穿有销轴（3）。
2.根据权利要求1所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述第二盘块（1-2）的第二径向凹槽（1-2-3）背部处具有凸向第二内侧面（1-2-2）方向的径向加强筋（1-2-5）。
3.根据权利要求1所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述第一盘块（1-1）的第一内侧面（1-1-2）和第二盘块（1-2）的第二内侧面（1-2-2）上均具有多个第一径向板状散热筋（4）、第二径向板状散热筋（5）和凸台（6），第一径向板状散热筋（4）、第二径向板状散热筋（5）和凸台（6）的侧面均具有拔模斜度，安装孔（1-3）穿过第二径向板状散热筋（5），所述凸台（6）上具有径向销槽（6-1）。
4.根据权利要求1所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述第一径向板状散热筋（4）在圆周方向间隔60°均匀分布于第一盘块（1-1）的第一内侧面（1-1-2）和第二盘块（1-2）的第二内侧面（1-2-2）上，第二径向板状散热筋（5）在圆周方向间隔30°均匀分布于第一盘块（1-1）的第一内侧面（1-1-2）和第二盘块（1-2）的第二内侧面（1-2-2）上，凸台（6）在圆周方向间隔60°均匀分布于第一盘块（1-1）的第一内侧面（1-1-2）和第二盘块（1-2）的第二内侧面（1-2-2）上。
5.根据权利要求1-4所述的任一分体式列车制动盘，其特征在于：所述分体式列车制动盘由合金锻钢制得，所述合金锻钢的各组分及其质量百分比如下：碳0.26%～0.35%；硅0.15%～0.39%；锰0.85%～1.50%；磷小于等于0.02%；硫小于等于0.01%；铬0.80%～2.00%；镍0.70%～2.00%；钼0.35%～1.00%；余量为铁及其他元素, 所述其他元素的质量百分比总和小于等于0.30%。
6.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的锰为0.85%～1.19%。
7.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的锰为 0.85%～1.10%。
8.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的铬为0.91%～2.00%。
9.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的铬为 0.91%～1.95%。
10.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的铬为0.91%～1.85%。
11.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的镍为0.71%～2.00%。
12.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的镍为0.71%～1.64%。
13.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的镍为0.71%～1.61%。
14.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的镍为0.72%～1.61%。
15.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的钼为0.35%～0.70%。
16.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的钼为0.38%～0.63%。
17.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的钼为0.38%～0.49%。
18.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的硅为0.20%～0.39%。
19.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的硅为0.22%～0.34%。
20.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的其他元素包括氧、氢、氮，其中氧质量百分比含量小于等于0.0020%；氢质量百分比含量小于等于0.0005%；氮质量百分比含量小于等于0.0070%。
21.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢中的其他元素包括钒、钛、钨、铌元素中的任意一种或任意二种及以上；其含量为钒≤0.1% ，钛≤0.08% ，钨≤0.04%，铌≤0.05%。
22.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述合金锻钢调质处理后的金相组织为索氏体组织。
23.根据权利要求5所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述用于制备分体式列车制动盘的合金锻钢的热处理方法包括以下步骤：
首先进行正火处理，升温至860℃～920℃后保温3～5小时，风冷至常温；
然后进行调质处理：先淬火处理升温至860℃～920℃后保温3～5小时，水淬；随后进行回火处理，升温至550～620℃后保温3～5小时，风冷或水冷至常温。
24.根据权利要求23所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述用于分体式列车制动盘的合金锻钢的热处理方法中，进行所述正火处理和淬火处理时的升温过程为，首先升温至650℃～700℃后保温1～2小时，然后再升温至860℃～920℃。
25.根据权利要求23所述的分体式列车制动盘，其特征在于：所述用于分体式列车制动盘的合金锻钢的热处理方法中，进行所述正火处理和淬火处理时，升温速度为120℃～200℃/小时。
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