改进铁路用合成闸瓦的方法 本发明涉及一种改进铁路火车现用合成闸瓦使用性能的方法，是对铁路专用制动配件的改进。
目前我国铁路火车制动使用的闸瓦主要有高磷铸铁闸瓦、中磷铸铁闸瓦和以橡胶改性酚醛树脂为粘接剂的低摩合成闸瓦(简称合成闸瓦)。其中，合成闸瓦使用寿命最长，分别约为上述两种铸铁闸瓦的2．5、6．25倍。但由于合成闸瓦中常用的普通铁粉散热剂如铸铁粉或还原铁粉在粘接剂中被包围、分割，很难发挥散热作用，故因散热性差常造成车轮踏面热损伤。特别是在高速制动时，车轮踏面易出现热斑、热裂纹、热剥离等损伤，影响了合成闸瓦的大面积推广应用。
本发明的目的是设计一种既能保持现用合成闸瓦的优良性能，又不会对车轮产生热损伤的合成闸瓦的生产方法。
实现发明目的采用地技术方案是：设计一种改进铁路用合成闸瓦的方法，其工艺及制造方法仍以现用合成闸瓦为基础，即符合铁道部标准《TB／T2403—93货车高摩擦系数合成闸瓦》或铁道部标准《TB／T 2404—93铁道车辆用低摩擦系数合成闸瓦技术条件》的规定，在配料时，不用普通铁粉，改用重量百分数为2—36，含磷量为5—25的磷铁合金粉，余后的工艺及加工方法与现用合成闸瓦一样。这样改进压制出的合成闸瓦既具有现用合成闸瓦的全部优点，又不会对车轮踏面产生热损伤。
本发明的科学依据是：由于摩擦制动过程是一种将机械能转化为热能后，使运动机械装置停止运动的过程。摩擦工作界面的特性和状态，决定了摩擦对偶件之间的摩擦系数，热消散、热损伤和耐磨性。本改进方法的特征是将原配料中的普通铁粉用2—36的磷铁合金粉替代。用来代替普通铁粉的磷铁合金粉在常温下是高硬度的金属性的硬质点，它均匀地分布在软基体的合成材料中，所以，在制动初速较低时，其好的耐磨性来自磨粒耐磨机制。在较高制动初速制动时，根据有关研究资料，闸瓦工作面和车轮踏面的极表层的范围内，界面温度可达600—1100℃。这个范围正是磷铁合金粉软化和相变的温度范围。所以，在此条件下含有磷铁合金粉的合成闸瓦工作面的极表面层范围内，磷铁合金粉可以软化、流变，在瓦和轮之间形成一层极薄的覆盖整个闸瓦工作面的界面膜。这种界面膜使瓦和轮之间在微观上的点接触成为面接触，降低和消除了制动时的热量在点上的集中作用，从根本上防止了车轮踏面热斑或(和)热裂的形成。在界面膜完全处于相变状态时，需要大量的相变潜热，即，可吸收相当数量的制动热能，减轻了制动热对车轮踏面和闸瓦工作面的影响，降低了车轮踏面和闸瓦工作面的温度。这种界面膜，使闸瓦的使用寿命明显提高，这是一种新型的界面膜软接触摩擦磨损机制。在制动结束后，磷铁合金粉又恢复固态金属的作用。再次制动时，则呈现金属性的粘着摩擦磨损机制。当这层金属的界面膜磨耗损失后，次表面的磷铁合金粉微粒在制动速度较低时，又进入磨粒耐磨机制。在制动初速较高时，再次形成界面膜，周而复始发挥作用。
经验证，磷铁合金粉应用磷重量百分数含量为5—25细度≤76μ的。通过调整其用量，压制出不同工况要求的系列闸瓦制品。
本发明仅将现用合成闸瓦制造方法中的配料工序稍作变动——去掉在合成闸瓦中极难发挥散热功能的普通铁粉，改用在合成闸瓦制动工况条件下，极易在工作界面形成界面膜的磷铁合金粉，从而显著地改善了闸瓦——车轮工作界面的特性和状态。这不仅保留了现用合成闸瓦的全部优点，利于现用合成闸瓦耐磨性提高，而且降低了工作界面的温升，可有效地防止车轮踏面的热损伤即热斑，裂纹和热剥离等。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明：
图1车轮踏面温度——制动初速关系图
图中■现用合成闸瓦曲线(以铸铁粉作散热剂)
▲用磷铁合金粉替换现用合成闸瓦中普通铁粉后压制闸瓦曲线
实施例1、2、3实施例现用闸瓦123普通铁粉10000磷铁合金粉051020磨耗量 g/MJ0．160．120．080．106
实施例1、2、3，均以符合铁道部标准《TB／T2404—93铁道车辆用低摩擦系数合成闸瓦技术条件》的规定或符合《TB／T2403—93货车高摩擦系数合成闸瓦技术条件》的规定生产的合成闸瓦配方、工艺为基准，选用不同含量的磷铁合金粉取代原配方中的普通铁粉后，压制成本发明的闸瓦或小试样。表中，普通铁粉为≤150μ的铸铁粉，磷铁合合粉粒度≤76μ，磷含量为18％。
以下各种试验及数据的检测均照部标《TB／T2403-93》或《TB／T2403-93》规定进行。
将上表四种不同配料制成1∶4和1∶1试样进行摩擦制动试验，现场装车运用考查试验，试验证明：
1∶4模拟试验在五种制动初速：40km／h，60km／h，80km／h,100km／h，120km／h的条件下进行摩擦制动试验。在制动初速较大时(＞60km／h)，本发明小样使模拟车轮的踏面温度比用普通铁粉的有显著的降低。在制动初速为80km／h时，磨合10闸后，含有磷铁合金粉试样与普通铁粉的试样相比，模拟车轮试样的踏面温度从143℃下降到134℃。
1∶1实物试验结果：以实施例2为基础制成实物闸瓦进行1∶1摩擦制动试验，在制动初速为95km／h时，本发明与同类普通铁粉闸瓦样品相比，车轮踏面温度下降30℃左右，提高制动初速，车轮踏面温度有进一步下降趋势，见图1。
装车试验：1、呼和浩特铁路局包白线长大坡道装车考验证明：长大坡道制动良好。最大允许减压力170kpa，实际平均减压77．6kpa，实际最大减压lOOkpa；车轮踏面状态良好，无异状磨耗，无金属镶嵌，踏面和轮缘根部无裂纹。2、哈尔滨铁路局加格达奇管内耐寒性装车考验证明，本发明方法压制的闸瓦通过了低温考验，制动性能良好。车轮踏面状态良好，特别是在—35——51℃的环境温度条件下，车轮无热斑、热裂。
上述1∶4模拟磨擦制动试验、1∶1实物磨擦制动试验、呼和浩特铁路局包白线长大坡道考验和哈尔滨铁路局加格达奇耐寒性装车考验四种条件下取得了极为一致的、良好的试验结果：经本发明方法改进的新型合成闸瓦有良好稳定的摩擦系数，使用寿命提高。特别是车轮踏面的热负荷明显改善，消除了热斑、热裂等热损伤。