Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu COMPOSITE

ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite

Chơng I
Tổng quan về ma sát - Mòn
Khái quát về vật liệu có khả năng giảm ma sát
1. lý thuyết về ma sát - mòn.
Trong quá trình cọ sát, sẽ xảy ra tơng tác cục bộ của các lớp bề mặt vật
liệu trên diện tích rất nhỏ. Sự tơng tác này làm thay đổi cấu trúc và tính chất
vật liệu trên bề mặt cọ sát. Đối với các chất dẻo thay đổi này rất mạnh và
chúng xảy ra chuỗi tác dụng của nhiệt, tác động cơ học, các chất hoạt động bề
mặt, điện tích xuất hiện ...
Để có sản phẩm từ chất đó với mỗi tổ hợp tính chất cho trớc điều quan
trọng là phải sử dụng các sơ đồ thử nghiệm hệ số ma sát mô phỏng các điều
kiện sử dụng điển hình nhất.
Khi nghiên cứu sâu về ma sát và mài mòn đặc biệt là ma sát - mòn trong
điều kiện bôi trơn ngời ta đã dùng đến rô bốt. Trong đa số các trờng hợp, các
đặc trng cần đánh giá hơn cả là lực ma sát, các thay đổi cơ lý bề mặt.
Lực ma sát thờng đợc đo bằng các phơng pháp cân lực kế hoặc theo độ
tắt dần của con lắc. Vì tính chất bề mặt cọ sát thờng xét theo kết quả đo, tuyến
hình bề mặt đợc đánh giá theo kết quả khối phổ, phổ điện tử và phân tích cấu
trúc Rơn ghen. Sự tăng tốc độ, nhiệt độ và tải trọng trong kỹ thuật hiện đại dẫn
đến sự gia tăng độ khắc nghiệt của các thử nghiệm về mòn vật liệu. Bên cạnh
đó đôi khi phải tính đến các yếu tố ảnh hởng nh chân không sâu, bức xạ và
môi trờng xâm thực...
Hệ số ma sát phụ thuộc rất lớn vào tải trọng vuông góc, tốc độ trợt, nhiệt
độ và các yếu tố khác.
Sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào tải trọng thay đổi theo nhiệt độ. ở
nhiệt độ thử nghiệm cố định hệ số ma sát giảm khi tăng tải trọng còn nếu tải
trọng cố định, hệ số ma sát tăng khi nhiệt độ tăng.
Khi thay đổi nhiệt độ thì cả vận tộc trợt của chất dẻo cũng có thể có các
đặc tính khác nhau nh một vật thuỷ tinh, vật mềm hoặc vật dẻo.

Khi đánh giá độ chịu mài mòn của chất dẻo nên chọn một đặc trng
không thay đổi theo lực ma sát. Ví dụ : chọn tỷ số giữa độ mài mòn và lực ma
1


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
sát. Sự đánh giá chịu mài mòn theo tỷ số trên có tính chất gần đúng do sự phụ
thuộc của sự mài mòn không chỉ vào tính chất vật liệu mà cả vào điều kiện thử
nghiệm.
Cờng độ mài mòn có thể đánh giá định lợng theo một đại lợng thông số
đo.
Ih =

Trong đó :

h
V
=
L A.L

h : Bề dày lớp bị mài mòn đi.
V : Thể tích lớp bị mòn đi.
L : Quãng đờng cọ sát.

A : Diện tích chuẩn của bề mặt.
Độ mài mòn có thể đánh giá bằng chỉ tiêu năng lợng :
In =

V
W

Trong đó : W - năng lợng cọ sát.
Theo lý thuyết hiện đại thì lực ma sát không chỉ là hàm của lực pháp
tuyến mà còn phụ thuộc vào tổ hợp các yếu tố : tốc độ trợt, vật liệu, điều kiện
môi trờng...
Sự phụ thuộc này có thể biểu diễn bằng công thức tổng quát sau :
T(n) =f(n,V,C)
Trong đó : T(n)
: Lực ma sát ứng với tải pháp tuyến n.
V
: Tốc độ trợt.
C
: Các thông số nh môi trờng, vật liệu.
Các khái niệm về ma sát này do Suh và Sin đề xớng (1981). Theo các tác
giả thì tính chất về cơ học có ảnh hởng lớn hơn so với các tính chất hoá học
đối với lực ma sát nếu trong quá trình chuyển động không có hiện tợng tăng
nhiệt độ. Theo quan điểm này có thể phân chia lực ma sát ra làm 3 phần :
- Biến dạng của các nhấp nhô trên bề mặt.
- Sự bám dính của các diện tích tiếp xúc.
- Sự tróc bề mặt.
Đối với vật liệu ma sát trên cơ sở nhựa Phenol - Formandehyt, tác giả
S.K.Rhee và các cộng sự (1971) đã đi sâu nghiên cứu về ảnh hởng của các yếu
2


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
tố nh áp lực, vận tốc và thời gian tới lợng mài mòn của vật liệu ma sát trên cơ
sở nhựa Phenol - Formandehyt độn sợi amiăng và đa ra công thức sau : (áp
dụng cho nhiệt độ bề mặt nhỏ hơn 2200C)
W = K.Pa.Vb.Tc

Trong đó : W

: Lợng vật liệu bị mất đi.

P
: Tải trọng.
V
: Tốc độ.
T
: Thời gian.
a, b, c : Hằng số phụ thuộc từng cặp ma sát.
Các ứng dụng của lý thuyết về ma sát - mòn đã giúp cho các nhà nghiên
cứu, ngời sản xuất và chế tạo nhận thức và khắc phục đợc nhiều hạn chế còn
tồn tại của vật liệu.

2. Các loại vật liệu có khả năng giảm ma sát.
Giảm ma sát - mòn có ý nghĩa quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân.
Các nhà nghiên cứu đã đa ra 3 loại vật liệu chính có khả năng làm giảm masat
- mòn : gốm, hợp kim và Polymer.
So với kim loại và Polymer, gốm có u điểm là hệ số ma sát thấp, độ cứng
bề mặt tơng đối cao, ít bị mài mòn và không bị ôxy hoá trong quá trình làm
việc. Tuy nhiên, gốm lại bị ảnh hởng của nhiệt, dao động và đặc biệt dễ bị vỡ
khi va đập.
Kim loại và hợp kim đợc sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực vật liệu
chống ma sát do những u điểm nổi bật nh : có độ cứng bề mặt cao, có khả
năng làm việc ở nhiệt độ cao... Nhợc điểm của chúng là khó gia công, có giá
thành cao và không bền hoá chất.
Việc nghiên cứu sử dụng vật liệu Polymer cho các kết cấu ma sát đã cho
kết quả bất ngờ. So với kim loại, Polymer có hệ số ma sát nhỏ hơn, ít mòn hơn,
ít bị ảnh hởng của dao động và va đập, có giá thành rẻ, tính công nghệ cao hơn

trong việc chế tạo chi tiết, có khả năng làm việc trong môi trờng nớc - hoá
chất.
Tuy nhiên sự thay thế kim loại bằng Polymer không phải lúc nào cũng
có lợi. Đối với kết cấu chống ma sát, hớng nghiên cứu có nhiều triển vọng nhất
là kết hợp giữa Polymer và các vật liệu khác.
3


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite

chơng ii
Tổng quan về vật liệu Polymer
1. Khái niệm.
Trong vài chục năm trở lại đây, ngành công nghệ và vật liệu mới đã phát
triển rất nhanh. Nhiều loại vật liệu mới đợc ra đời nhằm đáp ứng những những
yêu cầu khắt khe của công nghệ và dần thay thế một số vật liệu quý hiếm
truyền thống. Trong số đó, Composite là loại vật liệu có nhiều u việt đang đợc
thế giới rất quan tâm, nó đã có nhiều ứng dụng rất mạnh mẽ. Mục đích chế tạo
vật liệu Composite là làm sao phối hợp đợc các tính chất mà mỗi vật liệu ban
đầu không thể có đợc. Nh vậy có thể chế tạo vật liệu Composite từ những cấu
tử mà bản thân chúng không thể đáp ứng đợc các yêu cầu đối với vật liệu.
Vật liệu Composite nói chung là loại vật liệu đồng nhất trong thể tích
lớn nhận đợc bằng cách hợp nhất các thể tích nhỏ của các vật liệu khác. Về
bản chất vật liệu Composite là hệ thống hai hay nhiều pha khác nhau về bản
chất hoá học gần nh không tan lẫn trong nhau, phân cách nhau bằng ranh giới
pha trong đó pha liên tục hay nền là Polymer, pha phân tán là phụ gia tăng cờng. Ngoài ra còn có một số hợp chất khác nh: chất tạo màu, chất tăng cờng
đặc biệt.
Vật liệu Composite có thể chế tạo bằng các phơng pháp cơ nhiệt từ các
thành phần hay bằng phản ứng hoá học mà dẫn đến sự phân chia pha trong hỗn
hợp đồng nhất ban đầu. Vật liệu Composite có thể đợc chế tạo bằng nhiều phơng pháp khác nhau nh đúc ép, quấn ống...

4


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite

2. Đặc điểm.
Việc đa chất gia cờng vào nền Polymer đa lại cho vật liệu Composite
nhiều u điểm nổi bật so với vật liệu truyền thống: độ bền đợc nâng cao, mô
đun đàn hồi cao, tỷ trọng thấp, ổn định tính chất trong nhiều môi trờng hoá
chất, chống mài mòn tốt...
*Những đặc điểm nổi bật của vật liệu Composite là :
- Là vật liệu nhiều pha, trong thực tế phổ biến nhất là loại vật liệu
Composite hai pha, pha gián đoạn là cốt đợc bao bọc bởi nhiều pha liên tục là
nền Polymer. Các pha tơng tác với nhau qua bề mặt phân chia pha nên tính
chất của vật liệu không chỉ phụ thuộc vào bản chất của các thành phần mà có
phụ thuộc rất nhiều vào liên kết giữa các thành phần. Vật liệu có tính chất
càng cao khi liên kết giữa các thành phần càng chặt chẽ. Cơ tính của vật liệu
còn phụ thuộc vào hình thái học nh hình dạng, kích thớc.... và mật độ phân bố,
phơng và thứ tự sắp xếp của cốt. Mật độ của cốt đợc xác định qua tỷ lệ khối lợng hoặc thể tích. Đây là một thông số quan trọng trong việc quyết định tính
chất cơ học của vật liệu. Khi cốt phân bố không đồng đều vật liệu sẽ bị phá
huỷ trớc tại những vị trí mật độ cốt thấp do đó làm giảm độ bền kết cấu của vật
liệu. Đây là một đặc trng trội nhất của vật liệu Composite. Vì vậy với những
phơng pháp chế tạo khác có thể đa lại những vật liệu Composite có tính chất
cơ lý khác mặc dù có cùng thành phần giống nhau nh phơng pháp quấn ống và
đúc kéo liên tục.
- Trong vật liệu Composite tỷ lệ hình dáng - kích thớc cũng nh sự phân
bố của nền, cốt tuân theo các qui định thiết kế trớc, nói cách khác với sự lựa
chọn thích hợp chất tăng cờng và nhựa nền tính chất của vật liệu Composite có
thể tính toán trớc.

- Tính chất của các pha thành phần đợc kết hợp để tạo nên tính chất
chung của Composite. Tuy vậy, tính chất Composite không bao hàm tất cả các
tính chất của các pha thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà chỉ lựa chọn và
phát huy thêm những tính chất tốt.
- Có nhiều phơng pháp gia công cho phép chế tạo nhiều dạng sản phẩm
có đặc tính khác.
*Tuy nhiên vật liệu Composite còn có một số nhợc điểm :

5


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
- Là vật liệu đa thành phần nên việc đồng thời thoả mãn tất cả các yêu
cầu của vật liệu rất khó khăn. Chỉ có thể lựa chọn các thành phần và phơng
pháp chế tạo thích hợp để có thể đáp ứng những yêu cầu quan trọng nhất.
- Mô đun đàn hồi không cao.
- Nhiệt độ làm việc tơng đối thấp.

3. Phân loại vật liệu Composite.
Để phân loại vật liệu Composite ngời ta dựa vào đặc điểm đặc trng của
nó. Có thể phân loại vật liệu Composite theo những cách sau :
Theo bản chất của nhựa nền.
- Vật liệu Composite nền nhựa nhiệt dẻo.
- Vật liệu Composite nền nhựa nhiệt rắn.
Theo bản chất của cốt tăng cờng.
- Composite chất khoáng : Thuỷ tinh, Cacbon....
- Composite kim loại
: Bo, Nhôm...
- Composite hữu cơ
: Polyamit, Xenlulô...

Theo đặc điểm hình học của cốt hoặc đặc điểm của cấu trúc.
Đây cũng là phơng pháp phân loại phổ biến nhất. Theo phơng pháp này
vật liệu Composite chia thành 3 nhóm :
- Composite cốt hạt : Các phần tử chất độn không có kích thớc u tiên đợc phân tán vào cấu trúc của mạng Polymer. Vật liệu Composite cốt hạt thờng
có tính đẳng hớng.
- Composite cốt sợi : Cốt sợi có tỷ lệ chiều dài trên đờng kính khá lớn.
Vật liệu Composite cốt sợi thờng có tính chất dị hớng.
- Composite cấu trúc : Khái niệm này thờng dùng để chỉ các bán thành
phẩm trong đó thông dụng nhất là dạng lớp và dạng tổ ong đợc cấu thành từ
các vật liệu đồng nhất, phối hợp với các Composite khác. Vật liệu Composite
cấu trúc có tính chất kết hợp của các nguyên liệu thành phần.Ta có bảng nh
hình vẽ sau :

6


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite

Polymer Composite

Cốt sợi

Cốt hạt

Hạt
thô

Hạt
mịn

Liên
tục

Gián đoạn

Composite cấu
trúc

Lớp

Tổ ong

Hình 1.1. Phân loại cấu trúc Polymer Composite

Vai trò của các thành phần :
a. Nền Polymer.
Trong vật liệu Composite, nền Polymer đóng vai trò chủ yếu sau :
- Liên kết toàn bộ các phần tử cốt thành một khối thống nhất.
- Tạo khả năng gia công vật liệu Composite thành các chi tiết thiết kế.
- Che phủ bảo vệ cốt tránh các phá huỷ cơ học và hoá học duy trì tính
toàn vẹn và hình dạng của các thành phần.

7


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
- Truyền ứng suất tập trung lên chất độn thờng có tính cao hơn nhờ đó
làm giảm độ nhạy cảm với quá tải cục bộ do ứng suất tập trung. Nh
vậy hệ số an toàn sử dụng vật liệu Composite nói chung cao hơn vật
liệu truyền thống.

- Nền có ảnh hởng lớn tới đặc tính sử dụng của vật liệu Composite nh
nhiệt độ làm việc, độ bền mỏi tỷ trọng, độ bền riêng, khả năng
chống lại tác dụng của môi trờng ngoài...
- Nhựa nền đợc lựa chọn cho vật liệu phải thoả mãn các yêu cầu nhiều
khi là mâu thuẫn nhau. Bởi vậy việc chế tạo, lựa chọn một loại nhựa
nền tối u luôn phải dung hoà các thông số về độ bền độ mềm dẻo,
khả năng gia công và các tính chất khác.
* Nhựa nền đợc lựa chọn trên một số cơ sở sau :
- Yêu cầu của sản phẩm chủ yếu là các đặc tính kỹ thuật cơ lý độ bền
nhiệt ngoài ra độ bền hoá, khả năng chống cháy, đặc tính điện....
- Phơng pháp gia công.
- Giá thành.
Chất dính kết có thể đợc dùng là nhựa nhiệt rắn hay nhiệt dẻo ngoài ra
còn có elastone đợc tăng cờng bằng các sợi thờng đợc dùng trong công nghiệp
ô tô.
Nhựa nhiệt dẻo có thể hình thành nhiều lần bằng cách nung nóng làm
nguội liên tục và có khả năng tái sinh. Vật liệu trên cơ sở nhựa nhiệt dẻo có
khả năng chịu va đập nhờ khả năng biến dạng dẻo của nhựa, giá thành thấp dễ
sản xuất hàng loạt. Những cơ tính và khả năng chịu nhiệt thấp sản xuất đòi hỏi
máy móc phức tạp.
Trong công nghiệp vật liệu Composite hiện nay nhựa nhiệt dẻo chủ yếu
đợc sử dụng với chất tăng cờng dạng bột, sợi ngắn, các dạng sợi liên tục đã đợc
sử dụng để tăng cờng cho nhựa nhiệt dẻo trong một số lĩnh vực nh ống chịu áp
lực, cáp... các loại nhựa nhiệt dẻo thông dụng : PVC, PE, PS, PA...
Nhựa nhiệt rắn cho phép tạo hình một lần, nó tạo thành lới không gian
dới dạng tác dụng của nhiệt độ hoặc xúc tác. Nhựa nhiệt rắn có cơ tính cao và
đặc biệt độ bền nhiệt cao hơn hẳn nhựa nhiệt dẻo. Vật liệu trên cơ sở nhựa
nhiệt rắn có thể gia công dới áp suất và nhiệt độ cao. Phơng pháp này cho phép
sản xuất những sản phẩm có kích thớc lớn và không tốn năng lợng. Các loại
8

ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
nhựa chủ yếu dùng trong công nghiệp vật liệu Composite hiện nay nh : nhựa
Polyeste không no, nhựa Epoxy, Fenol - Formandehyt....
b. Chất gia cờng.
Trong vật liệu Composite chất gia cờng có tác dụng chịu ứng suất tập
trung cho cơ tính cao hơn nhựa nền. Đặc trng và mức độ ảnh hởng của chất
độn lên tính chất của vật liệu phụ thuộc vào bản chất cấu trúc ban đầu hình
thái hình học và phân bố, diện tích bề mặt riêng của chất gia cờng trong vật
liệu tơng tác và độ bền liên kết giữa chất gia cờng và nền. Chất gia cờng qui
định khả năng gia công của vật liệu ngoài ra còn ảnh hởng đến các tính chất
hoá, điên...
Đánh giá chất gia cờng trên những đặc điểm :
- Khả năng tăng cờng độ bền cơ học.
- Độ bền nhiệt.
- Độ bền hoá chất, môi trờng.
- Khả năng thấm ớt bề mặt bởi nhựa nền.
- Thuận lợi trong quá trình gia công.
- Giá thành hạ - có sẵn.
Chất gia cờng làm thay đổi đặc trng cơ bản của vật liệu gọi là chất gia cờng hoạt tính, chất gia cờng làm thay đổi đặc trng cơ bản của vật liệu gọi là
chất gia cờng trơ. Tuy nhiên chất gia cờng hoạt tính hay không hoạt tính phụ
thuộc rất nhiều vào bản chất của nhựa nền. Các chất gia cờng trơ chủ yếu
nhằm mục đích giảm giá thành vật liệu, cải thiện khả năng gia công.

9


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite

chơng iii
Nghiên cứu tổng quan về vật liệu ma sát- Các
yếu tố ảnh hởng đến tính chất cơ lý của tổ
hợp vật liệu ma sát
1. Nghiên cứu tổng hợp bột ma sát.
Với mục đích chế tạo loại bột ma sát có chất lợng cao chúng ta có thể
tiến hành tổng hợp Este Acrylborat thay cho việc sử dụng Phenol nguyên thể.
Este arylborat là sản phẩm phản ứng của hai hay nhiều Phenol với hợp
chất của Bo có khả năng tạo Este nh Axit Boric, các Andehyt của Bo....
Bột ma sát đợc tổng hợp bằng cách cho Este Acrylborat phản ứng với
Formandehyt.
*Quá trình tổng hợp bột ma sát có thể mô tả nh sau :
Cho hỗn hợp phenol Cacbanol với tỷ lệ định sẵn vào thiết bị phản ứng
nâng dần nhiệt độ đến 90 - 950C. Trộn axit boric vào khuấy đều đến khi tan
hết. Thời gian phản ứng của giai đoạn này kéo dài 45 phút. Tiếp tục nâng nhiệt
độ tới 140-1450C, cho xúc tác và Formandehyt vào ( xúc tác có thể là kiềm,
axit). Hỗn hợp tạo thành đợc tách nớc với thời gian 2 giờ. Sau đó tiếp tục nâng
nhiệt của phản ứng lên 1600 C và giữ ở nhiệt độ này trong thời gian 1 giờ 30
phút. Sản phẩm đợc lấy ra khi đã đợc làm bay hơi hết nớc. Dung môi đóng rắn
ở nhiệt độ 2000C đem nghiền mịn với kích thớc hạt đạt từ 74 ữ 104 àm. Tiến
hành tổng hợp bột ma sát với 4 tỷ lệ khác nhau : Fenol - Formandehyt
10


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
(1ữ1,12 ; 1ữ1,13 ; 1ữ1,14 ; 1ữ1,15) đợc ký hiệu FR1, FR2, FR3, FR4 tơng ứng.
Qua một số thí nghiệm sơ bộ có đợc tỷ lệ các cấu tử cho vào tổng hợp vật liệu
ma sát.
- Phối liệu của hỗn hợp đợc trình bày ở bảng sau : (theo % trọng lợng)
Bảng 1. Phối liệu của hỗn hợp ép. (theo % trọng lợng)

Cấu tử
Nhựa
Bột amiăng
Bột ma sát
Axit Stearic

%
29
61
9,5
0,5

Kết quả đánh giá độ mài mòn đợc trình bày ở bảng 2.
Bảng 2. ảnh hởng của các loại bột ma sát đến độ mài mòn và hệ số
ma sát của vật liệu.
Loại bột
ma sát
Độ mài mòn
(g/1000 vòng)
Hệ số ma sát

Không có
bột ma sát
0,0165

Tỷ lệ Phenol : Formandehyt (mol)
1:1,2
1:1,3
1:1,4
FR1

FR2
FR3
0,0405
0,0360
0,0370

0,347

0,356

0,512

0,506

1;1,5
FR4
0,0382
0,494

Từ kết quả đánh giá tại bảng 2 cho ta thấy : Việc đa bột ma sát vào tổ
hợp vật liệu làm giảm độ mài mòn của vật liệu ma sát xuống gần 3 lần từ
0,1065 g/1000 vòng 0,0405g/ 1000 vòng đồng thời hệ số ma sát tăng lên từ
0,347 0,512 (xấp xỉ 1,5 lần).
Tổ hợp vật liệu có chứa bột ma sát ký hiệu FR 2 sau khi trải qua 1000
vòng mài mòn đợc tiếp tục cho mài mòn tiếp và đo hệ số ma sát. Kết quả cho
ta thấy không có sự sai khác nhiều về kết quả giữa hai lần đo, độ mài mòn sai
lệch khoảng 0,8% và hệ số ma sát sai lệch xấp xỉ 1%. Điều này chứng tỏ khi
đa bột ma sát FR2 vào trong vật liệu đã làm cho tính chất của sản phẩm ổn

11

ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
định hơn trong quá trình sử dụng. Kết quả đo độ mài mòn và hệ số ma sát sau
vài lần thử nghiệm đợc trình bày ở bảng 3.
Bảng 3. Độ mài mòn, hệ số ma sát với chu kỳ mài mòn khác nhau
của tổ hợp VLMS chứa FR2.
Số vòng thử mài
mòn (vòng)
1000
2000
3000
4000
5000

Độ mài mòn
(g/1000 vòng)
0,036
0,0358
0,0362
0,0360
0,0364

Hệ số ma sát
0,512
0,512
0,509
0,51
0,507

2. Nghiên cứu ảnh hởng của các cấu tử chính trong
tổ hợp vật liệu.
Tính chất cơ lý của vật liệu Polymer - Composite không chỉ phụ thuộc
vào tính chất của nhựa nền, bột độn mà còn phụ thuộc vào tỷ lệ của chúng
trong tổ hợp. Tỷ lệ của các cấu tử trong tổ hợp có thể thay đổi tùy từng trờng
hợp cụ thể. Khi hàm lợng nhựa quá thấp khả năng chế tạo vật liệu trở nên khó
khăn do tổ hợp có độ chảy kém, các tính chất nh độ bền va đập, độ bền hoá
giảm, độ hấp thụ nớc tăng lên do lợng nhựa quá ít không đủ liên kết các chất
độn lại với nhau. Nếu hàm lợng quá cao (>50%) thì việc tạo hình càng khó do
tổ hợp vật liệu có độ nhớt
thấp. ảnh hởng của hàm lợng nhựa đến tính chất cơ
Độ bền (Tấn/in2)
lý của vật liệu Polymer - Composite trên cơ sở nhựa phenol Formandehyt với
bột độn thông dụng đợc trình bày ở bảng sau (Bảng 4)
14
12
10
8
6
4
2
0

20

40

60
80
100

Hàm lợng nhựa theo % trọng lợng

Hình1.2. ảnh hởng của hàm lợng nhựa tới độ bền của vật liệu.

12


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite

Qua hình 4 có thể thấy việc thay đổi hàm lợng của một cấu tử nào đó
trong tổ hợp vật liệu đề đạt mong muốn là tăng một số tính chất cơ lý nào đó
thì lại làm giảm một số tính chất cơ lý khác. Đối với trờng hợp vật liệu ma sát
trên cơ sở nhựa Phenol - Formandehyt để đạt đợc tính chất cơ lý mong muốn ta
cần phải xác định đợc một tỷ lệ nhất định các thành phần trong tổ hợp đồng
thời giữ đợc một tỷ lệ chất dính kết thấp nhất không làm thay đổi độ mài mòn,
hệ số ma sát của sản phẩm.
Qua sự tham khảo tài liệu : "Nghiên cứu chế tạo vật liệu Composite sử
dụng trong lĩnh vực vật liệu ma sát" của Tiến sĩ Nguyễn Thanh Liêm tác giả đã
tìm ra đợc tỷ lệ tối u của các cấu tử nh sau :
Bảng 4 : Thành phần hỗn hợp ép.
Cấu tử
Nhựa
Bột amiăng
Bột ma sát
axit Stearic

%
27
64
8,5

0,5

Kết quả đo kiểm tra cơ lý đợc trình bày ở bảng 5.
Bảng 5. Tính chất cơ lý của hỗn hợp ép.
Thông số kỹ thuật
Hệ số ma sát
Độ hút nớc, %
Độ hút dầu, %
Độ mài mòn, (g/1000 v)
Độ cứng Brinel, HB
Độ bền va đập, (KJ/m2)

Kết quả đo
0,520
0,021
0,023
0,032
36,020
4,000

13


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite

3. Nghiên cứu vấn đề đa cao su vào tổ hợp vật liệu
ma sát.
Để giải quyết vấn đề có đợc một vật liệu vừa có đầy đủ tính chất cơ lý
của nhựa tổng hợp sử dụng cho vật liệu ma sát đồng thời có tính mềm dẻo, có
khả năng phục hồi cao thì việc sử dụng cao su để biến tính nhựa đặc biệt là các

loại nhựa Phenol - Formandehyt đem lại hiệu quả cao. Cao su dùng để biến
tính là cao su Butadienitil và cao su Clopren.
Nguyên tắc để biến tính nhựa bằng cao su là trộn hỗn hợp nhựa với cao
su sau đó cho đóng rắn. Trong quá trình đóng rắn cao su phản ứng với nhựa và
cùng tham gia vào quá trình khâu mạch. Cũng có thể nhựa tham gia vào quá
trình lu hoá cao su và đợc coi nh một mắt xích trong mạng lới. Tuy vậy tổ hợp
nhựa và cao su đợc coi nh một hệ thống hai pha riêng biệt. Cao su có thể liên
kết với nhựa bởi liên kết hoá học (nếu phản ứng hoá học giữa cao su và nhựa
xảy ra) hoặc đơn thuần là liên kết vật lý tức là chỉ có sự trộn hợp thông thờng.
- Cao su sau khi lu hoá thờng có độ chịu mài mòn lớn, hệ số ma sát cao,
khả năng biến dạng, phục hồi cao.
- Nhựa là một hợp chất sau khi đóng rắn có độ cứng cao, giòn, độ mài
mòn lớn và hệ số ma sát nhỏ hơn cao su từ 5 - 6 lần. Sản phẩm biến tính thu đợc ngoài những tính chất cơ bản của nhựa nền có thêm những tính chất quí giá
khác, nổi bật nhất là khả năng chịu va đập tăng lên, độ cứng của sản phẩm
giảm xuống rõ rệt.
Dựa trên các đề tài nghiên cứu khoa học có thể khái quát và giải thích
khả năng tăng cờng độ bền va đập của tổ hợp có cao su nh sau : Dới tác động
của ngoại lực vật liệu bắt đầu bị biến dạng điểm bị phá hỏng là những chỗ có
liên kết yếu nhất. Nếu vật liệu chỉ có nhựa và chất độn thì điểm phá huỷ này có
thể ở trên bề mặt phân chia pha và chất độn hoặc trong các liên kết của các
phân tử nhựa. Khi có mặt cao su trong tổ hợp thì dới tác dụng của ngoại lực
chất dính kết là nhựa với chức năng là chất chuyển ứng suất tập trung sẽ ngay
lập tức chuyển lực tác động này cho các hạt cao su. Do cao su là một thành
phần có khả năng phục hồi, hấp thụ và phân tán năng lợng lớn nên năng lợng
của ngoại lực sẽ bị tiêu tốn nhiều hơn so với trờng hợp không có cao su để kéo
đứt phân tử cao su đó hoặc để phá huỷ liên kết giữa cao su và nhựa. Đặc biệt
khi nghiên cứu biến tính nhựa Fenol - Formandehyt bằng cao su cho thấy : khi
lợng nhựa Fenol - Formandehyt trong tổ hợp càng lớn thì độ liên kết nói chung
14

ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
càng cao nhng sản phẩm trở nên giòn hơn. Khi hàm lợng cao su tăng dẫn đến
độ cứng của sản phẩm giảm xuống.
Theo đề tài nghiên cứu của tiến sĩ Nguyễn Thanh Liêm thì vật liệu cao
su đợc sử dụng đa vào tổ hợp đó là cao su Butadienitil. Loại cao su này sau khi
đợc lu hoá có khả năng chịu đợc tác động của môi trờng dầu mỡ và các dung
môi hữu cơ. Khối lợng riêng của cao su này biến đổi từ 0,95 ữ 1,02g/cm3 tuỳ
theo hàm lợng của nhóm Nitril. Ngoài ra, cao su này có khả năng dẫn nhiệt
cao, độ mài mòn thấp khả năng trộn hợp tốt với các Polymer phân cực (đặc
biệt nhựa Fenol - Formandehyt là loại là loại nhựa có độ phân cực cao, khả
năng trộn hợp tốt). Cho ta đợc một tổ hợp vật liệu có nhiều u điểm nh chịu
nhiệt cao, độ bền kết dính tốt, chống xé rãnh lớn, phân giải đều điện tích tích
tụ khi có ma sát. Trong quá trình chế tạo vật liệu ma sát, chất dính kết là nhựa
Fenol - Formandehyt đợc thay một phần bằng cao su theo tỷ lệ 21:6. Tính theo
trọng lợng (tài liệu tham khảo), nhiệt độ gia công là 1400C ữ 1500C và 1600C
với thời gian ép là 10 ữ 20 ữ 30 phút với áp lực là 50kg/cm 2. Điều kiện gia
công ảnh hởng đến tính chất cơ lý của vật liệu ma sát đợc trình bày ở bảng
sau :
Bảng 6. ảnh hởng của nhiệt độ gia công đến độ mài mòn và hệ số ma sát.
Nhiệt độ 0C
140
150
160
Thời gian: Phút
Thời gian: Phút
Thời gian: Phút
10
20
30

10
20
30
10
20
30
Vật liệu chứa cao su Butadiennitril
Độ mài 0,167 0,142 0,094 0,029 0,088 0,182 0,11 0,209 0,285
mòn
(g/100
0 vòng)
Hệ số
0,425 0,461 0,495 0,560 0,513 0,49 0,48 0,461 0,32
ma sát
Tính
chất cơ
lý

Qua bảng 6 chúng ta thấy với tổ hợp chứa cao su Butadiennitil điều kiện
gia công tốt nhất là ở nhiệt độ 1500C với khoảng thời gian là 10 phút.
- ở nhiệt độ 1500C, độ mài mòn và hệ số ma sát kém. Nếu tăng nhiệt độ
hoặc thời gian gia công hệ số ma sát giảm nhng độ mài mòn tăng lên nhiều.
- Vấn đề hàm lợng cao su có trong tổ hợp vật liệu ma sát cũng cần đợc
quan tâm. Theo một số công trình nghiên cứu và đóng góp ý kiến của các
15


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
chuyên gia thì hàm lợng cao su tối đa đa vào tổ hợp vật liệu là 15% (tính theo
trọng lợng).

Ta có bảng đánh giá sau : Khi hàm lợng cao su thay đổi từ 3%-15%.
Bảng 7. ảnh hởng của hàm lợng cao su Butadiennitril đến tính chất cơ lý
của vật liệu ma sát.
Tỷ lệ
Độ mài
Hệ số Độ cứng Độ bền Độ hút Độ hút
cao su
mòn
ma sát
HB
va đập
nớc
dầu
2
(%)
(g/1000
(KJ/m ) (%)
(%)
vòng)
0
0,032
0,520
36,2
4
0,021
0,0230
3
0,031
0,559
26,5

6
0,0246 0,0254
6
0,0298
0,561
23,6
7
0,0249 0,0262
9
0,0319
0,538
19,7
6
0,0355 0,0375
12
0,0339
0,492
16,3
4
0,0434 0,0496
15
0,0381
0,490
14,8
3
0,0516 0,053
Nhận xét :
- Khi hàm lợng cao su trong tổ hợp vật liệu ma sát tăng từ 3%-15% thì
độ cứng giảm từ 36,2 HB xuống còn 14,8HB.
- Với 6% trọng lợng cao su trong tổ hợp độ bền va đập từ 4 -7 KJ/m2.

- Nếu tiếp tục tăng hàm cao su trong tổ hợp vật liệu thì mọi tính chất cơ
lý đều giảm.
4. Nghiên cứu ảnh hởng của các yếu tố đến tính chất cơ
lý của vật liệu ma sát.
4.1. Yếu tố xử lý nhiệt.
Để cải thiện tăng cờng độ bền vững của cấu trúc, nâng cao đặc tính cơ lý
của tổ hợp vật liệu ma sát trên cơ sở của các Polymer thì phơng pháp xử lý
nhiệt đợc sử dụng nhiều nhất và đem lại hiệu quả đáng kể. Nó làm giảm nội
ứng suất bên trong vật liệu, tăng mật độ mạng lới không gian của Polymer tạo
ra sản phẩm có độ bó kết cao cải thiện đợc một số tính chất nh độ bền nén,
chịu mài mòn và độ bền va đập.
Cũng cần lu ý rằng đối với nhựa Fenol - Formandehyt ở nhiệt độ bằng
0
220 C xảy ra quá trình oxy hoá nhựa, làm yếu các liên kết Metylen, phân huỷ
quá trình tạo gốc nếu phải chịu một khoảng thời gian dài.

16


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
Điều kiện khảo sát ngiên cứu : nhiệt độ 100 0C và 1400C, thời gian làm
việc 6 giờ.
Mẫu vật đợc chuẩn bị với tỷ lệ tối u song khác nhau ở chỗ không có cao
su và có 6% cao su Butadielntril. Cuối quá trình các mẫu đợc xử lý nhiệt trong
lò sấy. Kết quả ảnh hởng của yếu tố xử lý nhiệt đợc thể hiện ở bảng 8 và 9.
Bảng 8: Vật liệu không có cao su.
Chế độ xử lý

Độ mài mòn Hệ số ma Độ bền va Độ bền nén

Không xử lý
1000C trong 6h
1400C trong 6h

g/1000 vòng
0,0377
0,0365
0,0320

sát
0,482
0,487
0,520

đập KJ/m2 MPa
3,2
88,1
3,5
92,4
4,2
99,4

Bảng 9: Vật liệu có 6% cao su Butadielnitril.
Chế độ xử lý
Không xử lý
1000C trong 6h
1400C trong 6h

Độ mài mòn
g/1000 vòng

0,0344
0,0334
0,0298

Hệ số ma
sát
0,532
0,534
0,561

Độ bền va
đập KJ/m2
5,3
5,7
7,0

Độ bền nén
MPa
92,0
117,4
120,0

Nhận xét :
- Vật liệu không chứa cao su. Xử lý nhiệt đã làm tăng độ bền va
đập, độ bền nén và giảm độ mài mòn.
- ở nhiệt độ 1400C, cho kết quả tốt. Đối với vật có chứa 6% cao
su Butadien Nitril tăng độ bền va đập từ 5,3KJ/m2 ữ 7KJ/m2.
4.2. Yếu tố khuếch tán của nớc vào vật liệu.
Môi trờng ảnh hởng rất nhiều đến ma sát thể hiện ở chất lợng bề mặt
thông qua các chỉ tiêu độ mài mòn, hệ số ma sát... Nếu môi trờng tác động lên

vật liệu trong một thời gian dài có thể ảnh hởng tới cấu trúc bên trongcủa vật
liệu và phá huỷ mối liên kết trên bề mặt, giảm độ bền của vật liệu mà điển
hình là độ bền va đập và độ bền nén.
Tác động của môi trờng rất đa dạng có thể là độ ẩm - nớc dầu mỡ hoặc
các chất hoạt hoá ăn mòn khác.
Nớc có thể xâm nhập vào vật liệu ma sát, tác dụng nh một chất bôi trơn
trên bề mặt làm giảm hệ số ma sát, tăng độ mài mòn hoặc công phá vào liên
17


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
kết trên bề mặt phân chia pha giữa chất dính kết và các chất độn làm yếu đi
khả năng liên kết dẫn tới kéo theo các tính chất cơ lý khác của vật liệu bị suy
giảm theo.
Để đánh giá khả năng bảo vệ của vật liệu ma sát trên cơ sở Fenol Formandehyt với môi trờng nớc thờng sử dụng hệ số khuyếch tán. Vật liệu ma
sát đợc coi là có khả năng bảo vệ ít bị ảnh hởng của độ ẩm, nớc nên vật liệu có
hệ số khuyếch tán thấp.
Mức độ khuyếch tán của nớc vào vật liệu Polymer - Composite chủ yếu
tập trung vào 3 yếu tố :
- Khả năng khuyếch tán qua chất dích kết.
- Xâm nhập qua mối liên kết giữa chất dính kết và chất độn.
- Khả năng khuyếch tán qua chất độn.
Theo kết quả của một số đề tài nghiên cứu cho thấy sự khuyếch tán của
nớc vào vật liệu không có cao su nhỏ hơn khi vật liệu có 6% cao su
Butadielnitril. Đây cũng là mặt hạn chế của vật liệu có cao su vì khi đa cao su
vào trong tổ hợp vật liệu thì hàm lợng nhựa Phenol Cacbanol - Formandehyt
giảm đi một cách tơng ứng do đó làm giảm đi khả năng liên kết các bột độn
với nhau dẫn tới tạo điều kiện cho nớc thâm nhập vào vật liệu qua bột độn. Tuy
nhiên hạn chế rất nhỏ không đáng kể nếu đem nó so sánh với các mặt tích cực
khác mà cao su Butadiennitril đem lại cho tổ hợp vật liệu ma sát.

4.3. ảnh hởng của các chất hoạt hoá khác đến vật liệu.
Ngoài nớc ra thì xăng dầu và mỡ bôi trơn là ba yếu tố mà vật liệu thờng
xuyên tiếp xúc trong quá trình sử dụng. Việc nghiên cứu đánh giá ảnh hởng
của nó đến tính chất cơ lý của vật liệu ma sát là rất cần thiết qua đó đánh giá
đợc thời gian làm việc tối đa của vật liệu trong môi trờng đó đồng thời cho
phép ta lựa chọn đợc vật liệu làm việc trong một môi trờng xác định.
Các tổ hợp vật liệu đợc sử dụng để khảo sát ảnh hởng của môi trờng
hoạt hoá gồm : vật liệu không chứa cao su và vật liệu chứa 0,6% cao su
Butadielnitril. Kết quả đợc phản ánh ở các bảng sau :
Bảng 10: ảnh hởng của dầu đến tính chất cơ lý của vật liệu ma sát.
Thời gian
(ngày)

Độ suy giảm cơ lý tính %
Tổn hao
khối lợng Độ
Hệ số
(%)
mài mòn
ma sát
Vật liệu không có cao su

Độ bền
va đập

Độ
bền nén

18

ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
5
10
20
30
5
10
20
30



4,2



7,0

0,040

17,4

0,048
0,023
18,4
6,25
Vật liệu có 6% cao su Butadielnitril

2,1



4,2

0,018

8,6

0,025

9,6
3,5


3,8
4,2
4,6


2,4
3,6

Dấu (-) : Không quan sát thấy.
Bảng 11 : ảnh hởng của xăng đến tính chất cơ lý của vật liệu ma sát.
Độ suy giảm cơ lý tính %
Độ
Hệ số
Độ bền

mài mòn
ma sát
va đập
Vật liệu không có cao su
2,6
5,2

9,0
6,0

14,2
8,8
6,3
19,1
10,5
6,3
Vật liệu có 6% cao su Butadiennitril
1,9
2,1

5,0
4,7

8,6
5,3

12,2
7,0

Thời gian
(ngày)

Tổn hao
khối lợng
(%)

Độ
bền nén

5
10
20
30

4,4
6,8
10,5
16,0

7,0
7,7
10,3
15,1

5
10
20
30

1,7
2,5
5,3
8,0



6,8
9,0

Dấu (-) : Không quan sát thấy.
Bảng 12: ảnh hởng của dầu phanh đến tích chất cơ lý của vật liệu ma sát.
Độ suy giảm cơ lý tính %
Độ
Hệ số
Độ bền
mài mòn
ma sát
va đập
Vật liệu không có cao su
2,6
5,2

9,0
6,0

14,2
8,8
6,3
19,1

10,5
6,3
Vật liệu có 6% cao su Butadiennitril

Thời gian
(ngày)

Tổn hao
khối lợng
(%)

Độ
bền nén

5
10
20
30

4,4
6,8
10,5
16,0

7,0
7,7
10,3
15,1

19

ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
5
10
20
30

1,7
2,5
5,3
8,0

1,9
5,0
8,6
12,2

2,1
4,7
5,3
7,0

6,8
9,0

Dấu (-) : Không quan sát thấy.
Nhận xét:
Sau 30 ngày chịu môi trờng dầu BP, tính chất cơ lý của tất cả các mẫu
vật tổn hao khối lợng rất nhỏ từ 0,03 ữ 0,06%.
Mức suy giảm các tính chất cơ lý thấp, độ mòn tăng 0,03%.
Độ bền va đập và độ bền nén suy giảm không đáng kể. Vật liệu có chứa
6% cao su Butadielnitril suy giảm ít hơn.
Trong môi trờng xăng các vật liệu bị tổn hao trọng lợng nhiều hơn so
với dầu và nó nằm trong khoảng từ 0,2 ữ 0,6%. Và độ bền va đập giảm từ 3 ữ
6%. Độ bền nén từ 8 ữ 10% hệ số ma sát giảm từ 5 ữ 8%.
Hình dáng, mầu sắc của vật liệu không thay đổi.
Đối với môi trờng dầu phanh các tính chất cơ lý thay đổi mạnh. Có
thể thấy bề mặt vật liệu bị phồng rộp, với vật liệu không có cao su còn bị rạn
nứt hay cong vênh.
Tổn hao trọng lợng khá lớn. Các tính chất cơ lý khác bị suy giảm
mạnh, đặc biệt là với vật liệu không có cao su. Vật liệu có chứa 6% cao su
Butadielnitril ít bị ảnh hởng hơn.

5. Nghiên cứu ảnh hởng của các chất gia cờng ảnh hởng đến tính cơ lý của vật liệu ma sát.
Nh phần trên đã đề cập đến : Việc đa các chất gia cờng vào tổ hợp vật
liệu ma sát đem lại cho vật liệu những u điểm nổi bật so với vật liệu truyền
thống. Độ bền riêng cao - mô đun đàn hồi cao, tỷ trọng thấp ổn định tính chất
trong nhiều môi trờng hoá chất, chống mài mòn tốt...
20


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite

Vấn đề tập trung nghiên cứu là khảo sát ảnh hởng của một số chất độn
chủ yếu là Oxyt kẽm, Bazit và Oxyt Magie đến tĩnh chất cơ lý của vật liệu ma
sát. Phân tích đa ra đợc tỷ lệ tối u của chúng trong tổ hợp vật liệu.

Độ mài mòn (mmg/1000m2)

4

1- oxyt magie.
2- oxyt kẽm.
3- Cao su.
4- Birit.

34
33

3
2

32
31
1

30
Hệ số ma sát
29
0,7

4

28
3
5
10
30
0,6 0
15
20
25
Tỷ lệ, %
Hình 1.3. ảnh hởng của các loại bột độn đến độ mài mòn của VLMS
0,5
0,4
0,3
0,2

1- oxyt magie.
2- oxyt kẽm.
3- Cao su.
4- Birit.

2

1
0,1
0
Tỷ lệ %
5
10
15

20
25
Hình 1.4: ảnh hởng của bột độn đến hệ số ma sát của vật liệu

21


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite

Nhận xét:
- Nếu tăng hàm lợng của bột axit magie - oxyt kẽm thì độ mài mòn lúc
đầu giảm xuống sau đó tăng lên nếu kết hợp đa bột Barit vào thì độ mài mòn
tăng lên rõ rệt.
- Khi hàm lợng cao su đa vào tổ hợp đến 15% thì độ mài mòn tăng lên
không đáng kể, sau đó tăng mạnh.
- Hàm lợng bột cao su và oxyt kẽm tăng cờng thì hệ số ma sát của tổ
hợp vật liệu cũng tăng theo. Mức độ làm tăng hệ số ma sát của tổ hợp vật liệu
có chứa bột cao su nhanh hơn mức độ tăng của tổ hợp có chứa bột oxyt kẽm.
Với bột oxyt magie và bột Barit có làm giảm hệ số ma sát nhỏ không đáng kể.
Qua đó cho thấy các bột độn cao su - oxyt magie, oxyt kẽm với những
hàm lợng thích hợp có ảnh hởng tốt đến độ mài mòn và hệ số ma sát của vật
liệu. Bột Barit trong tổ hợp vật liệu không ảnh hởng nhiều đến cơ lý tính của
vật liệu tổ hợp.

22


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite

chơng Iv

Nghiên cứu sơ lợc guốc phanh xe lửa chế tạo
bằng gang
1. Tính chất chủ yếu của Gang.
- Nhiệt độ nóng chảy thấp(1100-13000C) Tính lu động tốt, ít co ngót rất
thuận lợi cho quá trình chế tạo bằng phơng pháp đúc.
- Chịu nén tốt, khả năng dập tắt rung động nhanh.
- Độ cứng tơng đối cao trong khoảng từ 150 ữ 250 HB. Dễ dàng gia
công trên các máy cắt gọt.
- Gang có độ bền kéo thấp thờng chỉ bằng 1/3 ữ 1/5 giới hạn bền nén,
khả năng chịu uốn - xoắn hoặc va đập kém.

2.Thành phần chủ yếu của Gang đúc guốc phanh.

- Cacbon : Với hàm lợng từ 2,8 - 3,5%. Cacbon là một nguyên tố có tác
dụng graphit hoá gang. Hàm lợng cacbon càng cao khả năng graphit càng
mạnh, nhiệt độ chảy càng thấp, tính đúc tốt, nhng cơ tính kém.
- Silic : là nguyên tố thúc đẩy quá trình Graphit hoá rất quan trọng trong
tổ chức gang. Hàm lợng Silic thay đổi từ 1,5 ữ 3%.
- Mangan : Là nguyên tố cản trở sự Graphit hoá. Nó có tác dụng làm
tăng độ bền, cứng của vật liệu. Hàm lợng Mn thờng từ 0,5 ữ 1%.
- Phôtpho : Là nguyên tố không có ảnh hởng gì đến quá trình graphit
hoá nhng có tác dụng làm tăng độ chảy loãng của vật liệu.
*Đặc biệt làm tăng khả năng chống mài mòn : thờng làm hàm lợng có từ
0,1 ữ 0,2%. Khi cần tăng khả năng chống mài mòn có thể tăng P lên đến 0,5%.
Cũng cần lu ý nếu tăng quá nhiều thì vật liệu trở nên giòn và cứng.
* Lu huỳnh : là nguyên tố cản trở rất mạnh việc graphit hoá, làm xấu
tính đúc của vật liệu, làm giảm độ chảy loãng, cần hạn chế hàm lợng S từ 0,08
ữ 0,12%.
Guốc hãm bằng gang của một số nớc hiện dùng.
Các n- Kích thớc guốc hãm Diện Thành phần gang đúc guốc hãm Độ

G
ớc
tích
cứn Ghi
ma
g chú
sát C
Dài Rộng Dầy
Mn
Si
P
S
danh
nghĩa
23


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
T. Quốc

340

85

50

290 3-3,8 0,4-0,8

Liên Xô

430

80

60

344

Anh

350

80

50

280

Nhật

350

80

55

280

Mỹ

350

Pháp

254

80

50

Thuỵ Sĩ

240

80

60

0,12-0,15 190C
200 Cứng,
3-3,4 1-1,5 1-1,5 0,2-0,6 0,21 197- Ròn có
229 gân, có
2,95 0,265 1,59 1,22
0,17 259- gờ dài
530
2,8-3 0,5-0,85 1,2-1,4 0,7
0,1
190
20
2,92 0,33 0,85 0,17

0,15
280

85,7 38,1-60,8 300
235

1,2

1,4

3,14

0,37

2,29

0,98

0,1

192

218,4 3,14

0,37

2,29

0,48

0,1

192

Hệ số ma sát bình quân Kb
Loại guốc hãm

Hệ số ma sát ứng với tốc độ đoàn tầu (km/h)
0

20

40

50

60

70

80

90

100 120

130

Guốc hãm chế
tạo từ gang tiêu 0,27 0,162 0,116 0,168 6,168 0,162 0,097 0,093 0,09 0,085 0,038

chuẩn
Guốc hãm chế
tạo từ gang có
hàm lợng P từ 1- 0,30 0,18 0,14 0,129 0,12 0,114 0,018 0,004 0,1 0,094 0,092
1,4%
Guốc hãm phi
kim loại

0,36 0,322 0,297 0,288 0,28 0,273 0,267 0,262 0,257 0,249 0,246

Bảng: Số liệu thí nghiệm về ảnh hởnh của chiều dài guốc hãm đối
với sự mài mòn.
Tên gọi
Chiều dài guốc
hãm(mm)
340
370
400
430
Chiều rộng guốc hãm(mm)
Chiều dầy guốc hãm(mm)

85
50

Công nghệ chế tạo

Đúc trong khuôn
cát
129

110
111
112

Số guốc hãm mỗi lần đúc

85
50

85
50

85
50

24


ĐATN : Chế tạo guốc phanh xe lửa bằng vật liệu Composite
Độ cứng bình quân trớc thí nghiệm (HB)

202

215

208

218

Độ cứng bình quân sau thí nghiệm (HB)

175
1212
8

163
1265
8

178

Trọng lợng bình quân trớc thí nghiệm (gam)

171
1021
5

13039

Trọng lợng bình quân sau thí nghiệm (gam)

4940

5200

5500

5500

Số km chạy

3625

6960

6335

7100

Lợng mài mòn bình quân hàng ngày (gam)

140

365

348

374

Số ngày chạy bình quân
Lợng mài mòn trong 100km chạy (gam)
Lợng mài mòn tổng cộng(gam)

12
1457
5275

19
997
6928

18
1129
7158

20
1655
7484

* Hiện nay guốc phanh của Việt Nam sản xuất với tốc độ của tàu đang sử
dụng <100km/h có thành phần nh sau :
Thành phần tỷ lệ của vật liệu gang nh sau:
C(%)
Si(%)
Mn(%)
P(%)
S(%)
G(%)
3,3 ữ 3,5 1,4 ữ 1,6 0,4 ữ 0,6 0,6 ữ 0,8 nhỏ hơn 0,06 nhỏ hơn 0,06
Tiêu chuẩn kỹ thuật.
- Độ cứng của sản phẩm cho phép (190 ữ 220HB).
- Độ bền kém 200 N/mm2
- Độ bền uốn 380 N/mm2.

Chơng IV

chế tạo má phanh bằng vật liệu composite
trên cơ sở nhựa phenol Formandehyt.
1. Một số đặc đIểm khi ép guốc phanh composite
trên cơ sở nhựa phenol Formandehyt.

Nh chúng ta đã biết nhựa Phenol - Formandehyt là loại Polymer đợc
phát hiện đầu tiên có nhiều u điểm và đợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều
ngành. Nhựa có nhiều đặc tính tốt nh: độ cách điệm cao (điện áp đánh thủng 8
ữ 12 KV/mm), không chịu tác động của vi khuẩn, bền với hoá chất và các môi
25