CN111500940A - 具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘，包括以下各成分及其质量百分比含量：C：0.1～0.15，Cr：1.0～1.5，Mo：1.0～2.0，W：0.5～1.0，Mn：0.2～0.8，Ti：0.1～0.5，Cu：0.5～0.8，Nb：0.05～0.1，V：0.05～0.1，N：0.005～0.015，RE：0.001～0.008，P：≤0.005，S：≤0.02；余量为Fe及不可避免的杂质。本发明还公开了具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法。本发明设计特殊合金钢，通过锻造与热处理工艺，制动盘不仅具有优异强韧性、高温力学性能、耐磨、抗热裂性能，还具有良好的抑制摩擦火花的特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘及其制造方法，属于金属锻造与热处理技术领域。
背景技术
随着国民经济和科学技术的不断发展进步，铁路、公路交通运输行业逐渐向高速化、重型化及环境复杂化方向发展，作为交通运输装备的关键零部件，摩擦制动盘的工况环境日益苛刻，制动盘安全稳定运行是交通运输安全运行的保障。
摩擦制动盘运行时主要通过盘面与闸片间的摩擦将列车动能转化为摩擦热消耗掉，该过程具有短时快速升温特征，因此，制动盘须具有优异的高温耐磨性、耐热裂性等特性。传统制动盘主要以铸铁、铸钢类为主，该类型制动盘由于铸造缺陷导致盘面磨耗大、容易出现热裂纹等问题，使其难以满足列车高速重载的性能需求。近年来，随着冶金技术和锻造成型技术的发展，锻钢制动盘逐渐取代铸造类制动盘应用于高速、重载列车。公开号为CN103952637B的专利文献公开了高速列车锻造用制动盘材料，该文献公开的制动盘材料的组份及质量百分比(Wt％)为：C：0.16～0.25，Si：0.25～0.60，Mn：0.80～1.30，Cr：0.70～1.20，W：0.01～0.03，Ni：0.80～1.30，Mo：0.40～0.70，Cu：0.05～0.20，SiC：0.18～0.25，Al2O3：0.20～0.30，V：0.03～0.15，N：0.0050～0.025，RE：0.005～0.20，P≤0.015，S≤0.010，余量为Fe，该合金材料中的SiC和Al2O3具有高耐磨性、高强度、高硬度和低膨胀系数，SiC在高温下仍能保持其固有的硬度和强度，在合金材料中添加SiC使其导热率很高，热膨胀又小、抗热震性很高。但是，SiC和Al2O3作为外加异质强化相，导致合金在锻造过程中容易产生微裂纹等缺陷，同时其与制动盘盘体基体材料结合性能较差，摩擦制动过程摩擦面SiC和Al2O3异质颗粒容易剥落甚至导致盘面磨屑剥离，盘面脱落的微小颗粒特别是富含Fe3C相颗粒由于高温容易在空气中发生爆燃，进而产生摩擦火花，同时还会加速盘面磨耗。我国幅员辽阔，列车运行环境复杂，当列车运行在沼气环境或者运输油气资源时，摩擦制动产生的火花容易引燃环境中可燃气体，甚至引发***，导致严重安全事故。因此，高速、重载列车制动盘材料不仅具有优异强韧性、耐磨、抗热裂特性还需具有良好的抑制摩擦火花特性。
发明内容
为解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘。
同时，本发明提供一种具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘，包括以下各成分及其质量百分比含量：C：0.1～0.15，Cr：1.0～1.5，Mo：1.0～2.0，W：0.5～1.0，Mn：0.2～0.8，Ti：0.1～0.5，Cu：0.5～0.8，Nb：0.05～0.1，V：0.05～0.1，N：0.005～0.015，RE：0.001～0.008，P：≤0.005，S：≤0.02；余量为Fe及不可避免的杂质。
具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法，包括以下步骤：
S01，自由锻开坯；
S02，碾环制坯：采用间歇式碾环锻造工艺制坯；
S03，模锻成型；
S04，热处理。
所述碾环制坯锻造比大于5.5:1，所述自由锻开坯的始锻温度为1250℃。
所述间歇式碾环锻造工艺具体为：碾环次数为2～3次，第一次碾环锻造的变形量控制在60％～70％，第一次碾环锻造的终锻温度不低于1050℃，间隔30～100s进行第二次碾环锻造，第二次碾环锻造的变形量控制在20％～40％，第二次碾环锻造的终锻温度为850～950℃，间隔80～100s进行第三次碾环锻造，第三次碾环锻造的变形量控制在10％～20％，第三次碾环锻造的终锻温度为800～850℃。
所述热处理包括等温退火步骤和调质处理步骤。
所述等温退火步骤包括：将模锻成型后的合金钢锻造制动盘加热至950℃～1000℃，保温时间1h，炉冷至600℃～700℃保温5h～8h，空冷至室温。
所述调质处理步骤包括：将等温退火后的合金钢锻造制动盘进行调质处理，淬火温度为950℃～1000℃，保温时间1h～2h，回火温度为600℃～650℃，保温时间2h～4h。
热处理后合金钢锻造制动盘组织为回火马氏体+粒状贝氏体复相组织，存在大量富碳奥氏体岛组织。其室温抗拉强度≥1000MPa，屈服强度≥790MPa；其高温(500℃)抗拉强度大于740MPa，冲击吸收功大于50Akv/J。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的合金钢锻造制动盘中碳含量较低，一方面降低Fe3C的析出，能够显著降低锻件摩擦火花产生倾向，另一方面低碳使合金钢具有优异塑韧性，确保大锻造比碾环制坯工艺顺利进行。大变形制坯技术有效减少合金钢因铸造产生的偏析、疏松和缩孔等缺陷，细化锻件晶粒，提升锻件综合力学性能；碾环锻造温度为1250℃，能够确保钢中合金元素完全溶于奥氏体中，第一次碾环锻造产生较大变形量，较高的温度和形变储存能促进Ti、V、Nb等高熔点合金碳化物的形核析出，该类型合金碳化物协同抑制其他元素在固溶体中的扩散，防止钢中Fe3C聚集，有利于抑制摩擦火花的形成。
(2)本发明采用间歇式碾环锻造工艺，一方面为钢中Cr、Mo、W元素的碳化物强化相的析出长大提供充足时间，该类型碳化物提高锻件高温强度、热硬性和抗氧化性能，另一方面后续碾环过程低变形量和较低变形温度能够抑制合金钢再结晶过程，降低锻件晶粒尺寸，提升锻件综合力学性能。
具体地，本发明采用间歇式碾环锻造工艺，一方面间歇期间钢中Cr、Mo、W元素的碳化物强化相在Ti、V、Nb碳化物的引导下形核析出，该类碳化物显著降低碳在奥氏体中的扩散系数，抑制后续热变形过程中奥氏体晶粒的异常长大，不仅有效抑制Fe3C形成而且促进富碳奥氏体转变，同时，该类型碳化物提高锻件高温强度、热硬性和抗氧化性能。另一方面后续碾环过程低变形量和变形温度及析出的碳化物弥散相能够抑制合金钢动态再结晶过程，促进亚晶粒形成，阻碍晶界移动降低锻件晶粒尺寸，提升锻件综合力学性能。
(3)等温退火+调质处理工艺，在等温退火阶段可以有效消除复杂模锻过程产生的内应力，同时确保锻件获得平衡组织消除模锻复杂变形带来的混晶组织，提升锻件组织均匀性；调质处理过程中600℃～650℃高温回火促进钢中Fe3C向热稳定性更好的Mo2C、W2C和Cr7C3转变，同时大变形碾环工艺使得钢中位错密度较高，Fe3C向Mo2C、W2C和Cr7C3转变主要为分立式转变，即Mo2C、W2C和Cr7C3主要在位错处形核长大，且弥散分布在合金钢基体中，因此，锻钢制动盘具有优异的热硬性，防止了高温磨屑的产生，进而抑制磨屑爆燃产生火花；此外，高温回火获得的回火马氏体组织和粒状贝氏体中存在大量富碳奥氏体岛，使得钢中Fe3C含量进一步降低，降低Fe3C相在高温摩擦过程中剥离倾向，进一步降低摩擦火化产生倾向。因此，该合金钢锻件具有优异的抑制摩擦火花的特性。
综上所述，本发明的具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘及其制造方法，设计特殊合金钢，通过锻造成型与热处理相结合的方式，即间歇式碾环锻造结合模锻成型的复合锻造工艺结合等温退火与调质处理相协同的热处理工艺，制备的合金钢锻造制动盘不仅具有优异强韧性、高温力学性能、耐磨、抗热裂性能，还具有良好的抑制摩擦火花的特性。
本发明提供的具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘及其制造方法，即间歇式碾环锻造+模锻成型的复合锻造工艺结合等温退火与调质处理相协同的热处理工艺，锻钢制动盘组织中含有大量富碳奥氏体岛组织及弥散分布的Mo2C、W2C和Cr7C3，显著降低制动盘中Fe3C的含量，确保制动盘具有优异的抑制摩擦火花特性，同时制动盘还具有优异的强韧性、高温强度、耐磨和抗热裂性。
附图说明
图1为本发明制造方法获得的合金钢锻造制动盘SEM组织图；
图2为本发明制造方法获得的合金钢锻造制动盘高倍SEM组织图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例的合金钢锻造制动盘及其加工步骤如下：
具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘，各成分及其质量百分比含量为：C：0.1，Cr：1.0，Mo：1.0，W：0.5，Mn：0.2，Ti：0.1，Cu：0.5，Nb：0.05，V：0.05，N：0.005，RE：0.001，P：≤0.005，S：≤0.02；余量为Fe及不可避免的杂质。
具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法，包含以下步骤：
(1)锻造成型：①将上述成分制成合金钢，合金钢采用自由锻开坯，自由锻开坯的始锻温度为1250℃，终锻温度为1100℃；②将上述锻坯进行碾环制坯，第一次碾环的变形量为60％，终锻温度1158℃，间隔100s，进行第二次碾环，第二次碾环的变形量为40％，终锻温度850℃，碾环锻造比大于5.5:1；③模锻成型。
(2)锻后热处理：①将上述合金钢锻造制动盘加热至950℃保温1h，炉冷至600℃保温8h，空冷至室温；②将等温退火后的合金钢锻造制动盘加热至950℃保温1h水冷至室温，③将淬火后锻件加热至600℃保温4h，空冷至室温，即得到具有抑制摩擦火花的合金钢锻造制动盘。
实施例2
本实施例的合金钢锻造制动盘及其加工步骤如下：
具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘，各成分及其质量百分比含量为：C：0.15，Cr：1.5，Mo：2.0，W：1.0，Mn：0.8，Ti：0.5，Cu：0.8，Nb：0.1，V：0.1，N：0.015，RE：0.008，P：≤0.005，S：≤0.02；余量为Fe及不可避免的杂质。
具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法，包含以下步骤：
(1)锻造成型：①将上述成分制成合金钢，合金钢采用自由锻开坯，始锻温度为1250℃，终端温度为1100℃；②将上述锻坯进行碾环制坯，第一次碾环变形量为60％，第一次碾环终锻温度1160℃，间隔50s，进行第二次碾环，第二次碾环变形量为30％，终锻温度为950℃，间隔80s，进行第三次碾环，第三次碾环变形量为10％，终锻温度为800℃，碾环锻造比大于5.5:1。④模锻成型。
(2)锻后热处理：①将上述合金钢锻造制动盘加热至1000℃保温1h，炉冷至650℃保温7h，空冷至室温；②将等温退火后的合金钢锻造制动盘加热至1000℃保温1h水冷至室温，③将淬火后锻件加热至650℃保温2h，空冷至室温，即得到具有抑制摩擦火花的合金钢锻造制动盘。
实施例3
本实施例的合金钢锻造制动盘及其加工步骤如下：
具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘，各成分及其质量百分比含量为：C：0.12，Cr：1.2，Mo：1.5，W：0.8，Mn：0.5，Ti：0.3，Cu：0.7，Nb：0.08，V：0.07，N：0.010，RE：0.005，P：≤0.005，S：≤0.02；余量为Fe及不可避免的杂质。
具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法，包含以下步骤：
(1)锻造成型：①将上述成分制成合金钢，合金钢采用自由锻开坯，自由锻开坯的始锻温度为1250℃，终端温度为1100℃；②将上述锻坯进行碾环制坯，第一次碾环变形量为70％，终锻温度1178℃，间隔30s，进行第二次碾环，第二次碾环的变形量为20％，终锻温度为920℃，间隔100s，进行第三次碾环，第三次碾环的变形量为20％，终锻温度为850℃，碾环锻造比大于5.5:1。④模锻成型。
(2)锻后热处理：①将上述合金钢锻造制动盘加热至1000℃保温1h，炉冷至700℃保温5h，空冷至室温；②将等温退火后的合金钢锻造制动盘加热至950℃保温2h水冷至室温，③将淬火后锻件加热至650℃保温2h，空冷至室温，即得到具有抑制摩擦火花的合金钢锻造制动盘。
对实施例1～3获得的合金钢锻造制动盘进行组织性能测试。
根据国标GB/T 228-2010和GB/T229-2007测试试样拉伸及冲击性能，测试结果如表1所示。
表1各实施例获得合金钢锻造制动盘的力学性能
在实施例1的锻件上取样，经过机械打磨、抛光后，用4％硝酸酒精腐蚀后，利用扫描电子显微镜对其金相组织进行检测，检测结果如图1和图2所示。
由表1可知，上述3个实施例产品与相关技术规范要求进行对比，本发明获得的产品力学参数均远高于技术规范要求。制造的锻件的综合力学性能，尤其是高温力学性能和强韧性大幅度提高，能很好地适用于高速、重载列车摩擦制动工况环境。
由图1SEM组织图可知，本发明公开的制造方法使得合金钢锻造制动盘获得回火马氏体、粒状贝氏体组织，组织结构均匀，图2高倍SEM组织图表明锻件组织中大量强化相均匀析出，确保锻件具有优异的强韧性匹配的同时，使其具有良好抑制摩擦火花特性。
另外，将上述3个实施例产品进行300km/h速度循环制动台架测试，测试后制动盘磨痕光滑，无制动火花及磨屑飞溅，且摩擦系数稳定、盘面温升低于600℃，循环制动次数为至少10次循环制动。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘，其特征在于：包括以下各成分及其质量百分比含量：C：0.1～0.15，Cr：1.0～1.5，Mo：1.0～2.0，W：0.5～1.0，Mn：0.2～0.8，Ti：0.1～0.5，Cu：0.5～0.8，Nb：0.05～0.1，V：0.05～0.1，N：0.005～0.015，RE：0.001～0.008，P：≤0.005，S：≤0.02；余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01，自由锻开坯；
S02，碾环制坯：采用间歇式碾环锻造工艺制坯；
S03，模锻成型；
S04，热处理。
3.根据权利要求2所述的具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法，其特征在于：所述碾环制坯锻造比大于5.5:1，所述自由锻开坯的始锻温度为1250℃。
4.根据权利要求2所述的具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法，其特征在于：所述间歇式碾环锻造工艺具体为：碾环次数为2～3次，第一次碾环锻造的变形量控制在60％～70％，第一次碾环锻造的终锻温度不低于1050℃，间隔30～100s进行第二次碾环锻造，第二次碾环锻造的变形量控制在20％～40％，第二次碾环锻造的终锻温度为850～950℃，间隔80～100s进行第三次碾环锻造，第三次碾环锻造的变形量控制在10％～20％，第三次碾环锻造的终锻温度为800～850℃。
5.根据权利要求2所述的具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法，其特征在于：所述热处理包括等温退火步骤和调质处理步骤。
6.根据权利要求5所述的具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法，其特征在于：所述等温退火步骤包括：将模锻成型后的合金钢锻造制动盘加热至950℃～1000℃，保温时间1h，炉冷至600℃～700℃保温5h～8h，空冷至室温。
7.根据权利要求6所述的具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法，其特征在于：所述调质处理步骤包括：将等温退火后的合金钢锻造制动盘进行调质处理，淬火温度为950℃～1000℃，保温时间1h～2h，回火温度为600℃～650℃，保温时间2h～4h。
8.根据权利要求7所述的具有抑制摩擦火花特性的合金钢锻造制动盘的制造方法，其特征在于：热处理后合金钢锻造制动盘组织为回火马氏体+粒状贝氏体复相组织，存在大量富碳奥氏体岛组织。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112159937A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-01 | 南京工程学院 | 一种高稳定耐摩擦列车制动盘及其制备方法 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0560375A2 (en) * | 1992-03-12 | 1993-09-15 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Low-chromium ferritic heat-resistant steel with improved toughness and creep strength |
| CN1354272A (zh) * | 2000-10-18 | 2002-06-19 | 住友金属工业株式会社 | 用于盘式制动器制动盘的不锈钢 |
| JP2002194496A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ばね用鋼線、ばね及びその製造方法 |
| JP2008202090A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Jfe Steel Kk | 制動安定性に優れた高耐熱ブレーキディスクの製造方法 |
| CN101426941A (zh) * | 2006-04-21 | 2009-05-06 | 杰富意钢铁株式会社 | 抗回火软化性大的制动盘 |
| CN102102165A (zh) * | 2010-05-10 | 2011-06-22 | 北京建筑工程学院 | 一种用于高速动车组车辆制动盘的合金结构钢材料 |
| CN102877004A (zh) * | 2012-09-05 | 2013-01-16 | 忻峰 | 一种无火花防爆铁合金 |
| CN104718306A (zh) * | 2012-07-13 | 2015-06-17 | 萨尔茨吉特曼内斯曼不锈管有限责任公司 | 在高的使用温度下具有出色的蠕变强度以及抗氧化性和抗腐蚀性的奥氏体钢合金 |
| EP2905348A1 (de) * | 2014-02-07 | 2015-08-12 | ThyssenKrupp Steel Europe AG | Hochfestes Stahlflachprodukt mit bainitisch-martensitischem Gefüge und Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahlflachprodukts |
| CN106566999A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-04-19 | 南京工程学院 | 一种用于高速列车制动盘的耐磨材料及其制备方法 |
| JP2018165401A (ja) * | 2017-03-28 | 2018-10-25 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 強靭鋼 |
| CN108842116A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-20 | 邯郸慧桥复合材料科技有限公司 | 一种高铁制动盘及其生产方法 |
| CN110291215A (zh) * | 2017-01-20 | 2019-09-27 | 蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司 | 由具有大部分为贝氏体的组织结构的复相钢组成的热轧扁钢产品和用于生产这种扁钢产品的方法 |
-
2020
- 2020-06-08 CN CN202010511067.7A patent/CN111500940B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0560375A2 (en) * | 1992-03-12 | 1993-09-15 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Low-chromium ferritic heat-resistant steel with improved toughness and creep strength |
| CN1354272A (zh) * | 2000-10-18 | 2002-06-19 | 住友金属工业株式会社 | 用于盘式制动器制动盘的不锈钢 |
| JP2002194496A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ばね用鋼線、ばね及びその製造方法 |
| CN101426941A (zh) * | 2006-04-21 | 2009-05-06 | 杰富意钢铁株式会社 | 抗回火软化性大的制动盘 |
| JP2008202090A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Jfe Steel Kk | 制動安定性に優れた高耐熱ブレーキディスクの製造方法 |
| CN102102165A (zh) * | 2010-05-10 | 2011-06-22 | 北京建筑工程学院 | 一种用于高速动车组车辆制动盘的合金结构钢材料 |
| CN104718306A (zh) * | 2012-07-13 | 2015-06-17 | 萨尔茨吉特曼内斯曼不锈管有限责任公司 | 在高的使用温度下具有出色的蠕变强度以及抗氧化性和抗腐蚀性的奥氏体钢合金 |
| CN102877004A (zh) * | 2012-09-05 | 2013-01-16 | 忻峰 | 一种无火花防爆铁合金 |
| EP2905348A1 (de) * | 2014-02-07 | 2015-08-12 | ThyssenKrupp Steel Europe AG | Hochfestes Stahlflachprodukt mit bainitisch-martensitischem Gefüge und Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahlflachprodukts |
| CN106566999A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-04-19 | 南京工程学院 | 一种用于高速列车制动盘的耐磨材料及其制备方法 |
| CN110291215A (zh) * | 2017-01-20 | 2019-09-27 | 蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司 | 由具有大部分为贝氏体的组织结构的复相钢组成的热轧扁钢产品和用于生产这种扁钢产品的方法 |
| JP2018165401A (ja) * | 2017-03-28 | 2018-10-25 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 強靭鋼 |
| CN108842116A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-20 | 邯郸慧桥复合材料科技有限公司 | 一种高铁制动盘及其生产方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 朱帅帅等: "高速制动盘用CrNiMoV热强钢高温摩擦磨损行为", 《金属热处理》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112159937A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-01 | 南京工程学院 | 一种高稳定耐摩擦列车制动盘及其制备方法 |
| CN112159937B (zh) * | 2020-09-28 | 2021-03-30 | 南京工程学院 | 一种高稳定耐摩擦列车制动盘及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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