CN101905310B - 球墨铸铁基刹车盘制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种球墨铸铁基刹车盘制备工艺，它在陶瓷颗粒中加入粘结剂和助渗剂，混合均匀制成预制型块后，放置到刹车盘铸型中，再在该铸型中浇铸球墨铸铁，冷却、脱型、清理后，即制成工作表面具有抗磨硬质相及球磨铸铁复合层的球磨铸铁基刹车盘。以提高刹车盘的耐磨性，延长使用寿命。本发明的优点是：刹车盘工作表面复合层既有陶瓷颗粒的抗磨性，又兼有球墨铸铁的强度、塑韧性和抗疲劳性，硬质相不易脱落，工艺参数可控性强，加工操作方便，便于工业化大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及交通运输装备零部件制备工艺，特别是车辆制动系统的球墨铸铁基刹车盘制备工艺，属于交通运输设备设计与制造技术领域。
背景技术
刹车盘是所有车辆制动系统必备的零部件，它固定在车轴上与车轮一起转动，刹车时，制动块在钳夹活塞的推动下挤压到制动盘上，通过制动块与刹车盘间的摩擦力来降低车轮转速，达到车辆减速制动的目的。在这种工况下，刹车盘将承受制动块的压力和摩擦力，在与制动块的相对运动中产生磨损，特别在工作面上有砂子等杂物的时候，磨损更为严重。因此制作杀车盘的材料既要有较高的机械强度，又要有很好的耐磨性。目前常见的刹车盘只为可锻铸铁、灰铸铁、球墨铸铁等单一材质，虽然强度上满足工况要求，但耐磨性太差，行驶不到十万公里就要更换刹车盘，有的甚至因为刹车盘长期磨损后厚度不足，导致制动失灵酿成交通事故。
最新研发出来的碳纤陶瓷复合刹车盘散热好，重量超轻，耐磨性卓越，理论上使用寿命可达几十万公里，是铸铁刹车盘平均寿命的几倍，但其制备工艺精细而复杂，价格高不可攀，目前主要应用于航空及航天工程领域。作为汽车刹车盘这种非常大众化的消耗品来说，仍需要开发新的刹车盘用材料及其制作工艺，使其既能满足强度、塑韧性和耐磨性的要求，又能保持低廉的成本，而且制备工艺简单，适合大规模定型生产。
发明内容
为克服耐磨性差或成本高等问题，本发明提供一种车辆制动系统的球墨铸铁基刹车盘制备工艺，它通过下列技术方案实现：一种球墨铸铁基刹车盘制备工艺，其特征在于经过下列步骤：
A.选用硬质陶瓷颗粒作为抗磨硬质相，加入粘结剂和助渗剂，搅拌均匀后，制作成预制型块；
B.将A中所得预制型块铺设在常规刹车盘铸型腔内；
C.将按常规熔化铸铁并进行石墨球化孕育处理而获得的球墨铸铁液，浇入B中所述刹车盘铸型腔内；
D.室温下冷却至金属液凝固后，取出铸件清理，即制成工作表面具有抗磨硬质相球磨铸铁复合层的球磨铸铁基刹车盘。
所述A步骤的硬质陶瓷颗粒由碳化硅、碳化钛、氮化硅、氮化钛、碳化钨中的一种或几种构成，粒径为20～80目。
所述A步骤的粘结剂为呋喃树脂，添加比例为硬质陶瓷颗粒质量的2～5％。
所述A步骤的助渗剂为硼砂，添加比例为硬质陶瓷颗粒质量的0.5～1.5％。
所述B步骤的预制型块铺设在刹车盘铸型腔内的厚度为2～5mm。
本发明利用球墨铸铁的热作用使预制型块中的粘结剂气化排出，以让球墨铸铁充满预制型块的陶瓷颗粒间隙中，从而在陶瓷颗粒与球墨铸铁间发生微量的溶解和扩散，使两者间形成良好的结合，构成了耐磨性与强韧性良好匹配的刹车盘。
本发明具有以下优点：
1、由于碳化硅、碳化钛、氮化硅、氮化钛、碳化钨等陶瓷颗粒具有很高的硬度，一般是传统金属耐磨材料硬度的8～10倍，因此复合到刹车盘工作表面后，能够成为良好的抗磨硬质相，提高刹车盘的使用寿命。
2、粘结剂呋喃树脂在球墨铸铁浇铸瞬间，可防止硬质陶瓷颗粒溃散，而在浇铸完成后，呋喃树脂在球墨铸铁液高温作用下气化并从铸型排出，以在硬质陶瓷颗粒间隙中充满球墨铸铁，对陶瓷颗粒实现良好的支撑作用，由于高温下陶瓷颗粒表面发生微量溶解和原子扩散，因此与球墨铸铁具有很强的结合力，避免了刹车盘使用时陶瓷颗粒发生脱落。
3、助渗剂硼砂能够促进球墨铸铁向陶瓷颗粒间隙的渗透，并在瞬间溶解在金属液中，以降低球墨铸铁对陶瓷颗粒的浸润效果，使陶瓷颗粒与球墨铸铁间发生冶金反应，提高界面结合力，不需要再外加负压吸铸等复杂工艺。
4、硬质陶瓷颗粒复合厚度可根据实际工况条件需要，在2～5mm范围内进行自由设计，实现对刹车盘生产成本的控制。
本发明的刹车盘既具有球墨铸铁的强度和韧性，又有陶瓷硬质相的高硬度和高抗磨性，能够同时承受冲击力和强烈磨损，具有很高的性价比，工艺简单易操作，复合成型工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，非常适合工业化大规模生产。
附图说明
图1是球磨铸铁基刹车盘制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
A.选用粒径为40目的碳化钨500g作为抗磨硬质相，加入15g呋喃树脂和5g硼砂，搅拌均匀后，制作成预制型块；
B.将A中所得预制型块铺设在常规刹车盘铸型腔内，铺设厚度为3mm；
C.将按常规熔化铸铁，并进行石墨球化孕育处理而获得的温度为1450℃的球墨铸铁液，浇入B中所述刹车盘铸型腔内，注满为止；
D.室温下冷却至金属液凝固后，取出铸件清理，即制成工作表面具有抗磨硬质相球磨铸铁复合层的球磨铸铁基刹车盘。
实施例2
A.选用粒径为20目的碳化硅200g、碳化钛400g作为抗磨硬质相，加入12g呋喃树脂和9g硼砂，搅拌均匀后，制作成预制型块；
B.将A中所得预制型块铺设在常规刹车盘铸型腔内，铺设厚度5mm；
C.按常规熔化铸铁，并经过石墨球化孕育处理获得球墨铸铁液，将1400℃的球墨铸铁液浇入B中所述刹车盘铸型腔内，注满为止；
D.室温下冷却，使金属液冷却凝固后，取出铸件清理，即制成工作表面具有抗磨硬质相球磨铸铁复合层的球磨铸铁基刹车盘。
实施例3
A.选用粒径为80目的氮化钛、碳化钨400g作为抗磨硬质相，加入20g呋喃树脂和2g硼砂，搅拌均匀后，制作成预制型块；
B.将A中所得预制型块铺设在常规刹车盘铸型腔内，铺设厚度2mm；
C.按常规熔化铸铁，并经过石墨球化孕育处理获得球墨铸铁液，将1500℃的球墨铸铁液浇入B中所述刹车盘铸型腔内，注满为止；
D.室温下冷却，使金属液冷却凝固后，取出铸件清理，即制成工作表面具有抗磨硬质相球磨铸铁复合层的球磨铸铁基刹车盘。
Claims (1)
1.一种球墨铸铁基刹车盘制备工艺，其特征在于经过下列步骤：
A.选用粒径为20～80目的碳化硅、碳化钛、氮化硅、氮化钛中的一种或几种硬质陶瓷颗粒作为抗磨硬质相，加入呋喃树脂粘结剂和硼砂助渗剂，搅拌均匀后，制作成预制型块，其中：粘结剂的添加比例为硬质陶瓷颗粒质量的2～5％；助渗剂的添加比例为硬质陶瓷颗粒质量的0.5～1.5％；
B.将A中所得预制型块铺设在常规刹车盘铸型腔内，铺设厚度为2～5mm；
C.将按常规熔化铸铁，并进行石墨球化孕育处理而获得的球墨铸铁液，浇入B中所述刹车盘铸型腔内；
D.室温下冷却至金属液凝固后，取出铸件清理，即制成工作表面具有抗磨硬质相球磨铸铁复合层的球磨铸铁基刹车盘。
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