CN103834853A

CN103834853A - 一种盘式制动器制动盘的铸件材料及制动盘的加工工艺

Info

Publication number: CN103834853A
Application number: CN201410100787.9A
Authority: CN
Inventors: 韩树; 曹小璞; 桂亮; 苗林壮; 沈洪亮; 张龙; 庞贵奇
Original assignee: China National Heavy Duty Truck Group Jinan Power Co Ltd
Current assignee: Sinotruk Jinan Power Co Ltd; China National Heavy Duty Truck Group Jinan Power Co Ltd
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: CN103834853B

Abstract

本发明公开了一种盘式制动器制动盘的铸件材料及制动盘的加工工艺，其中铸件材料的化学成分的重量百分比为：碳3.23%、硅1.86%、锰0.95%、硫0.107%、磷0.140%、钨0.05%、锌0.07%、镍0.13%和锡0.03%，以及余量的铁元素和杂质；铸件材料为珠光体类型的灰铸铁。本发明的有益效果是：采用本发明的铸件材料及加工工艺制得的制动盘，能够延迟制动盘表面波纹情况的出现，延缓热疲劳裂纹的形成和扩展，提高其抗接触疲劳损伤和碾压变形的抗力，提高其抗热疲劳能力，延长制动盘的使用寿命。

Description

一种盘式制动器制动盘的铸件材料及制动盘的加工工艺

技术领域

本发明涉及制动盘技术领域，特别涉及一种盘式制动器制动盘铸件材料及制动盘的加工工艺。

背景技术

重型卡车盘式制动器制动盘一般采用石墨态铸铁材料制造，产品的加工步骤为：铸造——正火（或去应力退火）——机械加工成型，该工艺制造的制动盘在连续高速制动后会因为温度过高而变形，制动盘表面会形成波纹，导致制动时车轮发生抖动，降低制动效率，在使用一段时间后，制动盘工作表面还会出现热裂的现象，如何延迟该现象的发生，提高制动盘的使用寿命，实现方法较多，包括采用造价较高的碳纤维、陶瓷等新材料、表面喷涂改性等一些复杂的加工工艺，采用上述方法延迟效果虽好，但价格昂贵。

发明内容

本发明提供了一种盘式制动器制动盘的铸件材料及制动盘的加工工艺，以达到延缓热烈现象出现的时间和裂纹扩展的速度，延长使用寿命。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种盘式制动器制动盘的铸件材料，所述铸件材料的化学成分的重量百分比为：碳2.76-3.35%、硅1.59-2.13%、锰0.64-1.34%、硫0.074-0.145%、磷0.120-0.170%、钨0.03-0.08%、锌0.05-0.09%、镍0.10-0.16%和锡0.02-0.05%，以及余量的铁元素和杂质。

所述铸件材料的化学成分的重量百分比为：碳3.16-3.30%、硅1.79-1.93%、锰0.89-1.04%、硫0.094-0.125%、磷0.120-0.170%、钨0.04-0.07%、锌0.06-0.08%、镍0.12-0.14%和锡0.02-0.04%，以及余量的铁元素和杂质。

所述铸件材料的化学成分的重量百分比为：碳3.23%、硅1.86%、锰0.95%、硫0.107%、磷0.140%、钨0.05%、锌0.07%、镍0.13%和锡0.03%，以及余量的铁元素和杂质。

其中，所述铸件材料为珠光体类型的灰铸铁。

为了更好的实现上述发明目的，本发明提供了一种盘式制动器制动盘的加工工艺，所述加工工艺包括以下步骤：

铸造—粗加工、精加工—热处理—两个摩擦制动工作面精磨加工。

其中，所述热处理包括如下步骤：

（1）加热步骤：通过中频感应加热设备对制动盘进行加热；

（2）速冷正火步骤：待制动盘表面温度为860-900℃时，迅速将制动盘放入强力抛丸机，强力抛丸机同时在两面打击摩擦制动工作面，钢丸和其随行的风共同带走摩擦制动工作面的热能致使其以较快的速度冷却；

（3）空冷步骤：将制动盘空冷至常温。

所述加热步骤中，加热时间为72-80s，所述中频感应加热设备的额定输出频率为30kHZ，额定功率为200kw。

所述速冷正火步骤中，待制动盘表面温度为860-900℃时，5-8s内将制动盘放入抛丸机内，当制动盘摩擦面的温度为720～800℃时，开始抛丸打击制动盘摩擦面，持续时间为240-360s，当制动盘摩擦面的温度降低至250℃及以下时，将制动盘从抛丸机中移出。

所述抛丸机的钢丸材料为GB/T18838.3－2008 高碳铸钢丸和砂，尺寸为S-330，硬度为40-50HRC (377-509HV)，打击前丸粒控制其温度≤100℃，制动盘进入强力抛丸机内的前150s内，钢丸打击速度为55-60 m/s，第150-360s钢丸打击速度为85-90m/s，钢丸打击的入射角为75-80度，每个单面打击钢丸流量均为0.8-1.5kg/s，抛丸强度为阿尔梅试片弧高0.15-0.25A 。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：采用本发明的铸件材料及加工工艺制得的珠光体类型的灰铸铁制动盘，能够延迟制动盘表面波纹情况的出现，延缓热疲劳裂纹的形成和扩展，提高其抗接触疲劳损伤和碾压变形的抗力，提高其抗热疲劳能力，延长制动盘的使用寿命。

具体实施方式

本发明制动盘加工工艺的热处理工艺采用结合强力抛丸打击和冷却并叠加了与丸粒随行风的冷却形成的速冷正火工艺。采用的是中频感应加热制动盘的两个摩擦制动工作面，当两表面达到相变以上的一定温度后，组织中的珠光体和铁素体均完全发生奥氏体相变，将工件在设定时间内、温度保持在一定范围里，转移到强力抛丸机中的加工工位，强力抛丸同时在两面打击摩擦制动工作面，并和其随行的风，共同带走摩擦制动工作面的热能致使其以较快的速度冷却，强力抛丸速度随着打击时间的延续，将由低向高连续或多级变速，持续打击一定时间，期间发生奥氏体向珠光体和铁素体转变，待该转变完毕且冷却到一定温度之下后停止抛丸，将其从强力抛丸机中转移出来自然空冷到常温。

本发明制动盘的加工工艺，首先经中频感应加热，铸件制动盘的两个摩擦工作面表层快速奥氏体化，与一般炉内加热方式相比，本发明的制动盘奥氏体组织较细，转移到强力抛丸机内时，温度较加热温度略降、处在居里温度附近，在高速钢丸的打击之下，奥氏体发生塑性应变、并在奥氏体晶粒内增加大量孪晶和位错等亚结构，这将会有效的增加随后的奥氏体向珠光体和铁素体转变初期的形核位置，随后，制动盘的两个摩擦面表层在钢丸冲击及其随行的风快速冷却下被快速降温，形成较大的相变过冷度，形核数量将增多，奥氏体向珠光体和铁素体转变后组织将得到细化；同时，随着继续降温和钢丸持续且加速打击，制动盘的两个摩擦工作面表层珠光体和铁素体发生塑性应变，使表面组织变得更加致密，晶粒中的亚结构增多，还形成了表面压应力，其中的部分将保持到常温形成表面的残余压应力。经过该强力抛丸打击状态下的风冷正火工艺处理后的制动盘两个摩擦工作面表层晶粒变小，晶粒中的亚结构增多，其强度、硬度和塑性均得到提高，可延迟制动盘表面会形成波纹，延缓热疲劳裂纹的形成和扩展，加之表面的残余压应力，可提高其抗接触疲劳损伤和碾压变形的抗力，提高其抗热疲劳能力。

实施例1

本发明实施例提供了一种盘式制动器制动盘的铸件材料，其化学成分的重量百分比为：碳2.76%、硅2.13%、锰0.64%、硫0.145%、磷0.120%、钨0.03%、锌0.05%、镍0.10%和锡0.02%，以及余量的铁元素和杂质；铸件材料为珠光体类型的灰铸铁。

本发明实施例还提供了一种盘式制动器制动盘的加工工艺，包括如下步骤：

（1）加热步骤：通过中频感应加热设备对制动盘进行加热；加热时间为79s，中频感应加热设备的额定输出频率为30kHZ，额定功率为200kw；

（2）速冷正火步骤：待制动盘表面温度为890℃时，6s内将制动盘放入抛丸机内，当制动盘摩擦面的温度为790℃时，开始抛丸打击制动盘摩擦面，持续时间为300s，当制动盘摩擦面的温度降低至250℃时，将制动盘从抛丸机中移出；强力抛丸机同时在两面打击摩擦制动工作面，并和其随行的风，共同带走摩擦制动工作面的热能致使其以较快的速度冷却；

（3）空冷步骤：将制动盘空冷至常温。

其中，步骤（2）中，抛丸机的钢丸材料为GB/T18838.3－2008 高碳铸钢丸和砂，尺寸为S-330，硬度为40-50HRC ，打击前丸粒控制其温度≤100℃，制动盘进入强力抛丸机内的前150s内，钢丸打击速度为55-60 m/s，在第150-360s内，钢丸打击速度为85-90m/s，钢丸打击的入射角为75-80度，每个单面打击钢丸流量均为1.2kg/s，抛丸强度为阿尔梅试片弧高0.20A 。

实施例2

本发明实施例提供了一种盘式制动器制动盘的铸件材料，其化学成分的重量百分比为：碳3.23%、硅1.86%、锰0.95%、硫0.107%、磷0.140%、钨0.05%、锌0.07%、镍0.13%和锡0.03%，以及余量的铁元素和杂质。

（1）加热步骤：通过中频感应加热设备对制动盘进行加热；加热时间为72s，中频感应加热设备的额定输出频率为30kHZ，额定功率为200kw；

（2）速冷正火步骤：待制动盘表面温度为860℃时， 8s内将制动盘放入抛丸机内，当制动盘摩擦面的温度为720℃时，开始抛丸打击制动盘摩擦面，持续时间为280s，当制动盘摩擦面的温度降低至180℃时，将制动盘从抛丸机中移出；强力抛丸机同时在两面打击摩擦制动工作面，并和其随行的风，共同带走摩擦制动工作面的热能致使其以较快的速度冷却；

（3）空冷步骤：将制动盘空冷至常温。

强力抛丸打击状态下的风冷正火工艺完成后的制动盘的两个摩擦工作面表面金相组织为为珠光体类型的灰铸铁，其中基体组织为：珠光体≥95%，铁素体和碳化物≤5%，表面硬度HBS193～247，表面残余压应力≥300MP（距表层0.05mm）。将本发明实施例1-2的铸件材料及加工工艺得到的制动盘，和与传统正火工艺加工的制动盘，同时应用于同一批次的重型卡车上，在新车行驶5万公里时，统计不同制动盘的摩擦工作面热裂以及失效等情况，统计结果表明，与传统正火工艺加工的制动盘相比，采用本发明实施例1-2的铸件材料及加工工艺得到的制动盘，两个摩擦工作面热裂至失效的比例降低了30%以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种盘式制动器制动盘的铸件材料，其特征在于，所述铸件材料的化学成分的重量百分比为：碳2.76-3.35%、硅1.59-2.13%、锰0.64-1.34%、硫0.074-0.145%、磷0.120-0.170%、钨0.03-0.08%、锌0.05-0.09%、镍0.10-0.16%和锡0.02-0.05%，以及余量的铁元素和杂质；所述铸件材料为珠光体类型的灰铸铁。

2.根据权利要求1所述的盘式制动器制动盘的铸件材料，其特征在于，所述铸件材料的化学成分的重量百分比为：碳3.16-3.30%、硅1.79-1.93%、锰0.89-1.04%、硫0.094-0.125%、磷0.120-0.170%、钨0.04-0.07%、锌0.06-0.08%、镍0.12-0.14%和锡0.02-0.04%，以及余量的铁元素和杂质；所述铸件材料为珠光体类型的灰铸铁。

3.根据权利要求1或2所述的盘式制动器制动盘的铸件材料，其特征在于，所述铸件材料的化学成分的重量百分比为：碳3.23%、硅1.86%、锰0.95%、硫0.107%、磷0.140%、钨0.05%、锌0.07%、镍0.13%和锡0.03%，以及余量的铁元素和杂质；所述铸件材料为珠光体类型的灰铸铁。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的盘式制动器制动盘的加工工艺，其特征在于，所述加工工艺包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的盘式制动器制动盘的加工工艺，其特征在于，所述热处理包括如下步骤：

（1）加热步骤：通过中频感应加热设备对制动盘进行加热；

（3）空冷步骤：将制动盘空冷至常温。

6.根据权利要求4或5所述的盘式制动器制动盘的加工工艺，其特征在于，所述加热步骤的加热时间为72-80s，所述中频感应加热设备的额定输出频率为30kHZ，额定功率为200kw。

7.根据权利要求4-6任一项所述的盘式制动器制动盘的加工工艺，其特征在于，所述速冷正火步骤中，待制动盘表面温度为860-900℃时，5-8s内将制动盘放入抛丸机内，当制动盘摩擦面的温度为720～800℃时，开始抛丸打击制动盘摩擦面，持续时间为240-360s，当制动盘摩擦面的温度降低至250℃及以下时，将制动盘从抛丸机中移出。

8.根据权利要求4-7任一项所述的盘式制动器制动盘的加工工艺，其特征在于，所述抛丸机的钢丸材料为GB/T18838.3－2008 高碳铸钢丸和砂，尺寸为S-330，硬度为40-50HRC ，打击前丸粒控制其温度≤100℃，制动盘进入强力抛丸机内的前150s内，钢丸打击速度为55-60 m/s，第150-360s钢丸打击速度为85-90m/s，钢丸打击的入射角为75-80度，每个单面打击钢丸流量均为0.8-1.5kg/s，抛丸强度为阿尔梅试片弧高0.15-0.25A 。