CN113481426B - 复合新材料制动鼓 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合新材料制动鼓，涉及制动鼓技术领域。本发明提供的复合新材料制动鼓中制动面内层为渐变式耐磨灰铁材料，渐变式耐磨灰铁材料包括依次层叠的结合层、近结合层、中心层和制动面层；所述结合层、近结合层、中心层和制动面层中的C的含量依次增加。本发明提供的渐变式耐磨灰铁材料中，从结合层到制动面层，C、Si、Mn、Cr和S的含量呈渐变过渡，渐变式耐磨灰铁材料在受热、冷却过程中膨胀与收缩率能够与制动鼓的外层钢的渐变过渡，保证了制动鼓的制动面材料在温度变化过程中断面温度场的均匀性，提高材料的抗热疲劳性能，延缓制动面龟裂纹的产生，同时又满足了对于制动面的摩擦性能的要求。

Description

复合新材料制动鼓
技术领域
本发明涉及制动鼓技术领域，具体涉及一种渐变式耐磨灰铁材料及其制备方法和应用、复合新材料制动鼓及其制备方法。
背景技术
制动鼓是鼓式刹车系统的一部份，刹车时，活塞对两对半月型的刹车蹄片施加压力，使其贴紧鼓室内壁，从而产生摩擦来停止车轮的旋转。重载工程自卸车一般用于山区、矿区及建设工地，不仅路况差，且超载严重，是商用车使用工况最为恶劣的一种车型。重载工程自卸车的制动鼓日前无论是灰铁、蠕铁或双金属复合制动鼓，均易出现制动面开裂或变形等早期失效问题，使用寿命短。
通过对制动面材料进行纳米化处理能够解决上述问题。例如中国专利202110216460.8公开了一种特殊钢、耐热疲劳纳米材料复合制动鼓，通过对浇注成型后的制动面进行金属表面纳米化处理，提高了制动鼓的抗热疲劳性能和耐磨性。然而，其制动面材料易出现龟裂。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种渐变式耐磨灰铁材料及其制备方法和应用、复合新材料制动鼓及其制备方法，本发明提供的渐变式耐磨灰铁材料的抗热疲劳性能优异，能够延缓龟裂纹的产生。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种渐变式耐磨灰铁材料，包括依次层叠的结合层、近结合层、中心层和制动面层；
以质量百分含量计，所述结合层的化学组成包括C 1.50～2.10％、Si 0.60～1.20％、Mn 0.4～0.9％、Cr≤0.20％、S≤0.04％、P≤0.08％和余量Fe；
所述近结合层包括的化学组成包括C 2.00～2.80％、Si 1.10～1.30％、Mn 0.6～1.0％、Cr 0.20～0.50％、S≤0.06％、P≤0.08％和余量Fe；
所述中心层的化学组成包括C 2.70～3.35％、Si 1.20～1.40％、Mn 0.6～1.05％、Cr 0.20～0.50％、S 0.05～0.10％、P≤0.08％和余量Fe；
所述制动面层的化学组成包括C 3.30～3.70％、Si 1.35～2.00％、Mn 0.6～1.05％、Cr 0.20～0.50％、S 0.05～0.10％、P≤0.08％和余量Fe；
所述结合层、近结合层、中心层和制动面层中的C的含量依次增加。
优选的，所述结合层的厚度为1～3mm；
所述近结合层的厚度为0.3～2mm；
所述中心层的厚度为0.7～3mm；
所述制动面层的厚度为1～5mm。
本发明提供了上述技术方案所述渐变式耐磨灰铁材料的制备方法，包括以下步骤：
连续浇注铁水，得到渐变式耐磨灰铁材料；
所述连续浇注包括顺次进行的第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注，所述第一阶段浇注的铁水化学组成与所述结合层的化学组成相同；所述第二阶段浇注的铁水化学组成与所述近结合层的化学组成相同；所述第三阶段浇注的铁水化学组成与所述中心层的化学组成相同；所述第四阶段浇注的铁水化学组成与所述制动面层的化学组成相同。
本发明提供了上述技术方案所述的渐变式耐磨灰铁材料或上述技术方案所述制备方法得到的渐变式耐磨灰铁材料在制动鼓中的应用。
本发明提供了一种复合新材料制动鼓，包括法兰1，其特征在于，还包括与所述法兰1焊接的复合新材料制动面2，所述复合新材料制动面2包括外层钢21和内层22，所述内层22为上述技术方案所述的渐变式耐磨灰铁材料或上述技术方案所述制备方法得到的渐变式耐磨灰铁材料；所述渐变式耐磨灰铁材料的结合层与所述外层钢21结合。
优选的，所述结合层与所述外层钢结合部位形成的结合面23为平面或锯齿状交叉结合面。
优选的，所述复合新材料制动面2的根部24断开；
所述复合新材料制动面2的制动面开口部分25的渐变式耐磨灰铁材料暴露在空气中。
优选的，所述外层钢的厚度为6～20mm；
所述内层的厚度为3～13mm。
本发明还提供了上述技术方案所述复合新材料制动鼓的制备方法，包括以下步骤：
浇注钢水，当所述钢水的温度降低至铁水固相线温度以下时，连续浇注铁水，得到复合新材料制动面；所述连续浇注包括顺次进行的第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注，所述第一阶段浇注的铁水化学组成与所述结合层的化学组成相同；所述第二阶段浇注的铁水化学组成与所述近结合层的化学组成相同；所述第三阶段浇注的铁水化学组成与所述中心层的化学组成相同；所述第四阶段浇注的铁水化学组成与所述制动面层的化学组成相同；
将法兰和所述复合新材料制动面进行焊接，得到复合新材料制动鼓。
优选的，所述焊接包括熔化极活性气体保护电弧焊或激光熔焊。
本发明提供了一种渐变式耐磨灰铁材料，包括依次层叠的结合层、近结合层、中心层和制动面层；以质量百分含量计，所述结合层的化学组成包括C 1.50～2.10％、Si 0.60～1.20％、Mn 0.4～0.9％、Cr≤0.20％、S≤0.04％、P≤0.08％和余量Fe；所述近结合层包括的化学组成包括C 2.00～2.80％、Si 1.10～1.30％、Mn 0.6～1.0％、Cr 0.20～0.50％、S≤0.06％、P≤0.08％和余量Fe；所述中心层的化学组成包括C 2.70～3.35％、Si 1.20～1.40％、Mn 0.6～1.05％、Cr 0.20～0.50％、S 0.05～0.10％、P≤0.08％和余量Fe；所述制动面层的化学组成包括C 3.30～3.70％、Si 1.35～2.00％、Mn 0.6～1.05％、Cr 0.20～0.50％、S 0.05～0.10％、P≤0.08％和余量Fe；所述结合层、近结合层、中心层和制动面层中的C的含量依次增加。本发明提供的渐变式耐磨灰铁材料中，从结合层到制动面层，C、Si、Mn、Cr和S的含量呈渐变过渡，渐变式耐磨灰铁材料在受热、冷却过程中膨胀与收缩率能够与制动鼓的外层钢的渐变过渡，保证了制动面材料在温度变化过程中断面温度场的均匀性，提高材料的抗热疲劳性能，延缓制动面龟裂纹的产生，同时又满足了对于制动面的摩擦性能的要求。
本发明提供了上述技术方案所述渐变式耐磨灰铁材料的制备方法，包括以下步骤：连续浇注铁水，得到渐变式耐磨灰铁材料；所述连续浇注包括顺次进行的第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注，所述第一阶段浇注的铁水化学组成与所述结合层的化学组成相同；所述第二阶段浇注的铁水化学组成与所述近结合层的化学组成相同；所述第三阶段浇注的铁水化学组成与所述中心层的化学组成相同；所述第四阶段浇注的铁水化学组成与所述制动面层的化学组成相同。本发明提供的方法，通过控制连续浇注的铁水的化学组成，实现了渐变式耐磨灰铁材料中C、Si、Mn、Cr和S的含量呈渐变过渡，制备得到的渐变式耐磨灰铁材料在受热、冷却过程中膨胀与收缩率能够与制动鼓的外层钢的渐变过渡，保证了制动面材料在温度变化过程中断面温度场的均匀性，提高材料的抗热疲劳性能，延缓制动面龟裂纹的产生，同时又满足了对于制动面的摩擦性能的要求；而且，本发明提供的制备方法，操作简单，适宜工业化生产。
本发明提供了一种复合新材料制动鼓，包括法兰1和复合新材料制动面2；所述复合新材料制动面2包括外层钢21和内层22，所述内层22为上述技术方案所述的渐变式耐磨灰铁材料或上述技术方案所述制备方法得到的渐变式耐磨灰铁材料。本发明提供的复合新材料制动鼓中，采用渐变式耐磨灰铁材料作为内层，由于从结合层到制动面层中的C、Si、Mn、Cr和S的含量呈渐变过渡，使得渐变式耐磨灰铁材料在受热、冷却过程中膨胀与收缩率能够与复合新材料制动鼓的外层钢的渐变过渡，保证了复合新材料制动面在温度变化过程中断面温度场的均匀性，提高了复合新材料制动鼓的抗热疲劳性能，延缓复合新材料制动面龟裂纹的产生，实现了复合新材料制动鼓“刹不破”目标，同时又满足了对于复合新材料制动面的摩擦性能的要求，具有刹车性能好、制动效率高等优点。
进一步的，车辆的轻量化设计一直是厂家和用户追求的目标，重卡及重载工程车辆由于使用环境恶劣，各部位设计均采用加强(加厚)方式，增加了车辆的设计重量；本发明通过将复合新材料制动鼓的结合层与外层钢之间的结合面设计成平面(直线型)，在保证复合新材料制动鼓的刹车性能好，制动效率高的前提下，实现了工程车辆的轻量化设计，解决了的行业难题。当结合层与外层钢之间的结合面为锯齿状交叉结合面时，锯齿状交叉结合面能够提高结合层与外层钢的结合强度，适用于工况恶劣的重载工程车辆，避免制动鼓出现不同比例的制动面开裂、或变形等早期失效问题，实现了复合新材料制动鼓“刹不破”目标，具有刹车性能好、制动效率高等优点。
进一步的，本发明提供的复合新材料制动鼓的复合新材料制动面的根部断开，能够阻断复合新材料制动面的热源向法兰的传导，减少了法兰材料受热失效倾向，同时保护了与之装配的轮毂、轮边等部件因温度的升高导致的失效，同时提高了复合新材料制动鼓的内部润滑剂寿命。
进一步的，与传统复合新材料制动鼓设计中外层用钢保护灰铁，希望制动面龟裂纹不延伸至口部的设计理念相比，本发明将制动面开口部分的渐变式耐磨灰铁材料暴露在空气中，能够避免制动面开口部分的外层钢与渐变式耐磨灰铁材料共存时，因两种材料膨胀与收缩系数差异而产生应力，导致了裂纹延伸口部甚至小外圆后，造成制动鼓早期失效，实现了“刹不破”目标，提高了复合新材料制动鼓的使用寿命。
本发明还提供了上述技术方案所述复合新材料制动鼓的制备方法，包括以下步骤：浇注钢水，当所述钢水的温度降低至铁水固相线温度以下时，连续浇注铁水，得到复合新材料制动面；所述连续浇注包括顺次进行的第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注，所述第一阶段浇注的铁水化学组成与所述结合层的化学组成相同；所述第二阶段浇注的铁水化学组成与所述近结合层的化学组成相同；所述第三阶段浇注的铁水化学组成与所述中心层的化学组成相同；所述第四阶段浇注的铁水化学组成与所述制动面层的化学组成相同；将法兰和所述复合新材料制动面进行焊接，得到复合新材料制动鼓。本发明提供的制备方法，操作简单，适宜工业化生产；制备得到的抗热疲劳性能好，延缓复合新材料制动面龟裂纹的产生，实现了复合新材料制动鼓“刹不破”目标，同时又满足了对于复合新材料制动面的摩擦性能的要求，具有刹车性能好、制动效率高等优点。
进一步的，本发明将法兰与复合新材料制动面部分分两体制作，MAG焊(熔化极活性气体保护电弧焊)或激光焊熔为一体的设计，焊缝强度高于法兰与复合新材料制动面本体母材，焊缝同时做为复合新材料制动面的加强筋，大大提高复合新材料制动鼓的使用寿命。
附图说明
图1为结合面为平面的复合新材料制动鼓横截面结构示意图；其中，1-法兰，11-法兰螺栓孔，2-复合新材料制动面，21-外层钢，22-内层，221-结合层，222-近结合层，223-中心层，224-制动面层，23-结合面，24-复合新材料制动面的根部断开部位，25-制动面开口部分；
图2为复合新材料制动面横截面结构示意图；
图3为结合面为锯齿状交叉结合面的复合新材料制动鼓横截面结构示意图，其中，21-外层钢，221-结合层，222-近结合层，223-中心层，224-制动面层，23-结合面；
图4为传统复合制动鼓局部结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种渐变式耐磨灰铁材料，包括依次层叠的结合层、近结合层、中心层和制动面层；所述结合层、近结合层、中心层和制动面层中的C的含量依次增加。
在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中，以质量百分含量计，所述结合层的化学组成包括C 1.50～2.10％、Si0.60～1.20％、Mn 0.4～0.9％、Cr≤0.20％、S≤0.04％、P≤0.08％和余量Fe，优选为C1.60～2.00％、Si 0.70～1.10％、Mn 0.5～0.8％、Cr0.05～0.15％、S≤0.04％、P≤0.08％和余量Fe，更优选为C1.70～1.90％、Si 0.80～1.00％、Mn0.6～0.7％、Cr0.05～0.10％、S≤0.04％、P≤0.08％和余量Fe，进一步优选为C 1.80％、Si 0.0.9％、Mn 0.65％、Cr0.05～0.8％、S≤0.04％、P≤0.08％和余量Fe。在本发明中，所述结合层的厚度优选为1～3mm，更优选为1.5～2.5mm，进一步优选为1.8～2.2mm。
在本发明中，以质量百分含量计，所述近结合层包括的化学组成包括C 2.00～2.80％、Si 1.10～1.30％、Mn 0.6～1.0％、Cr 0.20～0.50％、S≤0.06％、P≤0.08％和余量Fe，优选为C 2.20～2.70％、Si 1.15～1.25％、Mn 0.65～0.95％、Cr 0.20～0.30％、S≤0.06％、P≤0.08％和余量Fe，更优选为C 2.30～2.60％、Si 1.18～1.23％、Mn 0.70～0.90％、Cr 0.20～0.28％、S≤0.06％、P≤0.08％和余量Fe，进一步优选为C 2.40～2.50％、Si 1.20～1.22％、Mn 0.80～0.85％、Cr 0.20～0.23％、S≤0.06％、P≤0.08％和余量Fe。在本发明中，所述近结合层的厚度为0.3～2mm，更优选为0.5～1.5mm，进一步优选为0.8～1.0mm。
在本发明中，以质量百分含量计，所述中心层的化学组成包括C 2.70～3.35％、Si1.20～1.40％、Mn 0.6～1.05％、Cr 0.20～0.50％、S 0.05～0.10％、P≤0.08％和余量Fe，优选为C 2.85～3.30％、Si 1.25～1.35％、Mn 0.70～1.00％、Cr 0.25～0.35％、S 0.06～0.09％、P≤0.08％和余量Fe，更优选为C 2.90～3.20％、Si 1.30～1.35％、Mn 0.80～0.90％、Cr 0.25～0.30％、S 0.07～0.08％、P≤0.08％和余量Fe，进一步优选为C 3.00～3.10％、Si 1.32～1.35％、Mn 0.85～0.88％、Cr 0.25～0.28％、S 0.075～0.078％、P≤0.08％和余量Fe。在本发明中，所述中心层的厚度为0.5～3mm，更优选为0.8～2.5mm，进一步优选为1～2mm。
在本发明中，以质量百分含量计，所述制动面层的化学组成包括C 3.30～3.70％、Si 1.35～2.00％、Mn 0.6～1.05％、Cr 0.20～0.50％、S 0.05～0.10％、P≤0.08％和余量Fe，优选为C 3.35～3.65％、Si 1.40～1.90％、Mn 0.70～1.00％、Cr 0.25～0.45％、S0.06～0.09％、P≤0.08％和余量Fe，更优选为C 3.40～3.60％、Si 1.50～1.80％、Mn 0.80～0.90％、Cr 0.30～0.40％、S 0.07～0.08％、P≤0.08％和余量Fe，进一步优选为C 3.50～3.55％、Si 1.60～1.70％、Mn 0.85～0.88％、Cr 0.30～0.38％、S 0.075～0.078％、P≤0.08％和余量Fe。在本发明中，所述制动面层的厚度为1～5mm，更优选为1.5～2.5mm，进一步优选为2～3mm。
本发明提供的复合新材料制动鼓中，采用渐变式耐磨灰铁材料作为内层，由于从结合层到制动面层中的C、Si、Mn、Cr和S的含量呈渐变过渡，使得渐变式耐磨灰铁材料在受热、冷却过程中膨胀与收缩率能够与复合新材料制动鼓的外层钢的渐变过渡，保证了复合新材料制动面在温度变化过程中断面温度场的均匀性，提高了复合新材料制动鼓的抗热疲劳性能，延缓复合新材料制动面龟裂纹的产生，同时又满足了对于复合新材料制动面的摩擦性能的要求。
本发明提供了上述技术方案所述渐变式耐磨灰铁材料的制备方法，包括以下步骤：连续浇注铁水，得到渐变式耐磨灰铁材料。在本发明中，所述连续浇注优选采用离心浇注工艺；本发明对于所述离心浇注工艺的条件没有特殊限定，能够制备得到渐变式耐磨灰铁材料即可。在本发明中，所述连续浇注包括顺次进行的第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注，所述第一阶段浇注的铁水化学组成与所述结合层的化学组成相同；所述第二阶段浇注的铁水化学组成与所述近结合层的化学组成相同；所述第三阶段浇注的铁水化学组成与所述中心层的化学组成相同；所述第四阶段浇注的铁水化学组成与所述制动面层的化学组成相同；所述连续浇注铁水，具体的，包括以下步骤：第一阶段浇注的铁水的化学组成按照所述结合层的化学成分控制；所述第二阶段浇注至第四阶段浇注过程中，在铁水中加入合金材料，不断搅拌铁水，确保合金材料及时熔化及均匀；所述合金材料优选包括石墨、硅、锰、铬及硫；所述合金材料的加入流量优选根据铁水的浇注速度确定，使得所述第二阶段浇注的铁水化学组成与所述近结合层的化学组成相同，所述第三阶段浇注的铁水化学组成与所述中心层的化学组成相同，所述第四阶段浇注的铁水化学组成与所述制动面层的化学组成相同；所述第一阶段浇注至第四阶段浇注的时间根据各阶段铁水的浇注流量以及结合层、近结合层、中心层和制动面层的厚度确定。在本发明中，所述结合层与近结合层之间、近结合层与中心层之间、中心层与制动面层之间的界面没有清晰的分界面。
本发明提供了上述技术方案所述的渐变式耐磨灰铁材料或上述技术方案所述制备方法得到的渐变式耐磨灰铁材料在制动鼓中的应用。
下面结合图1～3详细说明本发明提供的复合新材料制动鼓的结构。
本发明提供了一种复合新材料制动鼓，包括法兰1和复合新材料制动面2；
所述复合新材料制动面2包括外层钢21和内层22，所述内层22为上述技术方案所述的渐变式耐磨灰铁材料或上述技术方案所述制备方法得到的渐变式耐磨灰铁材料。
在本发明中，所述法兰1的材质优选为钢板，更优选为高强钢板。在本发明中，所述法兰1还设置有法兰螺栓孔11。
在本发明中，所述复合新材料制动面包括外层钢21和内层22，所述内层22为上述技术方案所述的渐变式耐磨灰铁材料或上述技术方案所述制备方法得到的渐变式耐磨灰铁材料。
在本发明中，所述外层钢的材质优选为高强钢。在本发明中，所述外层钢的厚度优选根据工况情况确定，工况愈恶劣，所述外层钢的厚度越大；所述外层钢的厚度优选为6～20mm，更优选为8～18mm，进一步优选为10～15mm。在本发明中，所述内层22的厚度优选为3～13mm，更优选为4～10mm，进一步优选为5～8mm。
在本发明中，所述复合新材料制动面2由外表面到靠近内表面依次包括外层钢21、结合层221、近结合层222、中心层223和制动面层224，其中，所述结合层221优选通过结合面23与所述外层钢21结合；所述结合面23优选为平面(如图1中23所示)或锯齿状交叉结合面(如图3所示)；具有所述平面结合面的复合新材料制动鼓适用于轻量化为目的的牵引车或轻卡系列；所述锯齿状交叉结合面能够提高结合层221与外层钢21的结合强度，适用于工况恶劣的重载工程车辆。
在本发明中，所述复合新材料制动面2的根部24优选断开；所述根部断开的设计能够阻断复合新材料制动面的热源向法兰的传导，减少了法兰材料受热失效倾向，同时保护了与之装配的轮毂、轮边等部件因温度的升高导致的失效，同时提高了内部润滑剂寿命。
在本发明中，所述复合新材料制动面2的制动面开口部分25的渐变式耐磨灰铁材料暴露在空气中，未被所述外层钢21包裹；与传统复合新材料制动鼓设计中外层用钢保护灰铁(如图4所示)，希望制动面龟裂纹不延伸至口部的设计理念相比，本发明将制动面开口部分的渐变式耐磨灰铁材料暴露在空气中，能够避免制动面开口部分的外层钢与渐变式耐磨灰铁材料共存时，因两种材料膨胀与收缩系数差异而产生应力，导致了裂纹延伸口部甚至小外圆后，造成制动鼓早期失效。
本发明提供了上述技术方案所述复合新材料制动鼓的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
浇注钢水，当所述钢水的温度降低至铁水固相线温度以下时，连续浇注铁水，得到复合新材料制动面；所述连续浇注包括顺次进行的第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注，所述第一阶段浇注的铁水化学组成与所述结合层的化学组成相同；所述第二阶段浇注的铁水化学组成与所述近结合层的化学组成相同；所述第三阶段浇注的铁水化学组成与所述中心层的化学组成相同；所述第四阶段浇注的铁水化学组成与所述制动面层的化学组成相同；
将法兰和所述复合新材料制动面进行焊接，得到复合新材料制动鼓。
本发明浇注钢水，当所述钢水的温度降低至铁水固相线温度以下时，连续浇注铁水，得到复合新材料制动面；所述连续浇注包括顺次进行的第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注，所述第一阶段浇注的铁水化学组成与所述结合层的化学组成相同；所述第二阶段浇注的铁水化学组成与所述近结合层的化学组成相同；所述第三阶段浇注的铁水化学组成与所述中心层的化学组成相同；所述第四阶段浇注的铁水化学组成与所述制动面层的化学组成相同。
在本发明中，所述浇注钢水优选采用离心浇注工艺进行。在本发明中，所述钢水优选为高强钢钢水，所述铁水固相线以下的温度优选为900～1250℃，更优选为1000～1200℃，进一步优选为1100～1150℃。在本发明中，所述连续浇注铁水优选与上述渐变式耐磨灰铁材料的制备方法技术方案中的连续浇注铁水相同，在此不再赘述。在本发明中，所述复合新材料制动面的外层钢与内层渐变式耐磨灰铁材料通过液液结合有机熔合为一体，结合强度高，制备得到的复合新材料制动鼓抗热疲劳性能优异，能够延缓龟裂纹的产生，耐摩擦性能好、刹车性能好且制动效率高。
得到复合新材料制动面后，本发明将法兰和所述复合新材料制动面进行焊接，得到复合新材料制动鼓。
本发明对于所述法兰的制备方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法即可，具体如旋压法。在本发明中，所述法兰原料优选高强钢板；本发明对于所述旋压的工艺条件没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的旋压制备法兰的工艺条件即可。
在本发明中，所述焊接优选包括熔化极活性气体保护电弧焊(MAG焊)或激光熔焊；本发明对于所述熔化极活性气体保护电弧焊和激光熔焊的条件没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的熔化极活性气体保护电弧焊和激光熔焊的条件即可。在本发明中，本发明对于所述焊接采用的焊丝没有特殊限定，能够实现所述焊接得到的焊缝的强度高于法兰和复合新材料制动面的强度即可，具体如ER50-6焊丝(GB/T8110-2008)或更高强度的焊丝。本发明将法兰与复合新材料制动面部分分两体制作，MAG焊(熔化极活性气体保护电弧焊)或激光焊熔为一体的设计，焊缝强度高于本体母材，焊缝同时做为复合新材料制动面的加强筋，大大提高复合新材料制动鼓的使用寿命。
本发明提供的复合材料制动鼓属全球首创，从结构设计、制动面材料选择，以及生产工艺等各方面与现有制动鼓产品完全不同，完全实现了工程自卸车制动鼓的“刹不破”及“轻量化”的突破性进展，且具有刹车性能好，制动效率高等优点。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用离心浇注工艺，连续浇注铁水，得到渐变式耐磨灰铁材料；所述连续浇注包括第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注；所述浇注过程中在连续浇注的铁水中加入石墨、硅、锰、铬和硫，使得第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注过程中铁水的化学组成分别与表1中的结合层、近结合层、中心层和制动面层的化学组成相同；外层高强钢、结合层、近结合层、中心层和制动面层的厚度分别为1～3mm、0.3～2mm、0.7～3mm和1～5mm。
表1渐变式耐磨灰铁材料各层的化学组成
Figure BDA0003149224360000111
实施例2
将高强钢板进行旋压，得到法兰；
采用离心浇注工艺，浇注高强钢水，当所述高强钢水的温度降低至铁水固相线温度以下(0/-150℃)时，连续浇注铁水，得到复合新材料制动面；所述连续浇注包括第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注；所述浇注过程中在连续浇注的铁水中加入石墨、硅、锰、铬和硫，使得第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注过程中铁水的化学组成分别与表1中的结合层、近结合层、中心层和制动面层的化学组成相同；外层高强钢、结合层、近结合层、中心层和制动面层的厚度分别为6～20mm、1～3mm、0.3～2mm、0.7～3mm和1～5mm。
采用ER50-焊丝，将所述法兰和所述复合新材料制动面进行焊接，得到复合新材料制动鼓。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种渐变式耐磨灰铁材料，包括依次层叠的结合层、近结合层、中心层和制动面层；
以质量百分含量计，所述结合层的化学组成由C 1.50~2.10%、Si 0.60~1.20%、Mn 0.4~0.9%、Cr≤0.20%、S≤0.04%、P≤0.08%和余量Fe组成；
所述近结合层的化学组成由C 2.00~2.80%、Si 1.10~1.30%、Mn 0.6~1.0%、Cr 0.20~0.50%、S≤0.06%、P≤0.08%和余量Fe组成；
所述中心层的化学组成由C 2.70~3.35%、Si 1.20~1.40%、Mn 0.6~1.05%、Cr 0.20~0.50%、S 0.05~0.10%、P≤0.08%和余量Fe组成；
所述制动面层的化学组成由C 3.30~3.70%、Si 1.35~2.00%、Mn 0.6~1.05%、Cr 0.20~0.50%、S 0.05~0.10%、P≤0.08%和余量Fe组成；
所述结合层、近结合层、中心层和制动面层中的C的含量依次增加；
所述结合层的厚度为1~3mm；所述近结合层的厚度为0.3~2mm；所述中心层的厚度为0.7~3mm；所述制动面层的厚度为1~5mm；
所述渐变式耐磨灰铁材料的制备方法，包括以下步骤：
连续浇注铁水，得到渐变式耐磨灰铁材料；
所述连续浇注包括顺次进行的第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注，所述第一阶段浇注的铁水化学组成与所述结合层的化学组成相同；所述第二阶段浇注的铁水化学组成与所述近结合层的化学组成相同；所述第三阶段浇注的铁水化学组成与所述中心层的化学组成相同；所述第四阶段浇注的铁水化学组成与所述制动面层的化学组成相同。
2.权利要求1所述渐变式耐磨灰铁材料的制备方法，包括以下步骤：
连续浇注铁水，得到渐变式耐磨灰铁材料；
所述连续浇注包括顺次进行的第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注，所述第一阶段浇注的铁水化学组成与所述结合层的化学组成相同；所述第二阶段浇注的铁水化学组成与所述近结合层的化学组成相同；所述第三阶段浇注的铁水化学组成与所述中心层的化学组成相同；所述第四阶段浇注的铁水化学组成与所述制动面层的化学组成相同。
3.权利要求1所述的渐变式耐磨灰铁材料或权利要求2所述制备方法得到的渐变式耐磨灰铁材料在制动鼓中的应用。
4.一种复合新材料制动鼓，包括法兰（1），其特征在于，还包括与所述法兰（1）焊接的复合新材料制动面（2），所述复合新材料制动面（2）包括外层钢（21）和内层（22），所述内层（22）为权利要求1所述的渐变式耐磨灰铁材料或权利要求2所述制备方法得到的渐变式耐磨灰铁材料；所述渐变式耐磨灰铁材料的结合层与所述外层钢（21）结合。
5.根据权利要求4所述的复合新材料制动鼓，其特征在于，所述结合层与所述外层钢结合部位形成的结合面（23）为平面或锯齿状交叉结合面。
6.根据权利要求4所述的复合新材料制动鼓，其特征在于，所述复合新材料制动面（2）的根部（24）断开；
所述复合新材料制动面（2）的制动面开口部分（25）的渐变式耐磨灰铁材料暴露在空气中。
7.根据权利要求4~6任一项所述的复合新材料制动鼓，其特征在于，所述外层钢的厚度为6~20mm；
所述内层的厚度为3~13mm。
8.权利要求4~7任一项所述复合新材料制动鼓的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
浇注钢水，当所述钢水的温度降低至铁水固相线温度以下时，连续浇注铁水，得到复合新材料制动面；所述连续浇注包括顺次进行的第一阶段浇注、第二阶段浇注、第三阶段浇注和第四阶段浇注，所述第一阶段浇注的铁水化学组成与所述结合层的化学组成相同；所述第二阶段浇注的铁水化学组成与所述近结合层的化学组成相同；所述第三阶段浇注的铁水化学组成与所述中心层的化学组成相同；所述第四阶段浇注的铁水化学组成与所述制动面层的化学组成相同；
将法兰和所述复合新材料制动面进行焊接，得到复合新材料制动鼓。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述焊接包括熔化极活性气体保护电弧焊或激光熔焊。
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