CN114107836A - 双金属离心复合制动鼓及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种双金属离心复合制动鼓及其制备方法，其特征在于外层采用高强度中碳低合金钢制造，先用离心铸造方法生产制造中碳低合金钢钢筒，并采用模锻加工成复合制动鼓外层钢壳，然后将外层钢壳固定在离心机上，并在离心条件下浇注内层灰铸铁，控制凝固冷却获得双金属离心复合制动鼓，内外层是良好的冶金结合，外层强度高，韧性好，内层强度高，耐磨、耐热性好，使用中无断辊和开裂现象出现，使用寿命比单一灰铸铁制动鼓提高2倍以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Description

双金属离心复合制动鼓及其制备方法

技术领域

本发明公开了一种制动鼓及其制备方法，特别涉及一种双金属离心复合制动鼓及其制备方法，属于汽车制造技术领域。

背景技术

高性能汽车制动鼓既要有良好的耐磨性，又要有良好的抗热疲劳性，还要保证不出现硬质白亮点(避免制动异响)，同时又要有高的性价比。然而这些性能要求往往是相互制约的，因此寻求获得最佳综合性能的成分设计思路和方案以及相应的工艺路线，使制动鼓使用寿命大幅度提高，已引起国内外汽车配件生产和使用部门的广泛关注。

汽车制动鼓对材质的基本要求：1)刹车时承受强烈的机械冲击，要求制动鼓有足够高的机械性能；2)刹车时通过干滑摩擦把动能迅速转化为热能并尽快散发出去，要求制动鼓有良好的导热性；3)频繁刹车或长时间刹车，造成制动鼓冷热循环次数较多，有时温度较高，需用水激冷以降温，要求制动鼓有良好的热疲劳性能；4)刹车时依靠制动鼓内圆面(摩擦面)与刹车蹄摩擦片间的摩擦制动，要求制动鼓有良好的耐磨性和抗咬合能力；5)现代汽车追求乘坐舒适性，要求刹车时减少震动和噪声，要求制动鼓的尺寸稳定，内部组织均匀并有良好的吸震性。很显然，单一材质制造的制动鼓很难满足上述要求。

为了提高制动鼓性能，延长其使用寿命，中国发明专利CN112524178A公开了一种复合制动鼓，包括外壳基体以及内层强化体，内层强化体沿周向设于外壳基体的内壁上，且外壳基体采用合金钢板材质，内层强化体为蠕墨铸铁复合层。该复合制动鼓及其制备方法，改变了现有的制动鼓结构，采用外壳基体和内层强化体复合强化，且内层强化体采用蠕墨铸铁复合层，使其特有石墨结构和性能，并具有与钢法兰外壳相近的膨胀系数，从而有更好的抗疲劳性能，该发明还公开了复合制动鼓的制备方法，通过在外壳基体即钢法兰外壳的内侧以离心铸造的方式复合蠕墨铸铁复合层。中国发明专利CN111120546A还公开了一种双金属复合制动鼓及其制造方法，其中双金属复合制动鼓包括不可拆分连接的外壳和铸铁内衬，外壳上形成有第一波浪形结构，铸铁内衬的外壁面形成有与第一波浪形结构相适配的第二波浪形结构；外壳的内壁面上形成有多个周向间隔排布且轴向延伸的凸筋，铸铁内衬的外壁面上还形成有与多个与凸筋相适配的凹槽。制造方法为分别利用砂型铸造法、滚压成型法和压铸法实现上述双金属复合制动鼓的制造。

中国发明专利CN110814672A公开了新型双金属复合一体式制动鼓的制备工艺,其特征在于，包括以下步骤:步骤一：利用加工原料分别加工成焊接钢圈复合制动鼓的上部法兰部分和下部桶体部分；步骤二：将步骤一中的上部法兰部分和下部桶体部分焊接成一体得到复合制动鼓外层钢壳精旋坯料；步骤三：将步骤二中的复合制动鼓外层钢壳精旋坯料进行滚型形成复合制动鼓外层钢壳；步骤四：将步骤三中的复合制动鼓外层钢壳夹装于离心机上，浇入一定量的铁水，得到双金属复合一体式制动鼓毛坯；步骤五：将步骤四中双金属复合一体式制动鼓毛坯进行机加工得到双金属复合一体式制动鼓成品。中国发明专利CN107339346A还公开了一种双金属复合一体式制动鼓，所述制动鼓包括外壳和摩擦层，其特征在于，所述外壳由按质量百分比计的含下述组份的材质制成：C≤0.08；Si≤0.15；Mn≤1.30；P≤0.020；S≤0.015；所述外壳的材质的性能指标如下：屈服强度(MPa)≥235；抗拉强度(MPa)：380-500；延伸率A(％)≥26；冷弯：180°d＝2a，完好；所述摩擦层为按质量百分比计的下述组份制得：C：3.35-3.70；Si：1.30-2.10；Mn：0.50-1.10；P≤0.10；S≤0.12和Cr：0.20-0.60；所述摩擦层的石墨成分含量为：长度为3-6级的A型石墨≥80％；所述摩擦层的基体组织：细层状珠光体≥80％，碳化物≤5％。中国发明专利CN106736301A还公开了一种压配型双金属复合制动鼓的成型方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)、用冷拔拉伸的方法将壁厚为7mm的低碳钢钢管，制成一个壁厚为4mm、高度为330mm，最大外直径为483mm的低碳钢外壳，作为制动鼓外套；(2)、将铁水熔化，并使铁水在1280～1290℃下保温，利用卧式离心铸造机将铁水铸造成一个铸铁管；其中，铸造过程中卧式离心铸造机的转速为600～750r/min；(3)、把铸造完成的铸铁管加工成内径为460mm、厚度为8mm、高为300mm，使铸铁管的外径大于低碳钢外壳的内径，并在铸铁管的外壁上加工出若干凹槽；(4)、把低碳钢外壳固定在液压机上，在铸铁管的外壁上以及凹糟内涂覆环氧树脂粘接剂，并用液压机把铸铁管压入到低碳钢外壳内；(5)、待铸铁管被完全压入后，铸铁管与低碳钢外壳结合为一体形成所述双金属复合制动鼓，将制动鼓取下并放置24小时后，即可装机使用。中国发明专利CN104588608A还公开了一种离心机，涉及汽车配件制造领域，它包括支座、离心铸造室、翻转机构，所述的翻转机构包括翻转架、变速机和传动机构，所述的翻转架设置在支座上，电机通过传动机构和变速机驱动翻转架相对支座翻转，所述的离心铸造室内部设置有锁紧整形块、离心铸造机构和转动机构，转动机构包括传动机构和变速机，主电机通过传动机构和变速机驱动锁紧整形块和离心铸造机构相对离心铸造室转动。该发明还包括采用上述离心机制造防裂型复合制动鼓的工艺。该工艺采用特殊的离心浇铸方式，制造的制动鼓承载力强、防裂性能好、使用寿命长。

中国发明专利CN04565138A公开了一种环形加强复合制动鼓，涉及一种制动鼓，包括鼓体，该鼓体的外表面上设有多根环形状筋，使用时制动鼓受到的环向力会沿着环形状筋方向走，使主要的应力都集中在环形状筋上，从而大大降低鼓体内孔的应力；此外，设在鼓体外表面上的环形状筋不仅可以提高鼓体的强度，还可以散发热量，避免在长时间制动下发热而开裂。每根环形状筋的端面均为双峰状结构，可增加环形状筋受力和散热的面积，进一步降低了鼓体内孔的应力，也进一步提高了散发热量的效果；该发明还在鼓体孔口的环形状筋上嵌有合金钢带，以便提高孔口强度，防止孔口开裂，减少从内孔的边缘受力破裂。鼓体采用耐磨材料还可提高耐磨性以及导热性，其结构简单，易于推广使用。中国发明专利CN1062588还公开了一种用于汽车的复合制动鼓，它包括：用于将所述制动鼓安装在汽车车轴结构上以便绕转动轴线转动的一安装平台；接连所述安装平台，形成所述制动鼓的一开口端和一封闭端并构成内圆柱形制动摩擦面的一圆柱形侧部，该圆柱形侧部具有一基本嵌入其内的加强结构，并包括至少两个周向绕所述制动鼓延伸且与所述转动轴线共轴的环，所述由两个或更多轴向延伸的定位钢丝连接在一起并相对于所述转动轴线轴向间隔开来，所述定位钢丝具有使所述加强结构在第一和第二铸型半模间的铸型腔中定位的两个端部，定位钢丝的这两个端部只与一个共同的铸型半模接合从而将所述的加强结构相对于唯一的所述共同的铸型半模在铸型腔中定位，所述定位钢丝的至少一端超越所述环轴向延伸并与所述共同的铸型半模接触。中国发明专利CN112855808A还公开了特殊钢、耐热疲劳纳米材料复合制动鼓的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：①法兰部分的加工：采用旋压工艺制作制动面以上的法兰部分，并将旋压后的法兰端面加工焊接坡口；②复合制动面毛坯的加工：Ⅰ.浇注外层：根据型筒长度，计算浇注外层所需钢水的质量，准确称量后，将钢水一次浇入高速旋转的型筒内，钢水浇注温度为1560-1610℃；Ⅱ.浇注中间摩擦层得到复合制动面毛坯：对钢水的内表面进行防氧化保护，待钢水降温至1350-1450℃时，浇注中间摩擦层的金属液，浇注后完成外层和中间摩擦层的复合，得到复合制动面毛坯；Ⅲ.粗加工复合制动面毛坯，同时其一端面加工收口斜面和焊接坡口；③焊接成型：将步骤①的法兰部分和步骤②的复合制动面毛坯焊接得到复合毛坯；④将步骤③的复合毛坯进行成品加工制成复合制动鼓。

但是，上述方法生产复合制动鼓工艺复杂，需要采用钢板分别加工成焊接钢圈复合制动鼓的上部法兰部分和下部桶体部分，并使上部法兰部分和下部桶体部分焊接成一体得到复合制动鼓外层钢壳精旋坯料，并将复合制动鼓外层钢壳精旋坯料进行滚型形成复合制动鼓外层钢壳。由于外层钢壳需要进行旋转辊压成型，因此只能使用塑性好的低碳钢，而不能使用高强度的中碳低合金钢。低碳钢熔点明显高于中碳低合金钢，因此在随后的离心浇注内层灰铸铁时，为了保证内层灰铸铁与外层低碳钢钢壳结合牢靠，需要对外层低碳钢钢壳进行高温预热处理，操作不方便，且能耗高。另外低碳钢强度低，在铸造和使用过程中，易变形，为了防止变形，需要增加钢壳厚度，造成了制动鼓重量的增加。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明外层采用高强度中碳低合金钢制造，先用离心铸造方法生产制造中碳低合金钢钢筒，并采用模锻加工成复合制动鼓外层钢壳，然后在离心机上浇注内层灰铸铁，获得双金属离心复合制动鼓。

具体制备工艺步骤如下：

①先在中频感应电炉内熔炼中碳低合金钢，并将中碳低合金钢的化学组成及质量分数控制在：0.31-0.43％C,0.19-0.37％Si,0.55-0.77％Mn,0.36-0.51％Cr,0.08-0.15％Ti,0.02-0.06％N,0.003-0.006％B,0.068-0.095％Al,0.0022-0.0035％Mg,0.035-0.051％Ca,0.027-0.048％Ce,<0.030％S,<0.035％P,余量Fe；钢水中加入质量分数0.08-0.12％废旧铝线脱氧后，温度1612-1627℃时出炉到浇包；钢水经静置、扒渣后，温度1503-1520℃时，浇入离心机上高速旋转的铸型内，铸型转速950-1050rpm；钢水自然凝固后，铸件温度1050-1120℃时停机取出铸件，获得壁厚8-12mm的钢筒；随后在模锻机上将钢筒直接模锻成厚度4-8mm的钢壳(见图1)，用于复合制动鼓的外层；钢壳温度降至720-820℃时，继续将钢壳置于离心机上，并使离心机转速达到850-920rpm，然后浇入内层灰铸铁铁水，灰铸铁铁水的化学组成及质量分数控制在：3.51-3.95％C,1.49-1.66％Si,0.50-0.69％Mn,0.03-0.08％Nb,0.033-0.058％La,0.0008-0.0017％B,0.14-0.22％Al,0.18-0.26％Cr,0.027-0.045％Ce,0.22-0.38％Cu,0.028-0.045％Na,0.017-0.035％Sr,0.0038-0.0069％Mg,0.012-0.019％Sb,0.009-0.022％N,0.027-0.040％Bi,0.021-0.048％Ca,<0.045％S,<0.055％P,余量Fe，铁水浇注温度1435-1448℃；

②内层铁水全部浇入钢壳以后1.5-2.0分钟，立即用冷风喷吹铸件内表面；内层厚度为3-8mm；内层铁水凝固后，停机，继续喷吹冷风至温度300-350℃后，取出铸件，获得复合制动鼓毛坯(见图2)，然后立即将温度为300-350℃复合制动鼓毛坯入加热炉随炉加热至420-450℃，保温3-4小时，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得双金属离心复合制动鼓(见图3)。

本发明复合制动鼓外层采用高强度中碳低合金钢，内层采用高强度耐磨灰铸铁，通过离心复合铸造而成。先用离心铸造方法生产制造中碳低合金钢钢筒，并采用模锻加工成复合制动鼓外层钢壳，然后在离心机上浇注内层灰铸铁，获得双金属离心复合制动鼓，具体制备工艺步骤如下：先在中频感应电炉内熔炼中碳低合金钢，并将中碳低合金钢的化学组成及质量分数控制在：0.31-0.43％C,0.19-0.37％Si,0.55-0.77％Mn,0.36-0.51％Cr,0.08-0.15％Ti,0.02-0.06％N,0.003-0.006％B,0.068-0.095％Al,0.0022-0.0035％Mg,0.035-0.051％Ca,0.027-0.048％Ce,<0.030％S,<0.035％P,余量Fe；钢水中加入质量分数0.08-0.12％废旧铝线脱氧后，温度1612-1627℃时出炉到浇包。本发明外层钢水中含有较多的碳元素，并含有0.55-0.77％Mn、0.36-0.51％Cr和0.003-0.006％B，有利于显著提高钢的强度。但是外层材料中碳含量的增加，导致钢的塑性和韧性下降。因此，本发明在外层钢水中加入了0.068-0.095％Al,0.0022-0.0035％Mg,0.035-0.051％Ca,0.027-0.048％Ce，有利于净化钢水，改善夹杂物的形态和分布，从而提高钢的韧性。特别是0.08-0.15％Ti和0.02-0.06％N的加入，高温下生成细小的TiN颗粒，作为初生奥氏体结晶核心，可以显著细化晶粒。0.068-0.095％Al,0.0022-0.0035％Mg,0.035-0.051％Ca,0.027-0.048％Ce与0.08-0.15％Ti和0.02-0.06％N的复合作用，对外层钢壳具有显著的细化和净化作用，从而有利于显著提高钢的强韧性。

钢水经静置、扒渣后，当温度达到1503-1520℃时，浇入离心机上高速旋转的铸型内，铸型转速950-1050rpm。离心铸造钢筒，效率高，散热快，有利于细化钢筒组织。钢水自然凝固后，铸件温度1050-1120℃时停机取出铸件，获得壁厚8-12mm的钢筒。随后在模锻机上将钢筒直接模锻成厚度4-8mm的钢壳，用于复合制动鼓的外层。采用离心铸造加模锻方式生产钢壳，效率高，且模锻过程中使钢的组织更加致密，晶粒进一步细化，进一步显著提高钢的强韧性。钢壳温度降至720-820℃时，继续将钢壳置于离心机上，并使离心机转速达到850-920rpm，然后浇入内层灰铸铁铁水，内层厚度为3-8mm。利用模锻钢壳的余热通过离心复合铸造方法，将内层灰铸铁与外层钢壳离心复合于一体，省去了常规方法生产钢壳需要将钢壳重新预热的工序，具有明显的节能效果。由于本发明中钢中碳含量高达0.31-0.43％C，比常用低碳钢钢壳的熔点低，本发明钢壳与内层灰铸铁结合效果好。

本发明灰铸铁铁水的化学组成及质量分数控制在：3.51-3.95％C,1.49-1.66％Si,0.50-0.69％Mn,0.03-0.08％Nb,0.033-0.058％La,0.0008-0.0017％B,0.14-0.22％Al,0.18-0.26％Cr,0.027-0.045％Ce,0.22-0.38％Cu,0.028-0.045％Na,0.017-0.035％Sr,0.0038-0.0069％Mg,0.012-0.019％Sb,0.009-0.022％N,0.021-0.048％Ca,0.027-0.040％Bi,<0.045％S,<0.055％P,余量Fe，铁水浇注温度1435-1448℃。本发明中铁水中含有0.03-0.08％Nb,0.009-0.022％N与碳化合生成高熔点Nb(C,N)，可以作为灰铸铁初生奥氏体形核核心，显著细化铸铁晶粒，提高铸铁强韧性。此外，Nb(C,N)固溶于灰铸铁基体中，可以显著提高耐磨性。0.18-0.26％Cr、0.50-0.69％Mn和0.22-0.38％Cu的加入，可以提高灰铸铁强度。加入0.0008-0.0017％B和0.027-0.040％Bi，可以显著提高灰铸铁耐磨性。在此基础上加入0.033-0.058％La,0.027-0.045％Ce,0.028-0.045％Na和0.021-0.048％Ca，可以细化铸铁组织，改善铸铁中夹杂物的形态和分布，提高铸铁强韧性。特别是0.017-0.035％Sr,0.0038-0.0069％Mg,0.033-0.058％La,0.027-0.045％Ce,0.012-0.019％Sb和0.14-0.22％Al的复合加入，可以细化石墨，并使石墨尖端变得圆盾，在提高铸铁导热性的前提下，使铸铁保持高强度和高韧性。

本发明内层铁水全部浇入钢壳以后1.5-2.0分钟，立即用冷风喷吹铸件内表面，可以加速热量的排出，防止出现粗大的石墨组织。内层铁水凝固后，停机，继续喷吹冷风，可以防止灰铸铁基体中出现低硬度的铁素体基体，损害灰铸铁耐磨性。喷吹冷风至温度300-350℃后，取出铸件，获得复合制动鼓毛坯，然后立即将温度为300-350℃复合制动鼓毛坯入加热炉随炉加热至420-450℃，保温3-4小时，用于消除内应力，稳定组织。出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得双金属离心复合制动鼓。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1)本发明用中碳钢替代低碳钢生产复合制动鼓外层钢壳，克服了浇注内层灰铸铁铁水时，外层低碳钢钢壳需要进行高温预热处理，存在操作不方便，且能耗高的不足。

2)本发明采用钢水冶炼、离心铸造、钢筒毛坯铸造余热模锻成钢壳，替代了常见钢壳生产工艺：在压力机上把钢板通过复合模具制成含工艺孔的圆盘，并通过旋滚机将圆盘滚旋形成制动鼓外层钢壳，具有生产效率高、材料利用率高和成本低廉等优势。

3)本发明复合制动鼓内外层是良好的冶金结合，外层强度高，韧性好，外层抗拉强度超过1050MPa，延伸率超过15％，冲击韧性超过80J/cm²；内层灰铸铁抗拉强度超过480MPa，延伸率超过4％，导热性能优异。

4)本发明复合制动鼓强韧性好，厚度比普通整体铸铁制动鼓明显减薄，制动鼓重量减轻15％以上。本发明复合制动鼓内层灰铸铁导热性好，耐磨耐热性好，使用中无断辊和开裂现象出现，使用寿命比单一灰铸铁制动鼓提高2倍以上。

附图说明

图1本发明模锻钢壳示意图；

图2本发明复合制动鼓铸造毛坯示意图；

图3本发明复合制动鼓铸造成品示意图。

图中1-外层钢壳，2-内层耐磨灰铸铁

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

一种双金属离心复合制动鼓及其制备方法，外层采用高强度中碳低合金钢制造，先用离心铸造方法生产制造中碳低合金钢钢筒，并采用模锻加工成复合制动鼓外层钢壳1，然后在离心机上浇注内层灰铸铁2，获得双金属离心复合制动鼓，具体制备工艺步骤如下：

①先在中频感应电炉内熔炼中碳低合金钢，并将中碳低合金钢的化学组成及质量分数控制在：0.31％C,0.37％Si,0.55％Mn,0.51％Cr,0.08％Ti,0.02％N,0.003％B,0.095％Al,0.0022％Mg,0.051％Ca,0.027％Ce,0.023％S,0.031％P,余量Fe；钢水中加入质量分数0.08％废旧铝线脱氧后，温度1612℃时出炉到浇包；钢水经静置、扒渣后，温度1503℃时，浇入离心机上高速旋转的铸型内，铸型转速950rpm；钢水自然凝固后，铸件温度1050-1065℃时停机取出铸件，获得壁厚8mm的钢筒；随后在模锻机上将钢筒直接模锻成厚度4mm的钢壳1(见图1)，用于复合制动鼓的外层1；钢壳1温度降至720-740℃时，继续将钢壳1置于离心机上，并使离心机转速达到850rpm，然后浇入内层2灰铸铁铁水，灰铸铁铁水的化学组成及质量分数控制在：3.51％C,1.66％Si,0.50％Mn,0.08％Nb,0.033％La,0.0017％B,0.14％Al,0.26％Cr,0.027％Ce,0.38％Cu,0.028％Na,0.035％Sr,0.0038％Mg,0.012％Sb,0.022％N,0.027％Bi,0.048％Ca,0.042％S,0.053％P,余量Fe，铁水浇注温度1435℃；

②内层铁水全部浇入钢壳1以后1.5分钟，立即用冷风喷吹铸件内表面；内层2铁水凝固后，停机，内层厚度为5mm；继续喷吹冷风至温度300-330℃后，取出铸件，获得复合制动鼓毛坯(图2)，然后立即将温度为300-330℃复合制动鼓毛坯入加热炉随炉加热至420℃，保温4小时，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得双金属离心复合制动鼓(图3)。复合制动鼓力学性能见表1。

表1复合制动鼓力学性能

实施例2：

一种双金属离心复合制动鼓及其制备方法，外层采用高强度中碳低合金钢制造，先用离心铸造方法生产制造中碳低合金钢钢筒，并采用模锻加工成复合制动鼓外层钢壳1，然后在离心机上浇注内层灰铸铁2，获得双金属离心复合制动鼓，具体制备工艺步骤如下：

①先在中频感应电炉内熔炼中碳低合金钢，并将中碳低合金钢的化学组成及质量分数控制在：0.43％C,0.19％Si,0.77％Mn,0.36％Cr,0.15％Ti,0.06％N,0.006％B,0.068％Al,0.0035％Mg,0.035％Ca,0.048％Ce,0.021％S,0.029％P,余量Fe；钢水中加入质量分数0.12％废旧铝线脱氧后，温度1627℃时出炉到浇包；钢水经静置、扒渣后，温度1520℃时，浇入离心机上高速旋转的铸型内，铸型转速1050rpm；钢水自然凝固后，铸件温度1105-1120℃时停机取出铸件，获得壁厚12mm的钢筒；随后在模锻机上将钢筒直接模锻成厚度8mm的钢壳1(见图1)，用于复合制动鼓的外层1；钢壳1温度降至795-820℃时，继续将钢壳1置于离心机上，并使离心机转速达到920rpm，然后浇入内层2灰铸铁铁水，灰铸铁铁水的化学组成及质量分数控制在：3.95％C,1.49％Si,0.69％Mn,0.03％Nb,0.058％La,0.0008％B,0.22％Al,0.18％Cr,0.045％Ce,0.22％Cu,0.045％Na,0.017％Sr,0.0069％Mg,0.019％Sb,0.009％N,0.040％Bi,0.021％Ca,0.028％S,0.039％P,余量Fe，铁水浇注温度1448℃；

②内层铁水全部浇入钢壳1以后2.0分钟，立即用冷风喷吹铸件内表面；内层2铁水凝固后，停机，内层厚度为4mm；继续喷吹冷风至温度330-350℃后，取出铸件，获得复合制动鼓毛坯(图2)，然后立即将温度为330-350℃复合制动鼓毛坯入加热炉随炉加热至450℃，保温3小时，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得双金属离心复合制动鼓(图3)。复合制动鼓力学性能见表2。

表2复合制动鼓力学性能

实施例3：

一种双金属离心复合制动鼓及其制备方法，外层采用高强度中碳低合金钢制造，先用离心铸造方法生产制造中碳低合金钢钢筒，并采用模锻加工成复合制动鼓外层钢壳1，然后在离心机上浇注内层灰铸铁2，获得双金属离心复合制动鼓，具体制备工艺步骤如下：

①先在中频感应电炉内熔炼中碳低合金钢，并将中碳低合金钢的化学组成及质量分数控制在：0.38％C,0.26％Si,0.59％Mn,0.47％Cr,0.12％Ti,0.05％N,0.005％B,0.085％Al,0.0027％Mg,0.041％Ca,0.036％Ce,0.028％S,0.030％P,余量Fe；钢水中加入质量分数0.10％废旧铝线脱氧后，温度1623℃时出炉到浇包；钢水经静置、扒渣后，温度1514℃时，浇入离心机上高速旋转的铸型内，铸型转速980rpm；钢水自然凝固后，铸件温度1080-1095℃时停机取出铸件，获得壁厚10mm的钢筒；随后在模锻机上将钢筒直接模锻成厚度6mm的钢壳1(见图1)，用于复合制动鼓的外层1；钢壳1温度降至770-790℃时，继续将钢壳1置于离心机上，并使离心机转速达到880rpm，然后浇入内层2灰铸铁铁水，灰铸铁铁水的化学组成及质量分数控制在：3.67％C,1.56％Si,0.62％Mn,0.07％Nb,0.049％La,0.0015％B,0.17％Al,0.23％Cr,0.035％Ce,0.29％Cu,0.033％Na,0.026％Sr,0.0054％Mg,0.018％Sb,0.020％N,0.034％Bi,0.027％Ca,0.037％S,0.042％P,余量Fe，铁水浇注温度1441℃；

②内层铁水全部浇入钢壳1以后2.0分钟，立即用冷风喷吹铸件内表面；内层铁水凝固后，停机，内层厚度为7mm；继续喷吹冷风至温度310-330℃后，取出铸件，获得复合制动鼓毛坯(图2)，然后立即将温度为310-330℃复合制动鼓毛坯入加热炉随炉加热至440℃，保温3.5小时，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得双金属离心复合制动鼓(图3)。复合制动鼓力学性能见表3。

表3复合制动鼓力学性能

本发明用中碳钢替代低碳钢生产复合制动鼓外层钢壳，克服了浇注内层灰铸铁铁水时，外层低碳钢钢壳需要进行高温预热处理，存在操作不方便，且能耗高的不足。本发明采用钢水冶炼、离心铸造、钢筒毛坯铸造余热模锻成钢壳，替代了常见钢壳生产工艺,即在压力机上把钢板通过复合模具制成含工艺孔的圆盘，并通过旋滚机将圆盘滚旋形成制动鼓外层钢壳，本发明具有生产效率高，材料利用率高和成本低廉等优势。本发明复合制动鼓内外层是良好的冶金结合，外层强度高，韧性好，外层抗拉强度超过1050MPa，延伸率超过15％，冲击韧性超过80J/cm²；内层灰铸铁抗拉强度超过480MPa，延伸率超过4％，导热性能优异。本发明复合制动鼓强韧性好，厚度比普通整体铸铁制动鼓明显减薄，制动鼓重量减轻15％以上。使用本发明双金属制动鼓具有明显的减重效果，汽车使用中节能效果明显。本发明复合制动鼓内层灰铸铁导热性好，耐磨、耐热性好，使用中无断辊和开裂现象出现，使用寿命比单一灰铸铁制动鼓提高2倍以上。使用本发明复合制动鼓确保了汽车的安全使用，使用寿命长，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Claims (3)

1.一种双金属离心复合制动鼓的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①先在中频感应电炉内熔炼中碳低合金钢，并将中碳低合金钢的化学组成及质量分数控制在：0.31-0.43％C,0.19-0.37％Si,0.55-0.77％Mn,0.36-0.51％Cr,0.08-0.15％Ti,0.02-0.06％N,0.003-0.006％B,0.068-0.095％Al,0.0022-0.0035％Mg,0.035-0.051％Ca,0.027-0.048％Ce,<0.030％S,<0.035％P,余量Fe；钢水中加入质量分数0.08-0.12％废旧铝线脱氧后，温度1612-1627℃时出炉到浇包；钢水经静置、扒渣后，温度1503-1520℃时，浇入离心机上高速旋转的铸型内，铸型转速950-1050rpm；钢水自然凝固后，铸件温度1050-1120℃时停机取出铸件，获得壁厚8-12mm的钢筒；随后在模锻机上将钢筒直接模锻成厚度4-8mm的钢壳，用于复合制动鼓的外层；钢壳温度降至720-820℃时，继续将钢壳置于离心机上，并使离心机转速达到850-920rpm，然后浇入内层灰铸铁铁水，灰铸铁铁水的化学组成及质量分数控制在：3.51-3.95％C,1.49-1.66％Si,0.50-0.69％Mn,0.03-0.08％Nb,0.033-0.058％La,0.0008-0.0017％B,0.14-0.22％Al,0.18-0.26％Cr,0.027-0.045％Ce,0.22-0.38％Cu,0.028-0.045％Na,0.017-0.035％Sr,0.0038-0.0069％Mg,0.012-0.019％Sb,0.009-0.022％N,0.027-0.040％Bi,0.021-0.048％Ca,<0.045％S,<0.055％P,余量Fe，铁水浇注温度1435-1448℃；

②内层铁水全部浇入钢壳以后1.5-2.0分钟，立即用冷风喷吹铸件内表面；内层铁水凝固后，停机，继续喷吹冷风至温度300-350℃后，取出铸件，获得复合制动鼓毛坯，然后立即将温度为300-350℃复合制动鼓毛坯入加热炉随炉加热至420-450℃，保温3-4小时，出炉空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得双金属离心复合制动鼓。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，内层厚度为3-8mm。

3.按照权利要求1或2所述的方法制备得到的双金属离心复合制动鼓。

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