CN1644950A - 具有仿生非光滑表面的制动鼓 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于车辆上的具有高摩擦系数、耐磨、抗热疲劳制动鼓，特别是一种具有仿生非光滑表面的制动鼓。其特征是制动鼓的工作面上分布有与基体表面呈0.15－0.5mm高度差的凸、凹单元体，该凸、凹单元体是凹坑或凸包、平行或网格状条纹。本发明通过对制动鼓表面强化处理使其表面上形成凹凸不平、错落有致的仿生非光滑单元体，其组织结构和化学成分可以保证制动鼓的耐磨性、抗热疲劳性都有显著的提高。同时使制动鼓表面与摩擦衬片间由面接触变为点或线接触，减低了摩擦副的结合力，从而减少制动鼓的磨损，使用寿命与相同基体材料的光滑表面制动鼓比较，提高1.5－3倍，摩擦系数提高1倍。

Description

具有仿生非光滑表面的制动鼓

技术领域

本发明涉及用于车辆上的具有高摩擦系数、耐磨、抗热疲劳制动鼓。

背景技术

利用运动表面相接触时所产生的摩擦阻力达到减速或中止运动目的的装置称为摩擦制动器或机械制动器。制动摩擦过程中制动鼓的化学成分及结构组织是影响摩擦副特性和工作可靠性的重要因素之一。以汽车制动鼓为例，要求制动鼓有良好的摩擦性能，受环境影响小，包括低温(＜0℃)、高温(500～600℃)、潮湿(路面积水)、或高或低的制动初速度、制动减速度、偶尔连续多次的刹车等。汽车制动鼓的这些特性，都与制动时接口上的摩擦层有很大的关系。一般认为，既能有效的降低磨损又可提高摩擦系数的途径是设计一种制动鼓，其表面应具有高摩擦系数、耐磨及抗热疲等性能。

从提高安全可靠性考虑，希望提高制动鼓的摩擦系数，尤其在高温下仍能保持较高的摩擦系数，即有足够的制动摩擦力矩。但一般来说摩擦系数越高，摩擦产生的剪切阻力越大，表层所受的剪切应力也越大，因此摩擦面材料的流失或破坏会越严重，产生的磨损越大，使用寿命也越短。因此摩擦与磨损是摩擦过程中即相关有矛盾的两个方面，对刹车材料来说，需要有一定的摩擦阻力而又不致引起过大的磨损。在国内外，改善制动鼓的热疲劳性能、提高材料摩擦系数同提高制动鼓寿命一直是制动研究者最关心的课题之一。近年来随着人们对制动鼓需求的提高，在改善制动鼓单一性能方面也取得了一些有益探索，如添加合金元素，提高珠光体量，改善材质等，但成本也相应比以前有所提高，迄今为止还没有一种方法能使这些性能同时得到改善。

发明内容

本发明目的是为了解决提高制动鼓表面摩擦系数同降低制动副磨损这一矛盾，通过仿生非光滑表面改性处理设计出一种可以同时提高制动鼓表面摩擦系数、耐磨性及抗热疲劳等性能的具有仿生非光滑表面的制动鼓。

仿生是未来新材料设计和制造的潜在的最有效途径。生物体结构经过20亿年物竟天择的优化，几乎是完美无缺的。通过对生物体表非光滑形态理论的研究，导致仿生非光滑表面新型制动材料设计思想的形成。

非光滑形态是通过对生物体材料的结构和静态学、动力学性能研究提出来的仿生新思想。通过对某些生物如蜣螂、海生贝类、穿山甲、蛇、蜥蜴、竹材等的研究发现，生物体表具有的耐磨、抗挤压、抗裂纹等功能与其体表的非光滑形态有密切关系，这是生物经过亿万年的进化优化，逐渐形成与生存环境相适应的特征。

在对土壤动物的研究中，发现土壤动物出入于粘性较大的粪便和土壤，经受磨损，能自由行动，身体很少粘附粪便和泥土，这是因为动物体表有一定弹性，在外力作用下，体表可吸收能量，发生弹性变形。凹入部位易集留空气，可减轻大气负压，从而降低体表与粪便和土壤之间的粘附，起到减粘脱附的作用。凸起部位较硬，除含有基体中的元素外，还含有一些其它元素，其作用主要是承受着粪便和土壤的挤压与摩擦，抵抗磨损，。正是模仿土壤动物体表的这种结构，可显著降低制动鼓与摩擦衬片的粘附，提高制动鼓表面耐磨性，，减少粘着磨损与磨粒磨损。

又如海螺表面，由许多凹凸不平，方向各异的层片交叉迭合而成，层片取向和凹凸度与贝壳表面的硬度、韧性分布密切相关。研究表明，此交叉层片结构在阻止裂缝发展方面具有明显优势。再如昆虫表皮，在显微镜下也是非光滑结构，且体表的不同位置软硬度各不相同，这在昆虫表皮产生不同的应力分布，该结构为昆虫提供了最轻便、最高强度和韧性的保护。该原理可有效提高制动鼓表面抗热疲劳性，减少热疲劳磨损，抵御热疲劳裂纹的萌生和扩展。

在运用以上原理的基础上，制备出仿生非光滑表面新型制动材料。在制动鼓表面加工具有仿生非光滑功能的单元体，这些单元体规则或随机分布，具有一定几何形状，组织结构和母体相区别，根据需要，单元体中相对于母体还可以出现化学成分的变化。该新型制动鼓可显著提高模具制动鼓表面的摩擦系数、耐磨性及抗热疲劳性。

本发明是基于上述思想按如下方案实现的：

一种具有仿生非光滑表面的制动鼓，其特征在于制动鼓的工作面上分布有与基体表面呈0.15-0.5mm高度差的凸、凹单元体，该凸、凹单元体是凹坑或凸包、平行或网格状条纹。

所述的凹坑或凸包单元体在制动鼓(盘)表面上呈点阵式分布，其凸包底圆直径或凹坑上口直径为0.5-4mm，单元体间中心距为20-50mm。

所述的平行或网格状条纹，其条纹宽度为0.3-3mm，条纹间中心距为10-40mm。

所述的凸、凹单元体与基体之间的硬度差为HB0-450。

所述凸、凹单元体内含有合金元素Cr、Si、Mn、Mo、W、V、B与基体中对应的元素含量差为：Cr0.5-1％、Mn0.5-5％、Si0.1-1％、Mo0.5-5％、W0.5-5％、V0.5-10％、B0.01-0.1％。

本发明所采用的技术手段是：由计算机设计出制动鼓表面上的非光滑单元体形态尺寸和分布规律，通过机械加工、激光、腐蚀、雕刻并结合喷涂、化学、物理、溅射、气相沉积、镀覆等方法，在制动鼓表面加工出具有一定几何形状、化学成分和组织结构有区别于基体材料的非光滑单元体。由于非光滑单元体的形态尺寸、分布规律、化学成分、以及加工后得到的组织结构对提高制动鼓表面摩擦系数、耐磨性及抗热疲劳性有重要作用。最终得到高摩擦系数、高耐磨性、高抗热疲劳性能的具有仿生非光滑形态的制动鼓。

可在单元体中加入Cr、Mn、Si、Mo、V、W、B七种化学元素中的一种或几种元素，使该元素在单元体中的含量高于基体材料，与基体材料形成化学成分含量差。

加入规则为：对于非光滑单元体，欲提高其强韧性，可在单元体中加入Si、Mn、Cr元素；欲提高耐磨性，可加入Mo、V、W元素；欲提高其抗热疲劳性可加入Cr、Mo、B元素。

本发明制造的制动鼓达到的性能指标为：其使用寿命与具有相同基体材料的光滑表面制动鼓比较，提高1.5-3倍，生产成本提高5％-15％，摩擦系数提高1倍，抗热疲劳性有较大幅度的提高。

本发明制造的制动鼓的有益效果是：仿生非光滑表面可以显著提高制动鼓表面的摩擦系数，使制动材料的耐磨性显著提高，不易划伤制动鼓表面和与摩擦衬片产生严重粘着，拥有足够的机械强度，抗热疲劳性能良好。通过对制动鼓表面强化处理使其表面上形成凹凸不平、错落有致的仿生非光滑单元体，其组织结构和化学成分可以保证制动鼓的耐磨性、抗热疲劳性都有显著的提高。同时使制动鼓表面与摩擦衬片间由面接触变为点或线接触，减低了摩擦副的结合力，从而减少制动鼓的磨损，使用寿命与相同基体材料的光滑表面制动鼓比较，提高1.5-3倍，摩擦系数提高1倍。该技术个性化特点强，可以针对不同的要求，选用不同形态、尺寸、分布规律的非光滑仿生图案，从而获得不同的性能。本发明同时具有加工简单，性能可靠，成本低、性能价格比高等优点。

附图说明：

图1是具有球冠状凸包的非光滑表面制动鼓的表面结构示意图；

图2是具有球冠状凹坑的非光滑表面制动鼓的表面结构示意图；

图3是具有平行状条纹的非光滑表面制动鼓的表面结构示意图；

图4是具有网格状条纹的非光滑表面制动鼓的表面结构示意图；

图5是制动鼓不同表面状态对磨损量的影响比较试验结果图；

图6是制动鼓不同表面状态对摩擦系数的影响比较试验结果图；

图7是制动鼓表面硬度与摩擦系数的关系图；

图8是制动鼓硬度与磨损量的关系图；

图9是温度对不同表面形状磨损量的影响关系图；

图10是温度对不同表面形状摩擦系数的影响关系图；

图11是制动鼓表面通过激光加工生成的仿生非光滑单元体的显微组织形态图；

图12是激光加工高速钢制动鼓表面仿生非光滑单元体的显微组织形态图；

图13为仿生非光滑单元体能谱分析结果图；

图14为热疲劳裂纹在非光滑表面上扩展的形貌显微组织形态图；

图15为热疲劳主裂纹在3种不同表面试样上的扩展曲线(a-N曲线)图。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施例对本发明具有仿生非光滑表面的制动鼓作进一步详细说明。

实施例1

制造表面具有凸包非光滑形态的重型卡车制动鼓。

参照图1，用激光在制动鼓表面加工成具有凸包型非光滑表面，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.5mm，底圆直径d为4mm，单元体圆心距s为50mm。制动鼓材料为HT250灰铁，摩擦系数为0.37，硬度为HB175。

加工后测试非光滑单元体各项指标分别为摩擦系数：0.67，硬度：HB520，摩擦系数提高0.30，硬度提高HB345，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高5％。

实施例2

制造表面具有凹坑型非光滑形态的重型卡车制动鼓。

参照图2，用激光在制动鼓表面加工成凹坑型非光滑表面，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.5mm，凹坑上口直径d为4mm，单元体圆心距s为50mm。制动鼓材料为HT250灰铁，摩擦系数为0.37，硬度为HB175。

加工后测试非光滑单元体各项指标分别为摩擦系数：0.67，硬度：HB518，摩擦系数提高0.30，硬度提高HB343，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高5％。

实施例3

制造表面具有条纹型非光滑形态的重型卡车制动鼓。

参照图3，用激光在制动鼓表面加工成条纹非光滑表面，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.5mm，宽度w为3mm，单元体中心距s为40mm，倾角α约45°。制动鼓材料为HT250灰铁，摩擦系数为0.37，硬度为HB175。

加工后测试非光滑单元体各项指标分别为摩擦系数：0.70，硬度：HB532，摩擦系数提高0.33，硬度提高HB357，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1.2倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高8％。

实施例4

制造表面具有网格型非光滑形态的重型卡车制动鼓。

参照图4，用激光在制动鼓表面加工成网格非光滑表面，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.5mm，宽度w为3mm，单元体中心距s为40mm，倾角α为0°(平行条纹)和90°(垂直条纹)交错分布。制动鼓材料为HT250灰铁，摩擦系数为0.37，硬度为HB175。

加工后经测试非光滑单元体各项指标分别为摩擦系数：0.73，硬度：HB545，摩擦系数提高0.36，硬度提高HB370，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1.5倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高10％。

实施例5

制造表面具有凸包型非光滑形态的解放卡车制动鼓。

参照图1，用激光在制动鼓表面加工成凸包型非光滑表面，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.5mm，底圆直径为4mm，单元体圆心距为50mm。制动鼓材料为HT200铸铁，摩擦系数为0.33，硬度为HB190。

加工后经测试非光滑单元体各项指标分别为摩擦系数：0.63，硬度：HB535，摩擦系数提高0.30，硬度提高HB345，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高5％。

实施例6

制造表面具有凹坑型非光滑形态的解放卡车制动鼓。

参照图2，用激光在制动鼓表面加工成凹坑型非光滑表面，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.5mm，凹坑上口直径为4mm，单元体圆心距为50mm。制动鼓材料为HT200铸铁，摩擦系数为0.33，硬度为HB190。

加工后经测试非光滑单元体各项指标分别为摩擦系数：0.63，硬度：HB532，摩擦系数提高0.30，硬度提高HB342，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高5％。

实施例7

制造表面具有条纹型非光滑形态的解放卡车制动鼓。

参照图3，用激光在制动鼓表面加工成条纹型非光滑表面，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.5mm，宽度为3mm，单元体中心距为40mm，倾角α约45°。制动鼓材料为HT200铸铁，摩擦系数为0.33，硬度为HB190。

加工后经测试非光滑单元体各项指标分别为摩擦系数：0.68，硬度：HB548，摩擦系数提高0.35，硬度提高HB358，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1.2倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高8％。

实施例8

制造表面具有网格型非光滑形态的解放卡车制动鼓。

参照图4，用激光在制动鼓表面加工成网格型非光滑表面，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的凹凸度为0.5mm，宽度为3mm，单元体中心距为40mm，倾角α为0°(平行条纹)和90°(垂直条纹)交错分布。制动鼓材料为HT200铸铁，摩擦系数为0.33，硬度为HB190。

加工后经测试非光滑单元体各项指标分别为摩擦系数：0.70，硬度：HB562，摩擦系数提高0.37，硬度提高HB372，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1.5倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高10％。

实施例9

制造表面具有凸包型非光滑形态的捷达轿车制动鼓。

参照图1，用激光在制动鼓表面加工成凸包型非光滑表面，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.15mm，底圆直径为0.5mm，单元体圆心距为20mm。制动鼓材料为HT200铸铁，摩擦系数为：0.32，硬度为195。

加工后经测试非光滑单元体各项指标分别为摩擦系数：0.62，硬度：HB539，摩擦系数提高0.30，硬度提高HB344，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高5％。

实施例10

制造表面具有凹坑型非光滑形态的捷达轿车制动鼓。

参照图2，用激光在制动鼓表面加工成凹坑型非光滑表面，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.15mm，凹坑上口直径为0.5mm，单元体圆心距为20mm。制动鼓材料为HT200铸铁，摩擦系数为：0.32，硬度为195。

加工后经测试非光滑单元体各项指标分别为摩擦系数：0.61，硬度：HB536，摩擦系数提高0.29，硬度提高HB341，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高5％。

实施例11

制造表面具有条纹型非光滑形态的捷达轿车制动鼓。

参照图3，用激光在制动鼓表面加工成条纹型非光滑表面，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.15mm，宽度为0.3mm，单元体中心距为10mm，倾角α约45°。制动鼓材料为HT200铸铁，摩擦系数为：0.32，硬度为195。

加工后经测试非光滑单元体各项指标分别为摩擦系数：0.65，硬度：HB552，摩擦系数提高0.33，硬度提高HB357，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1.2倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高8％。

实施例12

制造表面具有网格非光滑形态的捷达轿车制动鼓。

参照图4，用激光在制动鼓表面加工成网格型非光滑表面，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.15mm，宽度0.3mm，，单元体中心距为10mm。倾角α为0°(平行条纹)和90°(垂直条纹)交错分布。制动鼓材料为HT200铸铁，摩擦系数为：0.32，硬度为195。

加工后经测试非光滑单元体各项指标分别为摩擦系数：0.68，硬度：HB569，摩擦系数提高0.36，硬度提高HB374，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1.5倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高10％。

实施例13

制造表面具有凸包非光滑形态的重型卡车制动鼓。

参照图1，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.5mm，底圆直径为4mm，单元体圆心距为50mm。基体材料中含Cr0.3％，V0.3％，Si1.8％，Mn0.8％，利用喷粉装置，合金涂敷、激光熔渗技术将合金元素熔入单元体，涂敷合金混合物含4.5％金属Mn，1.7％金属Cr，5.9％V-Fe粉，38.6％Mo-Fe粉，涂敷合金厚度为0.03mm，烧损率为5％，处理后单元体中增加了5％Mo，0.1％Cr，V、Mn元素含量分别提高到0.5％、1.3％，Mo、Cr、V、Mn元素含量差分别为5％，0.1％，0.5％，0.5％，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1.6倍，处理仿生非光滑表面的成本仅提高12％。

实施例14

制造表面具有凹坑非光滑形态的重型卡车制动鼓。

参照图2，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.5mm，凹坑上口直径为4mm，单元体圆心距为50mm。基体材料中含Cr0.3％，Si1.8％，Mn0.8％，V0.3％，利用喷粉装置、合金涂敷、激光熔渗技术向单元体中熔入合金元素，由4.7％金属Cr，14.8％Si-Fe粉，14.4％金属Mn，39.2％V-Fe粉组成的混合物，涂敷合金厚度为0.08mm，烧损率为5％，处理后单元体中Si、V、Cr、Mn元素含量分别增加到1.9％，10％，1.3％，5.8％，Si、V、Cr、Mn元素含量差分别为0.1％，10％，1％，5％，在同样工作条件下，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1.6倍，处理仿生非光滑表面的成本仅提高12％。

实施例15

制造表面具有条纹非光滑形态的解放卡车制动鼓

参照图3，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.3mm，宽度为4mm，单元体中心距为40mm。基体材料中含Si1.9％，Mn0.8％，Cr0.3％，利用喷粉装置、合金涂敷、激光熔渗技术将合金元素熔入单元体，涂敷合金混合物含3.8％Mo-Fe粉0.2％B-Fe粉，20.3％W-Fe粉，，涂敷合金厚度为0.03mm，烧损率为5％，处理后单元体中增加了0.5％Mo，5％W，0.01％B，Mo元素含量差为0.5％，W元素含量差为5％，B元素含量差为0.01％，在同样条件下，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑制动鼓提高1.8倍，而处理仿生非光滑表面的成本仅提高12％。

实施例16

制造表面具有网格非光滑形态的捷达轿车制动鼓

参照图4，非光滑单元体与制动鼓基体表面之间的高度差为0.3mm，宽度为4mm，单元体中心距为40mm。基体材料中含Cr0.5％，V0.3％，Si1.7％，Mn0.8％，利用喷粉装置、合金涂敷、激光熔渗技术将合金元素熔入单元体，涂敷合金混合物含2.6％W-Fe粉，57.2％Si-Fe粉，2％B-Fe粉，涂敷合金厚度为0.07mm，烧损率为5％，处理后单元体中增加了0.1％B，W、Si含量分别为0.5％、2.7％，B元素含量差为0.1％，W元素含量差为0.5％，Si元素含量差为1％，在相同条件下，具有仿生非光滑表面制动鼓的使用寿命比相同基材的光滑表面制动鼓提高1.8倍，而处理仿生非光滑表面的成本提高12％。

通过对制动鼓仿生非光滑单元体的微观分析和检测，可发现其组织结构和化学成分同基体明显区别。根据仿生学的基本原理可知，非光滑表面上凹凸不平、错落有致的仿生形态、组织结构和化学成分使摩擦副之间由面接触变为点或线接触，起到降低粘附、承受挤压与摩擦、抵抗磨损、减少热疲劳磨损，抵御热疲劳裂纹的萌生和扩展的作用。因此，以仿生理论为基础所研制的非光滑制动鼓可以保证制动材料表面的摩擦系数、耐磨性及抗热疲劳性明显提高。从而在保证制动材料具有足够高的摩擦系数的前提下耐磨性也有显著的提高。以下是非光滑表面单元体的表面形态，硬度，以及温度同磨损量与摩擦系数之间的关系图。(参照图5-图10)

图11是制动鼓表面通过激光加工生成的仿生非光滑单元体的显微组织形态。可见处理区晶体颗粒度明显变化，下部未处理区组织颗粒度为6级，而上部处理区达到11-12级。晶粒细化为使强度提高而不牺牲韧性，甚至使韧性略有提高的强化方式，激光处理后的颗粒更细小、碎化，并且比常规热处理具有更高的位错结构，增加了位错运动障碍的数目，不仅强度有极大的提高，而且韧性也有较大提高。所以这类组织有利于耐磨性、热疲劳抗力的提高。

图12是激光加工高速钢制动鼓表面仿生非光滑单元体的显微组织形态。处理层内可见合金元素及碳化物均匀分布，晶体颗粒度由原来的7级细化为10-11级，其耐磨性、抗热疲劳性提高。

图13为仿生非光滑单元体能谱分析结果。它说明了合金元素及碳在单元体中分布的情况。经仿生非光滑制备技术，合金元素均匀溶入仿生非光滑单元体，在单元体中形成固熔体、化合物或多相共存。通过控制单元体化学成分使之与基体化学成分之间形成不同的浓度梯度，从而获得与基体不同的机械性能，使得非光滑制动鼓表面的耐磨性、抗热疲劳性、抗粘附性提高。例如图中Cr、Mn、Si等元素为形成细小、弥散分布的第二相粒子提供必要的成分条件。运动着的位错遇到滑移面上的第二相粒子时，或切过，或绕过，滑移变形才能继续进行，这一过程无疑要消耗额外的能量，造成强化。Mo元素对第二相或其它溶质原子在晶界偏聚有抑制作用，这样使裂纹难于在晶界形成并扩展，提高表面的韧性等。

图14为热疲劳裂纹在非光滑表面上扩展的形貌，发现仿生非光滑单元体有阻断裂纹扩展的作用。在疲劳裂纹同单元体结合处，裂纹无法穿过仿生非光滑单元体，或者在单元体处终止，或者从单元体边绕过，裂纹出现多条分岔，扩展的路径也变得更加曲折，它反映了裂纹在扩展过程中受到更大的阻碍，从而不得不经常改变方向，这也说明仿生非光滑单元体具有更大的热疲劳抗力，裂纹要扩展，必须消耗更多的能量。具有一定分布规律的非光滑单元体如同桩钉一样钉扎于模具表面，有效阻滞热疲劳裂纹的萌生和扩展，使制动鼓表面整体的抗热疲劳性能显著提高。

图15为热疲劳主裂纹在3种不同表面试样上的扩展曲线(a-N曲线)。光滑表面试样在循环1600-1800次之间出现热疲劳裂纹，裂纹长为1mm。平行间隔4mm条纹试样比光滑表面试样裂纹出现较晚，在循环2200-2400次之间，裂纹长为0.8mm。平行间隔2mm条纹试样表面从始至终未出现裂纹。这说明非光滑表面试样较光滑表面试样有较高的裂纹萌生的抗力，从而有较高的热疲劳寿命。光滑表面试样的L-N曲线斜率较大，说明其裂纹扩展速度较快，这和试样表面上的裂纹分布基本一致。

Claims (5)

1.一种具有仿生非光滑表面的制动鼓，其特征在于制动鼓的工作面上分布有与基体表面呈0.15-0.5mm高度差的凸、凹单元体，该凸、凹单元体是凹坑或凸包、平行或网格状条纹。

2.根据权利要求1所述的具有仿生非光滑表面的制动鼓，其特征在于所述的凹坑或凸包单元体在制动鼓(盘)表面上呈点阵式分布，其凸包底圆直径或凹坑上口直径为0.5-4mm，单元体间中心距为20-50mm。

3.根据权利要求1所述的具有仿生非光滑表面的制动鼓，其特征在于所述的平行或网格状条纹，其条纹宽度为0.3-3mm，条纹间中心距为10-40mm。

4.根据权利要求1所述的具有仿生非光滑表面的制动鼓，其特征在于所述的凸、凹单元体与基体之间的硬度差为HB 0-450。

5.根据权利要求1所述的具有仿生非光滑表面的制动鼓，其特征在于所述凸、凹单元体内含有合金元素Cr、Si、Mn、Mo、W、V、B与基体中对应的元素含量差为：Cr0.5-1％、Mn0.5-5％、Si0.1-1％、Mo0.5-5％、W0.5-5％、V0.5-10％、B0.01-0.1％。

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