一種盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的鑄件材料及制動(dòng)盤(pán)的加工工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的鑄件材料及制動(dòng)盤(pán)的加工工藝，其中鑄件材料的化學(xué)成分的重量百分比為：碳3.23%、硅1.86%、錳0.95%、硫0.107%、磷0.140%、鎢0.05%、鋅0.07%、鎳0.13%和錫0.03%，以及余量的鐵元素和雜質(zhì)；鑄件材料為珠光體類(lèi)型的灰鑄鐵。本發(fā)明的有益效果是：采用本發(fā)明的鑄件材料及加工工藝制得的制動(dòng)盤(pán)，能夠延遲制動(dòng)盤(pán)表面波紋情況的出現(xiàn)，延緩熱疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展，提高其抗接觸疲勞損傷和碾壓變形的抗力，提高其抗熱疲勞能力，延長(zhǎng)制動(dòng)盤(pán)的使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的鑄件材料及制動(dòng)盤(pán)的加工工藝
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及制動(dòng)盤(pán)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)鑄件材料及制動(dòng)盤(pán)的加工工藝。
[0003]
【背景技術(shù)】[0004]重型卡車(chē)盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)一般采用石墨態(tài)鑄鐵材料制造，產(chǎn)品的加工步驟為:鑄造——正火(或去應(yīng)力退火)——機(jī)械加工成型，該工藝制造的制動(dòng)盤(pán)在連續(xù)高速制動(dòng)后會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而變形，制動(dòng)盤(pán)表面會(huì)形成波紋，導(dǎo)致制動(dòng)時(shí)車(chē)輪發(fā)生抖動(dòng)，降低制動(dòng)效率，在使用一段時(shí)間后，制動(dòng)盤(pán)工作表面還會(huì)出現(xiàn)熱裂的現(xiàn)象，如何延遲該現(xiàn)象的發(fā)生，提高制動(dòng)盤(pán)的使用壽命，實(shí)現(xiàn)方法較多，包括采用造價(jià)較高的碳纖維、陶瓷等新材料、表面噴涂改性等一些復(fù)雜的加工工藝，采用上述方法延遲效果雖好，但價(jià)格昂貴。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的鑄件材料及制動(dòng)盤(pán)的加工工藝，以達(dá)到延緩熱烈現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間和裂紋擴(kuò)展的速度，延長(zhǎng)使用壽命。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的鑄件材料，所述鑄件材料的化學(xué)成分的重量百分比為-M 2.76-3.35%、硅1.59-2.13%、錳0.64-1.34%、硫 0.074-0.145%、磷 0.120-0.170%、鎢 0.03-0.08%、鋅 0.05-0.09%、鎳 0.10-0.16% 和錫
0.02-0.05%,以及余量的鐵元素和雜質(zhì)。
[0008]所述鑄件材料的化學(xué)成分的重量百分比為:碳3.16-3.30%、硅1.79-1.93%、錳 0.89-1.04%、硫 0.094-0.125%、磷 0.120-0.170%、鎢 0.04-0.07%、鋅 0.06-0.08%、鎳
0.12-0.14%和錫0.02-0.04%,以及余量的鐵元素和雜質(zhì)。
[0009]所述鑄件材料的化學(xué)成分的重量百分比為:碳3.23%、硅1.86%、錳0.95%、硫
0.107%、磷0.140%、鎢0.05%、鋅0.07%、鎳0.13%和錫0.03%,以及余量的鐵元素和雜質(zhì)。
[0010]其中，所述鑄件材料為珠光體類(lèi)型的灰鑄鐵。
[0011]為了更好的實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的加工工藝，所述加工工藝包括以下步驟:
鑄造一粗加工、精加工一熱處理一兩個(gè)摩擦制動(dòng)工作面精磨加工。
[0012]其中，所述熱處理包括如下步驟:
(1)加熱步驟:通過(guò)中頻感應(yīng)加熱設(shè)備對(duì)制動(dòng)盤(pán)進(jìn)行加熱；
(2)速冷正火步驟:待制動(dòng)盤(pán)表面溫度為860-900°C時(shí)，迅速將制動(dòng)盤(pán)放入強(qiáng)力拋丸機(jī)，強(qiáng)力拋丸機(jī)同時(shí)在兩面打擊摩擦制動(dòng)工作面，鋼丸和其隨行的風(fēng)共同帶走摩擦制動(dòng)工作面的熱能致使其以較快的速度冷卻；
(3)空冷步驟:將制動(dòng)盤(pán)空冷至常溫。
[0013]所述加熱步驟中，加熱時(shí)間為72-80s，所述中頻感應(yīng)加熱設(shè)備的額定輸出頻率為30kHZ，額定功率為200kw。
[0014]所述速冷正火步驟中，待制動(dòng)盤(pán)表面溫度為860-900°C時(shí)，5_8s內(nèi)將制動(dòng)盤(pán)放入拋丸機(jī)內(nèi)，當(dāng)制動(dòng)盤(pán)摩擦面的溫度為720~800°C時(shí)，開(kāi)始拋丸打擊制動(dòng)盤(pán)摩擦面，持續(xù)時(shí)間為240-360S，當(dāng)制動(dòng)盤(pán)摩擦面的溫度降低至250°C及以下時(shí)，將制動(dòng)盤(pán)從拋丸機(jī)中移出。
[0015]所述拋丸機(jī)的鋼丸材料為GB/T18838.3 — 2008高碳鑄鋼丸和砂，尺寸為S-330，硬度為40-50HRC (377-509HV)，打擊前丸?？刂破錅囟?lt; 100°C，制動(dòng)盤(pán)進(jìn)入強(qiáng)力拋丸機(jī)內(nèi)的前150s內(nèi)，鋼丸打擊速度為55-60 m/s，第150_360s鋼丸打擊速度為85_90m/s，鋼丸打擊的入射角為75-80度，每個(gè)單面打擊鋼丸流量均為0.8-1.5kg/s，拋丸強(qiáng)度為阿爾梅試片弧高 0.15-0.25A。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:采用本發(fā)明的鑄件材料及加工工藝制得的珠光體類(lèi)型的灰鑄鐵制動(dòng)盤(pán)，能夠延遲制動(dòng)盤(pán)表面波紋情況的出現(xiàn)，延緩熱疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展， 提高其抗接觸疲勞損傷和碾壓變形的抗力，提高其抗熱疲勞能力，延長(zhǎng)制動(dòng)盤(pán)的使用壽命。
[0017]
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明制動(dòng)盤(pán)加工工藝的熱處理工藝采用結(jié)合強(qiáng)力拋丸打擊和冷卻并疊加了與丸粒隨行風(fēng)的冷卻形成的速冷正火工藝。采用的是中頻感應(yīng)加熱制動(dòng)盤(pán)的兩個(gè)摩擦制動(dòng)工作面，當(dāng)兩表面達(dá)到相變以上的一定溫度后，組織中的珠光體和鐵素體均完全發(fā)生奧氏體相變，將工件在設(shè)定時(shí)間內(nèi)、溫度保持在一定范圍里，轉(zhuǎn)移到強(qiáng)力拋丸機(jī)中的加工工位，強(qiáng)力拋丸同時(shí)在兩面打擊摩擦制動(dòng)工作面，并和其隨行的風(fēng)，共同帶走摩擦制動(dòng)工作面的熱能致使其以較快的速度冷卻，強(qiáng)力拋丸速度隨著打擊時(shí)間的延續(xù)，將由低向高連續(xù)或多級(jí)變速，持續(xù)打擊一定時(shí)間，期間發(fā)生奧氏體向珠光體和鐵素體轉(zhuǎn)變，待該轉(zhuǎn)變完畢且冷卻到一定溫度之下后停止拋丸，將其從強(qiáng)力拋丸機(jī)中轉(zhuǎn)移出來(lái)自然空冷到常溫。
[0019]本發(fā)明制動(dòng)盤(pán)的加工工藝，首先經(jīng)中頻感應(yīng)加熱，鑄件制動(dòng)盤(pán)的兩個(gè)摩擦工作面表層快速奧氏體化，與一般爐內(nèi)加熱方式相比，本發(fā)明的制動(dòng)盤(pán)奧氏體組織較細(xì)，轉(zhuǎn)移到強(qiáng)力拋丸機(jī)內(nèi)時(shí)，溫度較加熱溫度略降、處在居里溫度附近，在高速鋼丸的打擊之下，奧氏體發(fā)生塑性應(yīng)變、并在奧氏體晶粒內(nèi)增加大量孿晶和位錯(cuò)等亞結(jié)構(gòu)，這將會(huì)有效的增加隨后的奧氏體向珠光體和鐵素體轉(zhuǎn)變初期的形核位置，隨后，制動(dòng)盤(pán)的兩個(gè)摩擦面表層在鋼丸沖擊及其隨行的風(fēng)快速冷卻下被快速降溫，形成較大的相變過(guò)冷度，形核數(shù)量將增多，奧氏體向珠光體和鐵素體轉(zhuǎn)變后組織將得到細(xì)化；同時(shí)，隨著繼續(xù)降溫和鋼丸持續(xù)且加速打擊，制動(dòng)盤(pán)的兩個(gè)摩擦工作面表層珠光體和鐵素體發(fā)生塑性應(yīng)變，使表面組織變得更加致密，晶粒中的亞結(jié)構(gòu)增多，還形成了表面壓應(yīng)力，其中的部分將保持到常溫形成表面的殘余壓應(yīng)力。經(jīng)過(guò)該強(qiáng)力拋丸打擊狀態(tài)下的風(fēng)冷正火工藝處理后的制動(dòng)盤(pán)兩個(gè)摩擦工作面表層晶粒變小，晶粒中的亞結(jié)構(gòu)增多，其強(qiáng)度、硬度和塑性均得到提高，可延遲制動(dòng)盤(pán)表面會(huì)形成波紋，延緩熱疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展，加之表面的殘余壓應(yīng)力，可提高其抗接觸疲勞損傷和碾壓變形的抗力，提高其抗熱疲勞能力。
[0020]實(shí)施例1
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的鑄件材料，其化學(xué)成分的重量百分比為:碳 2.76%、硅 2.13%、錳 0.64%、硫 0.145%、磷 0.120%、鎢 0.03%、鋅 0.05%、鎳 0.10% 和錫
0.02%,以及余量的鐵元素和雜質(zhì)；鑄件材料為珠光體類(lèi)型的灰鑄鐵。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的加工工藝，包括如下步驟:
(1)加熱步驟:通過(guò)中頻感應(yīng)加熱設(shè)備對(duì)制動(dòng)盤(pán)進(jìn)行加熱；加熱時(shí)間為79s，中頻感應(yīng)加熱設(shè)備的額定輸出頻率為30kHZ，額定功率為200kw ；
(2)速冷正火步驟:待制動(dòng)盤(pán)表面溫度為890°C時(shí)，6s內(nèi)將制動(dòng)盤(pán)放入拋丸機(jī)內(nèi)，當(dāng)制動(dòng)盤(pán)摩擦面的溫度為790°C時(shí)，開(kāi)始拋丸打擊制動(dòng)盤(pán)摩擦面，持續(xù)時(shí)間為300s，當(dāng)制動(dòng)盤(pán)摩擦面的溫度降低至250°C時(shí)，將制動(dòng)盤(pán)從拋丸機(jī)中移出；強(qiáng)力拋丸機(jī)同時(shí)在兩面打擊摩擦制動(dòng)工作面，并和其隨行的風(fēng)，共同帶走摩擦制動(dòng)工作面的熱能致使其以較快的速度冷卻；
(3)空冷步驟:將制動(dòng)盤(pán)空冷至常溫。
[0022]其中，步驟(2)中，拋丸機(jī)的鋼丸材料為GB/T18838.3 一 2008高碳鑄鋼丸和砂，尺寸為S-330，硬度為40-50HRC，打擊前丸?？刂破錅囟?lt; 100°C，制動(dòng)盤(pán)進(jìn)入強(qiáng)力拋丸機(jī)內(nèi)的前150s內(nèi)，鋼丸打擊速度為55-60 m/s，在第150_360s內(nèi)，鋼丸打擊速度為85_90m/s，鋼丸打擊的入射角為75-80度，每個(gè)單面打擊鋼丸流量均為1.2kg/s，拋丸強(qiáng)度為阿爾梅試片弧聞0.20A。
[0023]實(shí)施例2
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的鑄件材料，其化學(xué)成分的重量百分比為:碳 3.23%、硅 1.86%、錳 0.95%、硫 0.107%、磷 0.140%、鎢 0.05%、鋅 0.07%、鎳 0.13% 和錫
0.03%,以及余量的鐵元素和雜質(zhì)。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的加工工藝，包括如下步驟:
(1)加熱步驟:通過(guò)中頻感應(yīng)加熱設(shè)備對(duì)制動(dòng)盤(pán)進(jìn)行加熱；加熱時(shí)間為72s，中頻感應(yīng)加熱設(shè)備的額定輸出頻率為30kHZ，額定功率為200kw ；
(2)速冷正火步驟:待制動(dòng)盤(pán)表面溫度為860°C時(shí)，8s內(nèi)將制動(dòng)盤(pán)放入拋丸機(jī)內(nèi)，當(dāng)制動(dòng)盤(pán)摩擦面的溫度為720°C時(shí)，開(kāi)始拋丸打擊制動(dòng)盤(pán)摩擦面，持續(xù)時(shí)間為280s，當(dāng)制動(dòng)盤(pán)摩擦面的溫度降低至180°C時(shí)，將制動(dòng)盤(pán)從拋丸機(jī)中移出；強(qiáng)力拋丸機(jī)同時(shí)在兩面打擊摩擦制動(dòng)工作面，并和其隨行的風(fēng)，共同帶走摩擦制動(dòng)工作面的熱能致使其以較快的速度冷卻；
(3)空冷步驟:將制動(dòng)盤(pán)空冷至常溫。
[0025]其中，步驟(2)中，拋丸機(jī)的鋼丸材料為GB/T18838.3 一 2008高碳鑄鋼丸和砂，尺寸為S-330，硬度為40-50HRC，打擊前丸?？刂破錅囟?lt; 100°C，制動(dòng)盤(pán)進(jìn)入強(qiáng)力拋丸機(jī)內(nèi)的前150s內(nèi)，鋼丸打擊速度為55-60 m/s，在第150_360s內(nèi)，鋼丸打擊速度為85_90m/s，鋼丸打擊的入射角為75-80度，每個(gè)單面打擊鋼丸流量均為1.2kg/s，拋丸強(qiáng)度為阿爾梅試片弧聞0.20A。
[0026]強(qiáng)力拋丸打擊狀態(tài)下的風(fēng)冷正火工藝完成后的制動(dòng)盤(pán)的兩個(gè)摩擦工作面表面金相組織為為珠光體類(lèi)型的灰鑄鐵，其中基體組織為:珠光體> 95%，鐵素體和碳化物< 5%，表面硬度HBS193~247，表面殘余壓應(yīng)力≥300MP (距表層0.05mm)。將本發(fā)明實(shí)施例1_2的鑄件材料及加工工藝得到的制動(dòng)盤(pán)，和與傳統(tǒng)正火工藝加工的制動(dòng)盤(pán)，同時(shí)應(yīng)用于同一批次的重型卡車(chē)上，在新車(chē)行駛5萬(wàn)公里時(shí)，統(tǒng)計(jì)不同制動(dòng)盤(pán)的摩擦工作面熱裂以及失效等情況，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)正火工藝加工的制動(dòng)盤(pán)相比，采用本發(fā)明實(shí)施例1-2的鑄件材料及加工工藝得到的制動(dòng)盤(pán)，兩個(gè)摩擦工作面熱裂至失效的比例降低了 30%以上。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的鑄件材料，其特征在于，所述鑄件材料的化學(xué)成分的重量百分比為:碳 2.76-3.35%、硅 1.59-2.13%、錳 0.64-1.34%、硫 0.074-0.145%、磷0.120-0.170%、鎢 0.03-0.08%、鋅0.05-0.09%、鎳 0.10-0.16%和錫 0.02-0.05%,以及余量的鐵元素和雜質(zhì)；所述鑄件材料為珠光體類(lèi)型的灰鑄鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的鑄件材料，其特征在于，所述鑄件材料的化學(xué)成分的重量百分比為:碳3.16-3.30%、硅1.79-1.93%、錳0.89-1.04%、硫0.094-0.125%、磷 0.120-0.170%、鎢 0.04-0.07%、鋅 0.06-0.08%、鎳 0.12-0.14% 和錫0.02-0.04%,以及余量的鐵元素和雜質(zhì)；所述鑄件材料為珠光體類(lèi)型的灰鑄鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的鑄件材料，其特征在于，所述鑄件材料的化學(xué)成分的重量百分比為:碳3.23%、硅1.86%、錳0.95%、硫0.107%、磷0.140%、鎢0.05%、鋅0.07%、鎳0.13%和錫0.03%,以及余量的鐵元素和雜質(zhì)；所述鑄件材料為珠光體類(lèi)型的灰鑄鐵。
4.一種如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的加工工藝，其特征在于，所述加工工藝包括以下步驟: 鑄造一粗加工、精加工一熱處理一兩個(gè)摩擦制動(dòng)工作面精磨加工。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的加工工藝，其特征在于，所述熱處理包括如下步驟: (1)加熱步驟:通過(guò)中頻感應(yīng)加熱設(shè)備對(duì)制動(dòng)盤(pán)進(jìn)行加熱； (2)速冷正火步驟:待 制動(dòng)盤(pán)表面溫度為860-900°C時(shí)，迅速將制動(dòng)盤(pán)放入強(qiáng)力拋丸機(jī)，強(qiáng)力拋丸機(jī)同時(shí)在兩面打擊摩擦制動(dòng)工作面，鋼丸和其隨行的風(fēng)共同帶走摩擦制動(dòng)工作面的熱能致使其以較快的速度冷卻； (3)空冷步驟:將制動(dòng)盤(pán)空冷至常溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的加工工藝，其特征在于，所述加熱步驟的加熱時(shí)間為72-80s，所述中頻感應(yīng)加熱設(shè)備的額定輸出頻率為30kHZ，額定功率為200kwo
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6任一項(xiàng)所述的盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的加工工藝，其特征在于，所述速冷正火步驟中，待制動(dòng)盤(pán)表面溫度為860-900°C時(shí)，5-8s內(nèi)將制動(dòng)盤(pán)放入拋丸機(jī)內(nèi)，當(dāng)制動(dòng)盤(pán)摩擦面的溫度為720~800°C時(shí)，開(kāi)始拋丸打擊制動(dòng)盤(pán)摩擦面，持續(xù)時(shí)間為240-360S，當(dāng)制動(dòng)盤(pán)摩擦面的溫度降低至250°C及以下時(shí)，將制動(dòng)盤(pán)從拋丸機(jī)中移出。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7任一項(xiàng)所述的盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的加工工藝，其特征在于，所述拋丸機(jī)的鋼丸材料為GB/T18838.3 一 2008高碳鑄鋼丸和砂，尺寸為S-330，硬度為40-50HRC，打擊前丸粒控制其溫度< 100°C，制動(dòng)盤(pán)進(jìn)入強(qiáng)力拋丸機(jī)內(nèi)的前150s內(nèi)，鋼丸打擊速度為55-60 m/s，第150-360s鋼丸打擊速度為85-90m/s，鋼丸打擊的入射角為75-80度，每個(gè)單面打擊鋼丸流量均為0.8-1.5kg/s,拋丸強(qiáng)度為阿爾梅試片弧高0.15-0.25A。
【文檔編號(hào)】C21D5/00GK103834853SQ201410100787
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】韓樹(shù), 曹小璞, 桂亮, 苗林壯, 沈洪亮, 張龍, 龐貴奇 申請(qǐng)人:中國(guó)重汽集團(tuán)濟(jì)南動(dòng)力有限公司