[發明專利]碳化鈦增強鑄鐵基剎車盤的復合工藝

有效

• 申請號: 201010246512.8
• 申請日: 2010-08-06
• 公開（公告）號: CN101943234A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 岑啟宏;周榮鋒;黃汝清;蔣業華;周榮;黎振華
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: F16D69/00
• 分類號: F16D69/00;B22D19/16;C21D9/00
• 代理公司: 昆明正原專利代理有限責任公司 53100
• 代理人: 徐玲菊

技術領域

本發明涉及交通運輸裝備零部件制備工藝，特別涉及碳化鈦增強鑄鐵基剎車盤的復合工藝，屬于交通運輸設備部件設計與制造技術領域。

背景技術

剎車盤是所有車輛制動系統必備的零部件，它固定在車軸上與車輪一起轉動，剎車時，制動塊在鉗夾活塞的推動下擠壓到制動盤上，通過制動塊與剎車盤間的摩擦力來降低車輪轉速，達到車輛減速制動的目的。在這種工況下，剎車盤將承受制動塊的壓力和摩擦力，在與制動塊的相對運動中產生磨損，特別在工作面上有砂子等雜物的時候，磨損更為嚴重。因此制作殺車盤的材料既要有較高的機械強度，又要有很好的耐磨性。目前常見的剎車盤多為可鍛鑄鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵等單一材質，雖然強度上能夠滿足工況要求，但耐磨性太差，行駛不到十萬公里就要更換，有的甚至因為剎車盤長期磨損后厚度不足，導致制動失靈釀成交通事故。

最新研發出來的碳纖陶瓷復合剎車盤散熱好，重量超輕，耐磨性卓越，理論上使用壽命可達幾十萬公里，是鑄鐵剎車盤平均壽命的幾倍，但其制備工藝精細而復雜，價格高不可攀，目前主要應用于航空及航天工程領域。作為汽車這種非常大眾化的消耗品來說仍需要開發新的剎車盤用材料及其工藝，既能滿足強度、塑韌性和耐磨性的要求，又成本可控，制備工藝簡單，適合大規模定型生產。

專利[200610114316.9]公開了一種盤式剎車盤及其表面處理方法，在16Mn鋼基體上通過燒結工藝，在剎車盤表面復合一層碳化鎢和白錳銅合金材料，該工藝表面增強原料采用粉末，操作復雜可控性差；以白錳銅合金作為碳化鎢的粘結材料，其粘結強度低，在頻繁剎車時容易使碳化鎢脫落；再者，16Mn鋼基體與復合層之間并未實現冶金結合，只通過類似于釬焊的方式實現了機械結合，容易使整個復合層脫離基體。

專利[200410051611.5]發明了一種轎車剎車盤及其制造方法，將氮化硅陶瓷粉及安裝孔套裝入預先作好的剎車盤模具中壓制成型，再通過粉末冶金的方式燒結成剎車盤，一方面氮化硅粉末冶金成本較高，另一方面存在加壓不均或燒結局部不良構成原始缺陷的工藝問題，再者整體采用氮化硅陶瓷脆性較大容易導致剎車盤斷裂。

專利[200710040391.X]公開了一種耐磨剎車盤及其制造方法，選用普通低碳鋼或低碳合金鋼的鋼板作為基體材料，采用手工堆焊的方法，在剎車盤的工作表面堆焊耐磨焊條，這種堆焊耐磨層的耐磨性普遍不高，焊層內容易有夾渣/氣孔的原始缺陷，手工堆焊效率極低，堆焊厚度和質量不穩定，難以批量化工業生產。

發明內容

為克服成本高、容易脫離基體、易斷裂、耐磨性不高等問題，本發明提供一種碳化鈦增強剎車盤的復合工藝，通過下列技術方案實現：一種碳化鈦增強鑄鐵基剎車盤的復合工藝，其特征在于經過下列步驟：

A.將鈦絲編織成的鈦絲網卷制或疊加成與剎車盤形狀相適應的鈦絲立體網狀骨架；

B.按常規去掉A步驟的鈦絲立體網狀骨架上的油污雜物；

C.將B步驟的鈦絲立體網狀骨架放入剎車盤鑄型內；

D.按常規將熔煉得到的鑄鐵液澆入C步驟的剎車盤鑄型內，室溫下冷卻至金屬液凝固，得鈦絲-鑄鐵二元材料預制體；

E.清理D步驟所得鈦絲-鑄鐵二元材料預制體，并將清理后的鈦絲-鑄鐵二元材料預制體置入熱處理爐中，在碳化物形成溫度下保溫后，隨爐冷卻，得工作面為碳化鈦增強鑄鐵復合層的鑄鐵基剎車盤。

所述A步驟的鈦絲網是用直徑為0.1～2.5mm的鈦絲按常規編制而成。

所述用鈦絲網卷制或疊加成的鈦絲立體網狀骨架為單層或多層，且鈦絲間距為0.2～10mm。

所述鈦絲立體網狀骨架的形狀與剎車盤形狀相適應，且鈦絲立體網狀骨架的厚度是剎車盤總厚度的1/3～1/2。

所述鑄鐵為灰口鑄鐵或球墨鑄鐵。

所述碳化物形成溫度為1080℃～1350℃，保溫時間為30min～120min。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、使鑄鐵基體中形成的大量原位反應生成的碳化鈦硬質相在鑄鐵基體中彌散均勻分布，并與鑄鐵形成有效的冶金結合體，增強相界面清潔無污染，結合強度高，充分發揮了碳化鈦硬質相的高耐磨特性，也保留了基體金屬的良好韌性，從而達到最佳的性能匹配。工藝調控方便，質量穩定可靠，解決了復合材料反應不完全，增強相顆粒分布不均勻，增強相界面污染弱化等難題。

2、通過自由鑄滲的原理，把鈦絲立體網狀骨架固定在鑄鐵基體中制作成預制體，保證了碳化物形成元素鈦在基體中的均勻性。