[发明专利]双金属刹车制动盘及其制造方法

说明书

本发明公开了一种双金属刹车制动盘及其制造方法。将灰口铸铁HT250摩擦层(1)和碳素结构钢或合金结构钢盘芯(2)两种不同的材料在接触面高温焊接而成，可有效发挥二种材料各自的优点，摩擦制动性能好，耐冲击性能优异，成本低廉。灰口铸铁HT250摩擦层(1)即使在使用中开裂依然与碳素结构钢或合金结构钢盘芯(2)焊接在一起，结构保持整体，制动性能不受影响。铸铁摩擦层磨损后，碳素结构钢或合金结构钢盘芯(2)可以回收焊接灰口铸铁HT250摩擦层(1)重新利用。

技术领域

本发明涉及一种双金属刹车制动盘及其制造方法，属于新材料技术领域，具有优异的摩擦制动性能，可汽车工程和航空航天工程等需要摩擦制动的技术领域。

背景技术

灰口铸铁HT250材料摩擦制动性能优异，利用灰口铸铁HT250材料制造的刹车制动盘和刹车制动毂被广泛应用在汽车的刹车系统中，但是灰口铸铁HT250材料机械性能较脆，抗拉强度较低，只有250MPa，抗冲击性能差，如果摩擦制动载荷很大，会导致刹车制动盘的温度迅速上升，最高可达700摄氏度，这些恶劣的工作条件会导致灰口铸铁HT250材料制成的制动盘开裂失效；很多多轴的载重卡车运输货物时，载重量可达上百吨，制动载荷非常大，为了降低刹车制动盘的制动温度，通常在刹车盘上浇水冷却，剧烈的冷热应力冲击进一步恶化刹车制动盘的性能，加剧制动盘开裂失效，从而造成交通事故。

发明内容

本发明提出一种双金属刹车制动盘结构及其制造方法，制动盘的结构如图所示：外层摩擦层灰口铸铁HT250摩擦层(1)，内层是碳素结构钢或合金结构钢盘芯(2)，外层摩擦层灰口铸铁HT250摩擦层(1)通过高温焊接工艺与内层碳素结构钢或合金结构钢盘芯(2)在二者的接触面上焊接在一起，焊接界面无气孔和杂质缺陷，抗拉强度大于300MPa。工作时制动卡钳对摩擦片施加压力，使其贴紧制动盘上的灰口铸铁HT250摩擦层(1)上产生摩擦制动作用。

碳素结构钢(A3、45#钢等)或合金结构钢(20Cr、16Mn等)韧性好，抗拉强度高，抗冲击性能优异，可是碳素结构钢或合金结构钢的摩擦制动性能差，耐磨性差，不是制造刹车制动盘的理想材料。如果将灰口铸铁HT250材料和碳素结构钢或合金结构钢焊接在一起形成异种材料复合结构的双金属刹车制动盘，兼具灰口铸铁HT250材料的耐磨性能和碳素结构钢或合金结构钢材料高抗拉强度和高韧性，不仅摩擦制动性能优异，而且结构可靠性好，生产制造过程工艺简单，当双金属制动盘表面的铸铁摩擦层被磨损完毕后，盘芯可以回收使用，既节约了原材料，还大幅降低了产品成本。

铸铁材料制动盘的生产过程首先必须通过铸造工艺获得结构复杂的制动盘，然后后续通过对铸造制动盘胚体进行精密机械加工完成刹车制动盘的加工制造，铸造工艺能耗高，生产环境恶劣工人劳动强度大，效率低，污染环境，随着环保法规越来越严格，铸造工艺的成本会持续升高。而本发明制造的双金属刹车制动盘制造过程可省略铸造工艺过程，刹车盘的铸铁摩擦层可以直接向现代化大型钢厂直接定制管型材，通过后续焊接和精密机械加工方法制造双金属制动盘，焊接工艺在氮气保护或真空下进行，焊接材料采用环保型配方，双金属制动盘生产过程中没有任何污染排放。

将灰口铸铁HT250摩擦层(1)和碳素结构钢或合金结构钢盘芯(2)焊接在一起，所使用的焊接材料由以下质量百分比的原料所组成：30％-70％的铜；7％-15％的锰；1％-10％的镍； 0.2％-1％的铝；20％-50％的锌；0.2％-5％的锡。

焊接灰口铸铁HT250摩擦层(1)和碳素结构钢或合金结构钢盘芯(2)有两种不同的技术方案，如下所示：