CN114260440A - 短流程铸造双金属制动鼓的方法 - Google Patents

Abstract

短流程铸造双金属制动鼓的方法，属于铸造技术领域。所述制动鼓外层以报废汽车板钢块、Q235废钢、高碳铬铁和氮化锰铁为炉料，在中频感应电炉内熔炼，连铸成钢板，再焊接和滚型形成，内层采用高强度耐磨灰铸铁，二者通过离心复合铸造成冶金结合。实现了废旧汽车板的高效利用，元素收得率高。本发明短流程铸造双金属制动鼓内层铸铁与HT250铸铁相比，具有高的高温抗拉强度和抗裂纹萌生与扩展的能力，使用寿命长，使用安全可靠等优势。与HT250铸铁制动鼓相比，使用寿命提高2.5倍以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Description

短流程铸造双金属制动鼓的方法

技术领域

本发明公开了铸造制动鼓方法，特别涉及短流程铸造双金属制动鼓方法，属于铸造技术领域。

背景技术

在载重汽车上目前广泛应用的是传统的整体铸造的鼓式制动器，该制动器主要由制动鼓和制动蹄组成，利用摩擦阻力使汽车运动的动能转化为热能，从而使行驶的汽车减速或停车，以保证行车安全。当汽车重载、高速行驶时，尤其在下长坡或陡坡时，由于制动力大，且连续多次制动，使得制动鼓内壁温度急剧升高，同时其内外温差加大，制动鼓材料的高温力学性能也急剧下降。制动鼓壁厚越大，内外温差越大。温差应力加上材料的高温力学性能恶化，常导致制动鼓内壁由纵向微裂发展为龟裂，以致最后制动鼓开裂，因此使用寿命较短。为了提高制动鼓性能，延长制动鼓寿命，中国发明专利CN113458363A公开了一种双金属铁铁复合制动鼓及其制造方法，铁铁复合制动鼓的外层采用高强度球铁或者高强度蠕墨铸铁，内层采用耐磨灰铸铁；且二者采用冶金结合，具体包括以下步骤：(1)双金属铁铁复合制动鼓的外层高强度度球铁或高强度蠕墨铸铁采用壳型铸造或静压铸造；(2)铸造出外层的铁壳后，用离心浇注复合内层耐磨灰铸铁，离心浇注前在铁壳的内层喷洒一层熔合剂，采用冶金结合；为了进一步增加制动鼓整体强度、刚度，尽可能增加高强度球铁/蠕铁层的厚度，设置内层耐磨灰铸铁的厚度3-10mm。铁铁复合制动鼓强度虽然高于单一灰铸铁制动鼓强度，但是外层球铁或蠕墨铸铁仍存在塑性和韧性低，使用中易开裂的不足。

中国发明专利CN112855808A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。中国发明专利CN112524178A还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，并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，使其与传统的复合制动鼓相比更不易脱层或开裂，使用寿命更长。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。该发明的双金属复合制动鼓是一种坚固耐用、安全性高且可有效减少龟裂纹产生及延伸的双金属复合制动鼓。中国发明专利CN110814672A还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CN106624657A还公开了一种复合制动鼓整体钢圈的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：a.选取钢板厚度根据复合制动鼓外层钢圈最厚处的尺寸选取钢板厚度；b.确定圆形坯料的尺寸利用套裁的下料方式对钢板进行下料，将钢板下料成具有一定直径大小的圆形坯料，圆形坯料的直径根据外层钢圈的体积大小，计算出相应的直径，并留出5-10mm的加工余量；圆形坯料的直径按下式计算：上式中：D为圆形坯料的直径；V为外层钢圈的体积；δ为系数；c.加工定位工艺孔在圆形坯料的中心位置处加工一定位工艺孔，定位工艺孔直径

；d.两次粗旋加工以中心定位工艺孔为基准，将圆形坯料置于粗旋模芯上并加以固定，在粗旋模芯与圆形坯料高速旋转的同时，将粗旋旋轮沿着粗旋模芯的外形轮廓逐渐下压，分两次完成对圆形坯料的粗旋加工，以形成具有外层钢圈初始形状的钢圈半成品；e.两次精旋加工以中心定位工艺孔为基准，将具有外层钢圈初始形状的钢圈半成品置于精旋模芯上并加以固定，在精旋模芯与钢圈半成品高速旋转的同时，将精旋旋轮沿着精旋模芯的外形轮廓逐渐下压，分两次完成对钢圈半成品的精旋加工，以形成具有不同截面形状及不同截面壁厚的精旋坯料；f.对辊滚型采用上下凹凸槽相配合的上、下辊，将精旋坯料置于下辊上并压紧，在上、下辊高速旋转的同时，将上辊下压，完成对精旋坯料的滚型，以形成制动面中部具有凹凸槽形状的整体钢圈。但是上述复合制动鼓制备过程中，外层钢圈需要消耗大量高质量的钢板，导致复合制动鼓制造成本高。

中国发明专利CN106438778A公开了一种铝铁复合制动鼓，特征是制动鼓本体外圆面上复合一层铝合金散热结构层，铝合金散热结构层与制动鼓本体之间有复合界面，铝合金散热结构层与制动鼓本体为同体。制动鼓本体是铸铁，铝合金散热结构层是高强度的铝合金材料。优点是：既保持铸铁的耐磨、摩擦系数高等特性，也利用了铝合金的密度小、强度高、导热性好的特性，具有显著的散热效果，减轻了重量，提高了制动鼓的强度，优化了散热性能，加快刹车时的制动热量与空气交换，防止热开裂，延长了使用寿命，解决了开裂问题，满足汽车轻量化的要求。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。上述方法制造制动鼓，工艺复杂，成本高，推广应用困难。

中国目前是世界汽车生产和消费大国，汽车保有量超过两亿辆。随着汽车工业的更新换代，每年报废汽车数量也在不断增加，目前年报废汽车超过1000万辆。报废汽车数量的不断增加，造成了资源的巨大浪费，且加剧了环境污染。中国发明专利CN 13335423A公开了一种报废汽车回收处理工艺，其特征在于：手工、机械拆解汽车车体，拆卸蓄电池和车轮；将报废汽车的废油、废液抽出，清洁处理并回收储存；引爆气囊，将车体的可用件、有色金属、非金属等回收；车体的五大总成通过压扁机或者吊砸成打包块；将压扁的车体进行剪切、粉碎，将裁切完的汽车部件进行分拣，将较大体积的废料二次加工；加工后的废料放入清洗池加入清洗剂浸泡24小时；打捞后风干并进行转运、储存；将拆解的废弃物集中回收后填埋处理，该发明结构简单，方便实用，报废汽车的回收再利用工序绿色环保，部件回收率高。中国发明专利CN110682979A还公开了一种报废汽车拆解生产线，其特征在于，包括沿生产线纵向依次设置的前后档玻璃拆解工位、车门拆解工位、内饰离线拆解工位及底盘离线拆解工位；所述前后档玻璃拆解工位设机械手及AGV运输小车；自前后档玻璃拆解工位开始到内饰离线拆解工位上游的生产线上设移动机械手用于在各工位之间移动报废汽车；所述车门拆解工位的两侧分别设拆车机器人和AGV运输小车；所述内饰离线拆解工位与底盘离线拆解工位通过地拖链输送流水线相连，地拖链输送流水线的一端延伸至车门拆解工位一侧并形成闭合的循环输送路线，用于在车门拆解工位、内饰离线拆解工位及底盘离线拆解工位之间运送报废汽车；所述内饰离线拆解工位设起重机、拆解工具和AGV运输小车；所述底盘离线拆解工位设起重机、底盘倾翻装置及AGV运输小车，底盘倾翻装置用于将报废汽车翻转180度；所述底盘倾翻装置下游的生产线上设板链输送机。中国发明专利CN108014899A还公开了一种报废汽车车门的回收处理方法，包括以下步骤：步骤一：首先采用双轴撕碎机负责将汽车车门破碎成5-20cm×20-60cm的长方形碎块，再利用立式破碎机将一级破碎的产物破碎成3-20cm碎块；步骤二：按顺序采用负压-旋风分离流程、磁力分选流程、涡电流分选流程及滚筒筛分流程分别将车门破碎后的轻物质、磁性金属、有色金属、微粉物质、玻璃、橡胶及塑料分离回收。中国发明专利CN106428305A还公开了一种移动式报废汽车拆解平台，其特征在于：包括带有平台的移动工具，移动工具的平台上设有用于起吊汽车和汽车构件的起吊装置、能够将汽车提升以及翻转的提升翻转装置、安全环保预处理装置；起吊装置设在平台的中央，两个提升翻转装置分别设在起吊装置左右两侧且分别位于平台前后两侧的边缘处，安全环保预处理装置包括分布在起吊装置前后两侧以及两个提升翻转装置远离起吊装置的一侧的拆解设备、废油液抽取设备、冷媒回收设备和安全气囊引爆设备。

但是，目前报废汽车中的汽车外壳(亦称汽车板)的回收利用普遍用作废钢供给炼钢厂作为炼钢原料。而汽车用钢主要由板材和特殊钢材构成，具有高强度、薄规格和耐腐蚀的特点，这是因为为了减轻汽车产品自重，节省材料，降低燃油的消耗，降低成本，并且提高安全标准，就必须使用高强度和薄规格的钢材。另外，为了提高汽车产品的防腐性能，延长汽车的使用寿命，就必须改善汽车内外板的表面处理技术，通常采用镀锌板或合金镀锌板。锌密度为7.2g/cm³，熔点、沸点低，分别为419.5℃和沸点906℃。将废旧汽车外壳(亦称废旧汽车板)直接作为炼钢原料使用，锌元素会严重挥发，污染环境，并造成锌资源的巨大浪费。

发明内容

本发明针对双金属复合制动鼓生产和报废汽车外壳(亦称报废汽车板)使用中存在的上述问题，提出以报废汽车外壳为主直接熔炼成钢水，并在钢水中加入适量强化元素，然后将钢水在薄板坯连铸机上，直接铸成钢板，并将一部分钢板在卷取机上卷成钢筒并将钢筒焊接牢固。还将另一部分钢板切割成法兰，将法兰和钢筒焊接成一体得到双金属制动鼓外层钢壳，并在外层钢壳内表面浇注内层灰铸铁，通过离心复合铸造成一体，获得性能优异的双金属制动鼓。本发明的特征在于外层采用以报废汽车外壳为主冶炼而成的连铸钢板加工而成，内层采用高强度耐磨灰铸铁，二者通过离心复合铸造成冶金结合，本发明短流程铸造双金属制动鼓方法的具体工艺步骤如下：

①先用废旧汽车撕碎机将报废汽车外壳进行粗碎，然后用碎后的汽车外壳打包成尺寸为150-250mm×150-250mm×150-250mm的钢块；

②采用步骤①中的钢块、Q235废钢、高碳铬铁和氮化锰铁为炉料，炉料中Q235废钢、高碳铬铁、钢块和氮化锰铁的质量组成分别为：20-22％，1.0-1.2％，76-78％，0.8-1.0％，四种炉料的质量分数之和为100％；在中频感应电炉内先将质量分数为20-22％的Q235废钢和质量分数为1.0-1.2％的高碳铬铁混合加热熔化；Q235废钢和高碳铬铁全部熔化后，升温至1580-1595℃时，加入质量分数为0.8-1.0％的氮化锰铁和质量分数为76-78％的钢块；氮化锰铁和钢块全部熔化后，升温至1615-1630℃，出炉到钢包，钢包底部预先加入了颗粒尺寸3-6mm的Si-Ca-Ba合金、钛铁、铝镁合金和稀土硅铁；Si-Ca-Ba合金、钛铁、铝镁合金和稀土硅铁加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.3-0.5％、0.25-0.30％、0.18-0.22％和0.15-0.20％；钢水经扒渣静置后，当温度降至1533-1548℃，将钢水在薄板坯连铸机上，直接铸成厚度12-16mm的钢板；

③将步骤②获得的部分钢板在卷取机上卷成钢筒并将钢筒焊接牢固；还将部分钢板切割成法兰，将法兰和钢筒焊接成一体得到双金属制动鼓外层钢壳精旋坯料，然后将双金属制动鼓外层钢壳精旋坯料进行滚型，得到复合制动鼓外层钢壳；并在外层钢壳内表面将与内层灰铸铁结合部位涂覆厚度0.8-1.2mm的硼砂，并用感应线圈将外层钢壳内表面迅速加热到610-710℃，然后置于离心机上；随后浇注内层灰铸铁；内层灰铸铁铁水的化学组成及其质量分数控制在3.71-3.96％C,1.44-1.97％Si,0.38-0.65％Mn,0.37-0.46％Cu,0.02-0.04％Sn,0.05-0.09％K,0.002-0.004％B,0.003-0.006％Ce,0.12-0.25％Al,0.04-0.07％Ca,<0.05％S,<0.08％P,余量Fe；铁水浇注温度1382-1421℃；离心机转速550-620rpm；

④内层铁水全部进入铸型后，立即喷水雾冷却外层钢壳，并使外层钢壳温度控制在220-360℃；内层铁水全部凝固后，停止喷水雾，自然空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得短流程铸造双金属制动鼓。

如上所述Q235废钢的化学组成及质量分数为0.14～0.22％C，0.30～0.65％Mn，≤0.30％Si，≤0.050％S，≤0.045％P，余量为Fe及不可避免的杂质。

如上所述高碳铬铁的化学组成及质量分数为62.0～68.0％Cr，7.0～8.5％C，2.0～3.5％Si，余量为Fe。

如上所述氮化锰铁的化学组成及质量分数为72-77％Mn,4.2-4.8％N,<1.0％C,<3.0％Si,<0.3％P,<0.02％S,余量Fe。

如上所述稀土硅铁的化学组成及质量分数为27.0～30.0％RE,38.0～42.0％Si,<3.0％Mn,<5.0％Ca,<3.0％Ti，余量为Fe及不可避免的杂质。

如上所述铝镁合金的化学组成及质量分数为84-86％Al、14-16％Mg。

如上所述Si-Ca-Ba合金的化学组成及质量分数为40～45％Si、10～12％Ca、10～12％Ba、≤0.8％C、≤0.04％P、≤0.06％S，余量为Fe及不可避免的杂质。

如上所述钛铁的化学组成及质量分数为：38～42％Ti,≤9.0％Al,≤3.0％Si,≤0.03％S,≤0.03％P,≤0.10％C,≤0.40％Cu,≤2.5％Mn,余量Fe。

本发明是针对双金属复合制动鼓生产和报废汽车外壳使用中存在的制动鼓性能低、使用寿命短、使用安全性差，以及报废汽车外壳直接用于炼钢存在污染环境等问题而提出。本发明提出将报废汽车外壳(亦称报废汽车板)直接熔炼成钢水，并在钢水中加入适量Cr、Mn、C、N强化元素，然后将钢水在薄板坯连铸机上，直接铸成钢板，并将一部分钢板在卷取机上卷成钢筒并将钢筒焊接牢固。还将另一部分钢板切割成法兰，将法兰和钢筒焊接成一体得到双金属制动鼓外层钢壳，并在外层钢壳内表面浇注内层灰铸铁，通过离心复合铸造成一体，获得性能优异的双金属制动鼓。

本发明短流程铸造双金属制动鼓方法的具体工艺步骤是，先用废旧汽车撕碎机将报废汽车外壳进行粗碎，然后用废钢打包机将粗碎后的汽车外壳打包成尺寸为150-250mm×150-250mm×150-250mm的钢块。汽车用钢主要由板材和特殊钢材构成，具有高强度、薄规格和耐腐蚀的特点，这是因为为了减轻汽车产品自重，节省材料，降低燃油的消耗，降低成本，并且提高安全标准，就必须使用高强度和薄规格的钢材。因为汽车板厚度薄，通常小于3mm，如果直接进电炉熔炼，铁元素烧损极大，造成资源的巨大浪费。因此本发明提出先用废旧汽车撕碎机将报废汽车外壳进行粗碎，然后用废钢打包机将粗碎后的汽车外壳打包成尺寸为150-250mm×150-250mm×150-250mm的钢块，将获得的钢块直接进入电炉冶炼钢水，铁元素收得率高，氧化烧损少。

本发明将钢块、Q235废钢(所述Q235废钢的化学组成及质量分数为0.14～0.22％C，0.30～0.65％Mn，≤0.30％Si，≤0.050％S，≤0.045％P，余量为Fe及不可避免的杂质)、高碳铬铁(所述高碳铬铁的化学组成及质量分数为62.0～68.0％Cr，7.0～8.5％C，2.0～3.5％Si，余量为Fe)和氮化锰铁(所述氮化锰铁的化学组成及质量分数为72-77％Mn,4.2-4.8％N,<1.0％C,<3.0％Si,<0.3％P,<0.02％S,余量Fe)为炉料，Q235废钢、高碳铬铁、钢块和氮化锰铁的质量组成分别为：20-22％，1.0-1.2％，76-78％，0.8-1.0％，四种炉料的质量分数之和为100％。本发明在中频感应电炉内先将质量分数为20-22％的Q235废钢和质量分数为1.0-1.2％的高碳铬铁混合加热熔化，升温至1580-1595℃时，加入质量分数为0.8-1.0％的氮化锰铁和质量分数为76-78％的钢块。采用上述冶炼工艺是因为为了提高汽车产品的防腐性能，延长汽车的使用寿命，就必须改善汽车内外板的表面处理技术，目前国内外主要采用镀锌板或合金镀锌板。目前国内报废汽车板中绝大多数都含有锌元素。锌密度为7.2g/cm³，熔点、沸点低，分别为419.5℃和沸点906℃。将报废汽车外壳(亦称报废汽车板)直接作为炼钢原料使用，锌元素会严重挥发，污染环境，并造成锌资源的巨大浪费。因此本发明中先熔炼Q235废钢和高碳铬铁，待其全部熔化后，升温至1580-1595℃时，加入由报废汽车外壳(亦称报废汽车板)加工而成的钢块到炉内，与炉内钢水结合，钢块迅速熔化。这样不会造成锌元素的挥发，很好保护了环境，并防止了锌资源的巨大浪费。此外Zn易氧化成ZnO，ZnO能全部溶于钢的铁素体中，有较强的固溶强化作用，可以提高钢的强度和硬度。钢中残留适量的ZnO还可以提高钢耐大气腐蚀性能。但ZnO在室温下会使钢的塑性和韧性下降，为了弥补ZnO带来的不利作用，本发明中加入N元素(来自于氮化锰铁)和Ti元素(来自于钢包底部加入的钛铁)，高温下析出Ti(N,C)颗粒，作为钢水的结晶核心，显著细化晶粒，有显著提高钢塑性和韧性的效果，可以抵消ZnO在室温下使钢的塑性和韧性引起的下降。

本发明氮化锰铁和钢块全部熔化后，升温至1615-1630℃，出炉到钢包，钢包底部预先加入了颗粒尺寸3-6mm的Si-Ca-Ba合金(所述Si-Ca-Ba合金的化学成分及质量分数为40～45％Si、10～12％Ca、10～12％Ba、≤0.8％C、≤0.04％P、≤0.06％S，余量为Fe及不可避免的杂质)、钛铁(所述钛铁的化学组成及质量分数为：38～42％Ti,≤9.0％Al,≤3.0％Si,≤0.03％S,≤0.03％P,≤0.10％C,≤0.40％Cu,≤2.5％Mn,余量Fe)、铝镁合金(所述铝镁合金的化学组成及质量分数为84-86％Al、14-16％Mg)和稀土硅铁(所述稀土硅铁的化学成分质量分数为27.0～30.0％RE,38.0～42.0％Si,<3.0％Mn,<5.0％Ca,<3.0％Ti，余量为Fe及不可避免的杂质)；Si-Ca-Ba合金、钛铁、铝镁合金和稀土硅铁加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.3-0.5％、0.25-0.30％、0.18-0.22％和0.15-0.20％。加入0.3-0.5％的Si-Ca-Ba合金、0.25-0.30％的钛铁、、0.18-0.22％的铝镁合金和0.15-0.20％的稀土硅铁，可以明显细化和净化铸钢组织，为连铸钢板性能的提高起了保障作用。

本发明钢水经扒渣静置后，当温度降至1533-1548℃，将钢水在薄板坯连铸机上，直接铸成厚度12-16mm的钢板，具有生产效率高和钢水收得率高等优势。本发明将获得的部分钢板在卷取机上卷成钢筒并将钢筒焊接牢固。另外还将部分钢板切割成法兰，将法兰和钢筒焊接成一体得到双金属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，具有工艺简便，生产效率高的优势。在外层钢壳内表面将与内层灰铸铁结合部位，涂覆厚度0.8-1.2mm的硼砂，并用感应线圈将外层钢壳内表面迅速加热到610-710℃，可以显著改善外层钢壳和内层灰铸铁的结合效果，提高结合层的强度。钢壳置于离心机上，随后浇注内层灰铸铁；内层灰铸铁铁水的化学组成及其质量分数控制在3.71-3.96％C,1.44-1.97％Si,0.38-0.65％Mn,0.37-0.46％Cu,0.02-0.04％Sn,0.05-0.09％K,0.002-0.004％B,0.003-0.006％Ce,0.12-0.25％Al,0.04-0.07％Ca,<0.05％S,<0.08％P,余量Fe；铁水浇注温度1382-1421℃；离心机转速550-620rpm。本发明内层灰铸铁中碳含量高，石墨数量多，灰铸铁导热性好。但是石墨数量的增加，会显著降低铸铁强度。为了消除石墨增加对强度的不利作用，本发明中，加入0.02-0.04％Sn,0.05-0.09％K,0.002-0.004％B,0.003-0.006％Ce和0.04-0.07％Ca，实现铸铁组织的细化和净化，从而提高铸铁强度。此外，加入0.12-0.25％Al和0.37-0.46％Cu，可以进一步提高铸铁强度。特别是加入0.002-0.004％B，可以提高铸铁耐磨性。本发明当内层铁水全部进入铸型后，立即喷水雾冷却外层钢壳，并使外层钢壳温度控制在220-360℃。确保外层钢壳不会因内层铁水的凝固散热而使强度下降。内层铁水全部凝固后，停止喷水雾，自然空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得短流程铸造双金属制动鼓。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

1)本发明实现了报废汽车外壳(亦称报废汽车板)的高效利用，铁元素收得率高达98％以上，且克服了用普通报废汽车板炼钢中存在的锌元素气化，严重污染环境的不足。

2)本发明生产双金属制动鼓流程短、效率高，且实现了连铸钢板直接替代轧制钢板生产双金属制动鼓外层钢壳，具有生产周期短，生产成本低的优势。

3)本发明的短流程铸造双金属制动鼓，外层抗拉强度超过880MPa，延伸率超过26％，断裂韧性超过85MPa.m^1/2，内层硬度达到240-260HBS，抗拉强度超过480MPa。

4)本发明的短流程铸造双金属制动鼓内层铸铁与HT250铸铁相比具有高的高温抗拉强度和高的抗裂纹萌生与扩展的能力，防止了制动鼓因变形而失效，具有使用寿命长，使用安全可靠等优势；与HT250铸铁制动鼓相比，使用寿命提高2.5倍以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。

附图说明

图1双金属复合制动鼓外层钢壳示意图

图2双金属复合制动鼓成品示意图

1-外层钢壳，2-内层高强度灰铸铁。

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：

一种短流程铸造双金属制动鼓方法，其特征在于外层采用以报废汽车外壳为主冶炼而成的连铸钢板加工而成，内层采用高强度耐磨灰铸铁，二者通过离心复合铸造成冶金结合，具体工艺步骤如下：

①先用废旧汽车撕碎机将报废汽车外壳进行粗碎，然后用废钢打包机将粗碎后的汽车外壳打包成尺寸为150-250mm×150-250mm×150-250mm的钢块；

②采用步骤①中的钢块、Q235废钢(所述Q235废钢化学组成及质量分数为0.17％C，0.54％Mn，0.23％Si，0.041％S，0.039％P，余量为Fe及不可避免的杂质)、高碳铬铁(所述高碳铬铁的化学组成及质量分数为62.70％Cr，8.26％C，2.39％Si，余量为Fe)和氮化锰铁(所述氮化锰铁的化学组成及质量分数为76.05％Mn,4.27％N,0.36％C,1.52％Si,0.15％P,0.013％S,余量Fe)为炉料，在中频感应电炉内先将Q235废钢和高碳铬铁混合加热熔化；Q235废钢和高碳铬铁全部熔化后，升温至1587℃时，加入氮化锰铁和钢块；Q235废钢、高碳铬铁、钢块和氮化锰铁的质量组成分别为：21％，1.1％，77％，0.9％；氮化锰铁和钢块全部熔化后，升温至1624℃，出炉到钢包，钢包底部预先加入了颗粒尺寸3-6mm的Si-Ca-Ba合金、钛铁、铝镁合金和稀土硅铁；Si-Ca-Ba合金(所述Si-Ca-Ba合金的化学成分及质量分数为42.81％Si、11.36％Ca、10.95％Ba、0.51％C、0.028％P、0.047％S，余量为Fe及不可避免的杂质)、钛铁(所述钛铁的化学组成及质量分数为：38.05％Ti,6.56％Al,2.13％Si,0.026％S,0.029％P,0.074％C,0.08％Cu,2.16％Mn,余量Fe)、铝镁合金(所述铝镁合金的化学组成及质量分数为85％Al、15％Mg)和稀土硅铁(所述稀土硅铁的化学成分质量分数为29.53％RE,41.28％Si,2.15％Mn,3.82％Ca,1.94％Ti，余量为Fe及不可避免的杂质)加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.4％、0.30％、0.20％和0.15％；钢水经扒渣静置后，当温度降至1537℃，将钢水在薄板坯连铸机上，直接铸成厚度15mm的钢板；

③将步骤②获得的部分钢板在卷取机上卷成钢筒并将钢筒焊接牢固；还将部分钢板切割成法兰，将法兰和钢筒焊接成一体得到双金属制动鼓外层钢壳精旋坯料，然后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1；并在外层钢壳1内表面将与内层灰铸铁2结合部位，涂覆厚度0.8-1.2mm的硼砂；并用感应线圈将外层钢壳内表面迅速加热到610-710℃，然后置于离心机上；随后浇注内层灰铸铁2；内层灰铸铁铁水的化学组成及其质量分数控制在3.79％C,1.74％Si,0.50％Mn,0.42％Cu,0.03％Sn,0.08％K,0.003％B,0.005％Ce,0.18％Al,0.06％Ca,0.028％S,0.051％P,余量Fe；铁水浇注温度1397℃；离心机转速600rpm；

④内层铁水全部进入铸型后，立即喷水雾冷却外层钢壳1，并使外层钢壳1温度控制在280-340℃；内层铁水全部凝固后，停止喷水雾，自然空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得短流程铸造双金属制动鼓，力学性能见表1。

表1短流程铸造双金属制动鼓力学性能

实施例2：

一种短流程铸造双金属制动鼓方法，其特征在于外层采用以报废汽车外壳为主冶炼而成的连铸钢板加工而成，内层采用高强度耐磨灰铸铁，二者通过离心复合铸造成冶金结合，具体工艺步骤如下：

①先用废旧汽车撕碎机将报废汽车外壳进行粗碎，然后用废钢打包机将粗碎后的汽车外壳打包成尺寸为150-250mm×150-250mm×150-250mm的钢块；

②采用步骤①中的钢块、Q235废钢(所述Q235废钢化学组成及质量分数为0.14％C，0.65％Mn，0.21％Si，0.031％S，0.043％P，余量为Fe及不可避免的杂质)、高碳铬铁(所述高碳铬铁的化学组成及质量分数为62.77％Cr，7.94％C，2.63％Si，余量为Fe)和氮化锰铁(所述氮化锰铁的化学组成及质量分数为72.51％Mn,4.47％N,0.39％C,1.45％Si,0.18％P,0.016％S,余量Fe)为炉料，在中频感应电炉内先将Q235废钢和高碳铬铁混合加热熔化；Q235废钢和高碳铬铁全部熔化后，升温至1580℃时，加入氮化锰铁和钢块；Q235废钢、高碳铬铁、钢块和氮化锰铁的质量组成分别为：20％，1.0％，78％，1.0％；氮化锰铁和钢块全部熔化后，升温至1615℃，出炉到钢包，钢包底部预先加入了颗粒尺寸3-6mm的Si-Ca-Ba合金、钛铁、铝镁合金和稀土硅铁；Si-Ca-Ba合金(所述Si-Ca-Ba合金的化学成分及质量分数为43.26％Si、10.15％Ca、11.62％Ba、0.30％C、0.035％P、0.047％S，余量为Fe及不可避免的杂质)、钛铁(所述钛铁的化学组成及质量分数为：39.54％Ti,3.86％Al,1.03％Si,0.022％S,0.027％P,0.064％C,0.13％Cu,1.08％Mn,余量Fe)、铝镁合金(所述铝镁合金的化学组成及质量分数为84％Al、16％Mg)和稀土硅铁(所述稀土硅铁的化学成分质量分数为27.51％RE,41.47％Si,1.55％Mn,2.09％Ca,1.38％Ti，余量为Fe及不可避免的杂质)加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.3％、0.30％、0.18％和0.20％；钢水经扒渣静置后，当温度降至1533℃，将钢水在薄板坯连铸机上，直接铸成厚度12mm的钢板；

③将步骤②获得的部分钢板在卷取机上卷成钢筒并将钢筒焊接牢固；还将部分钢板切割成法兰，将法兰和钢筒焊接成一体得到双金属制动鼓外层钢壳精旋坯料，然后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1；并在外层钢壳内表面将与内层灰铸铁2结合部位，涂覆厚度0.8-1.2mm的硼砂；并用感应线圈将外层钢壳1内表面迅速加热到610-710℃，然后置于离心机上；随后浇注内层灰铸铁2；内层灰铸铁铁水的化学组成及其质量分数控制在3.71％C,1.97％Si,0.38％Mn,0.46％Cu,0.02％Sn,0.09％K,0.002％B,0.006％Ce,0.12％Al,0.07％Ca,0.027％S,0.053％P,余量Fe；铁水浇注温度1382℃；离心机转速550rpm；

④内层铁水全部进入铸型后，立即喷水雾冷却外层钢壳1，并使外层钢壳1温度控制在220-280℃；内层铁水全部凝固后，停止喷水雾，自然空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得短流程铸造双金属制动鼓，力学性能见表2。

表2短流程铸造双金属制动鼓力学性能

实施例3：

一种短流程铸造双金属制动鼓方法，其特征在于外层采用以报废汽车外壳为主冶炼而成的连铸钢板加工而成，内层采用高强度耐磨灰铸铁，二者通过离心复合铸造成冶金结合，具体工艺步骤如下：

①先用废旧汽车撕碎机将报废汽车外壳进行粗碎，然后用废钢打包机将粗碎后的汽车外壳打包成尺寸为150-250mm×150-250mm×150-250mm的钢块；

②采用步骤①中的钢块、Q235废钢(所述Q235废钢化学组成及质量分数为0.22％C，0.30％Mn，0.18％Si，0.038％S，0.044％P，余量为Fe及不可避免的杂质)、高碳铬铁(所述高碳铬铁的化学组成及质量分数为65.67％Cr，8.38％C，2.94％Si，余量为Fe)和氮化锰铁(所述氮化锰铁的化学组成及质量分数为76.04％Mn,4.74％N,0.59％C,1.64％Si,0.22％P,0.019％S,余量Fe)为炉料，在中频感应电炉内先将Q235废钢和高碳铬铁混合加热熔化；Q235废钢和高碳铬铁全部熔化后，升温至1595℃时，加入氮化锰铁和钢块；Q235废钢、高碳铬铁、钢块和氮化锰铁的质量组成分别为：22％，1.2％，76％，0.8％；氮化锰铁和钢块全部熔化后，升温至1630℃，出炉到钢包，钢包底部预先加入了颗粒尺寸3-6mm的Si-Ca-Ba合金、钛铁、铝镁合金和稀土硅铁；Si-Ca-Ba合金(所述Si-Ca-Ba合金的化学成分及质量分数为44.62％Si、11.61％Ca、10.28％Ba、0.43％C、0.029％P、0.051％S，余量为Fe及不可避免的杂质)、钛铁(所述钛铁的化学组成及质量分数为：38.19％Ti,3.62％Al,2.09％Si,0.026％S,0.021％P,0.051％C,0.18％Cu,≤0.95％Mn,余量Fe)、铝镁合金(所述铝镁合金的化学组成及质量分数为86％Al、14％Mg)和稀土硅铁(所述稀土硅铁的化学成分质量分数为29.48％RE,38.07％Si,1.51％Mn,2.68％Ca,1.57％Ti，余量为Fe及不可避免的杂质)加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.5％、0.25％、0.22％和0.15％；钢水经扒渣静置后，当温度降至1548℃，将钢水在薄板坯连铸机上，直接铸成厚度16mm的钢板；

③将步骤②获得的部分钢板在卷取机上卷成钢筒并将钢筒焊接牢固；还将部分钢板切割成法兰，将法兰和钢筒焊接成一体得到双金属制动鼓外层钢壳精旋坯料，然后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1；并在外层钢壳1内表面将与内层灰铸铁2结合部位，涂覆厚度0.8-1.2mm的硼砂；并用感应线圈将外层钢壳内表面迅速加热到610-710℃，然后置于离心机上；随后浇注内层灰铸铁2；内层灰铸铁铁水的化学组成及其质量分数控制在3.96％C,1.44％Si,0.65％Mn,0.37％Cu,0.04％Sn,0.05％K,0.004％B,0.003％Ce,0.25％Al,0.04％Ca,0.029％S,0.059％P,余量Fe；铁水浇注温度1421℃；离心机转速620rpm；

④内层铁水全部进入铸型后，立即喷水雾冷却外层钢壳1，并使外层钢壳1温度控制在300-360℃；内层铁水全部凝固后，停止喷水雾，自然空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得短流程铸造双金属制动鼓，力学性能见表3。

表3短流程铸造双金属制动鼓力学性能

本发明实现了报废汽车外壳(亦称报废汽车板)的高效利用，铁元素收得率高达98％以上，且克服了用普通报废汽车板炼钢中存在的锌元素气化，严重污染环境的不足。。本发明生产双金属制动鼓流程短、效率高，且实现了连铸钢板直接替代轧制钢板生产双金属制动鼓外层钢壳，具有生产周期短，生产成本低的优势。本发明的短流程铸造双金属制动鼓，外层抗拉强度超过880MPa，延伸率超过26％，断裂韧性超过85MPa.m^1/2，内层硬度达到240-260HBS，抗拉强度超过480MPa。本发明的短流程铸造双金属制动鼓内层铸铁与HT250铸铁相比，具有高的高温抗拉强度和高的抗裂纹萌生与扩展的能力，防止了制动鼓因变形而失效，具有使用寿命长，使用安全可靠等优势；与HT250铸铁制动鼓相比，使用寿命提高2.5倍以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。本发明双金属制动鼓具有优良耐磨性、抗热疲劳性能和耐蚀性，提高制动鼓使用寿命和行车安全，使其行车里程超过10万公里，推广本发明技术具有显著的经济和社会效益。

Claims (4)

1.一种短流程铸造双金属制动鼓的方法，其特征在于制动鼓外层采用以报废汽车外壳为主冶炼而成的连铸钢板加工而成，制动鼓内层采用高强度耐磨灰铸铁，二者通过离心复合铸造成冶金结合，包括以下步骤：

①先用废旧汽车撕碎机将报废汽车外壳进行粗碎，然后用废钢打包机将粗碎后的汽车外壳打包成尺寸为150-250mm×150-250mm×150-250mm的钢块；

②采用步骤①中的钢块、Q235废钢、高碳铬铁和氮化锰铁为炉料，炉料中Q235废钢、高碳铬铁、钢块和氮化锰铁的质量组成分别为：20-22％，1.0-1.2％，76-78％，0.8-1.0％，四种炉料的质量分数之和为100％；在中频感应电炉内先将质量分数为20-22％的Q235废钢和质量分数为1.0-1.2％的高碳铬铁混合加热熔化；Q235废钢和高碳铬铁全部熔化后，升温至1580-1595℃时，加入质量分数为0.8-1.0％的氮化锰铁和质量分数为76-78％的钢块；氮化锰铁和钢块全部熔化后，升温至1615-1630℃，出炉到钢包，钢包底部预先加入了颗粒尺寸3-6mm的Si-Ca-Ba合金、钛铁、铝镁合金和稀土硅铁；Si-Ca-Ba合金、钛铁、铝镁合金和稀土硅铁加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.3-0.5％、0.25-0.30％、0.18-0.22％和0.15-0.20％；钢水经扒渣静置后，当温度降至1533-1548℃，将钢水在薄板坯连铸机上，直接铸成厚度12-16mm的钢板；

③将步骤②获得的部分钢板在卷取机上卷成钢筒并将钢筒焊接牢固；还将部分钢板切割成法兰，将法兰和钢筒焊接成一体得到双金属制动鼓外层钢壳精旋坯料，然后将双金属制动鼓外层钢壳精旋坯料进行滚型，得到复合制动鼓外层钢壳；并在外层钢壳内表面将与内层灰铸铁结合部位涂覆厚度0.8-1.2mm的硼砂，并用感应线圈将外层钢壳内表面迅速加热到610-710℃，然后置于离心机上；随后浇注内层灰铸铁；内层灰铸铁铁水的化学组成及其质量分数控制在3.71-3.96％C,1.44-1.97％Si,0.38-0.65％Mn,0.37-0.46％Cu,0.02-0.04％Sn,0.05-0.09％K,0.002-0.004％B,0.003-0.006％Ce,0.12-0.25％Al,0.04-0.07％Ca,<0.05％S,<0.08％P,余量Fe；铁水浇注温度1382-1421℃；离心机转速550-620rpm；

④内层铁水全部进入铸型后，立即喷水雾冷却外层钢壳，并使外层钢壳温度控制在220-360℃；内层铁水全部凝固后，停止喷水雾，自然空冷至室温，最后精加工至规定尺寸和精度，即可获得短流程铸造双金属制动鼓。

2.按照权利要求1所述的一种短流程铸造双金属制动鼓的方法，其特征在于，所述Q235废钢的化学组成及质量分数为0.14～0.22％C，0.30～0.65％Mn，≤0.30％Si，≤0.050％S，≤0.045％P，余量为Fe及不可避免的杂质；

所述高碳铬铁的化学组成及质量分数为62.0～68.0％Cr，7.0～8.5％C，2.0～3.5％Si，余量为Fe；

所述氮化锰铁的化学组成及质量分数为72-77％Mn,4.2-4.8％N,<1.0％C,<3.0％Si,<0.3％P,<0.02％S,余量Fe。

3.按照权利要求1所述的一种短流程铸造双金属制动鼓的方法，其特征在于，所述稀土硅铁的化学组成及质量分数为27.0～30.0％RE,38.0～42.0％Si,<3.0％Mn,<5.0％Ca,<3.0％Ti，余量为Fe及不可避免的杂质；

所述铝镁合金的化学组成及质量分数为84-86％Al、14-16％Mg；

所述Si-Ca-Ba合金的化学组成及质量分数为40～45％Si、10～12％Ca、10～12％Ba、≤0.8％C、≤0.04％P、≤0.06％S，余量为Fe及不可避免的杂质；

所述钛铁的化学组成及质量分数为：38～42％Ti,≤9.0％Al,≤3.0％Si,≤0.03％S,≤0.03％P,≤0.10％C,≤0.40％Cu,≤2.5％Mn,余量Fe。

4.按照权利要求1-3任一项所述的方法制备得到的双金属制动鼓。

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