專利名稱：：一種用于重型卡車剎車盤的球墨鑄鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于剎車盤用球墨鑄鐵
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是涉及一種用于重型卡車剎車盤的含有鉬銻合金的球墨鑄鐵。
背景技術(shù)：
：汽車剎車盤是汽車盤式制動器的主要零部件，它與剎車襯片作為一對摩擦副，依靠摩擦襯片對剎車盤的夾緊和摩擦，使汽車減速或停車。剎車盤要承受摩擦襯片對它的軸向夾緊力和二者的摩擦力。汽車自重及載荷越大、速度越快，減速及制動時剎車盤的受力越大。汽車每次制動，行車動能都轉(zhuǎn)換為熱能，其中90%的熱量被剎車盤本體吸收。頻繁地制動剎車，與剎車襯片相互摩擦的剎車盤摩擦面處的溫度將持續(xù)升高。尤其汽車在高原、山地等下坡路較長的地段超載行駛，剎車系統(tǒng)連續(xù)工作，剎車盤的表面溫度能夠達(dá)到400-60(TC，顏色呈暗紅色的高溫狀態(tài)。鑄鐵材料具有熱脹冷縮的特性，剎車盤盤面溫度升高之處的材料具有自發(fā)向外膨脹的趨勢，但剎車盤零件是一個整體，這個膨脹的趨勢受到其它低溫部位的抑制，即其它部位阻礙它的向外膨脹，因此盤面處于高溫狀態(tài)時受到一個壓應(yīng)力。盤面溫度越高，這種壓應(yīng)力越大。當(dāng)汽車行車停止或平路和上坡行車時，剎車頻率下降，剎車盤的盤面溫度下降，該處的材料又產(chǎn)生自發(fā)收縮的趨勢，這個收縮的趨勢同樣受到其它部位的抑制，盤面處又受到一個拉應(yīng)力。到達(dá)常溫，隨著降溫而產(chǎn)生的拉應(yīng)力最終不能與材料高溫時受到的壓應(yīng)力相抵消，最終在剎車盤中形成殘余拉應(yīng)力。伴隨著汽車的行駛過程，剎車盤的盤面溫度處于由低到高，再由高到低的循環(huán)變化中，剎車盤中的殘余拉應(yīng)力也就不斷積累增大。剎車盤在行車過程中長期處于高溫狀態(tài)，還引起材料組相中晶界上的碳化物和珠光體中的碳化物分解成，使材料的體積膨脹，在盤體中產(chǎn)生相變應(yīng)力。拉應(yīng)力、相變應(yīng)力和剎車盤受到的軸向夾緊而產(chǎn)生的扭力共同作用，使盤面上與摩擦襯片相互作用的部位不斷產(chǎn)生沿徑向彎曲且不連續(xù)的細(xì)小的疲勞裂紋。這些微小的裂紋在盤面上均勻分布，并隨著行車?yán)锍痰脑黾映蕯U(kuò)展變長的趨勢。一旦這些合成力超過材料的強(qiáng)度極限，必然導(dǎo)致剎車盤從盤面強(qiáng)度最薄弱的地方斷裂。無論是輕型車還是重型車的剎車盤發(fā)生斷裂失效都是由于材料熱疲勞造成的。重型卡車載重量大、連續(xù)行車距離長、相對行車路況差、剎車盤連續(xù)工作時間長的行車特點(diǎn)，使它使用盤式制動器剎車盤更易發(fā)生斷裂失效，不僅剎車盤使用壽命短，而且影響行車安全，制約了盤式制動器在重型卡車上的推廣。目前全世界范圍內(nèi)，重型卡車剎車盤都采用較高的碳含量和以銅、鉻、鉬、等合金化元素低合金化的高碳灰鑄鐵為材料。高碳灰鑄鐵具有高的導(dǎo)熱率、低的線膨脹系數(shù)和彈性模量。高的導(dǎo)熱率利于減小剎車盤工作時盤面與其它低溫部分的溫差，加速熱量向風(fēng)道地傳遞，降低盤面溫度，避免局部過熱。低的線膨脹系數(shù)和彈性模量，能夠減小材料因溫度變化而產(chǎn)生的脹縮量，由此減小剎車盤中的殘余拉應(yīng)力。銅、鉻、鉬、等合金化元素促進(jìn)珠光體的形成，提高高碳材料的抗拉強(qiáng)度，提高剎車盤的耐磨性能。但灰鑄鐵屬于脆性材料，其中的石墨呈片狀對基體產(chǎn)生割裂作用，所以其抗拉強(qiáng)度低。片狀石墨的尖端或邊緣易產(chǎn)生應(yīng)力集中，引起脆性解理或界面斷裂，成為裂紋的根源。3灰鑄鐵的這種物理特性決定了即使這種高碳低合金化的材質(zhì)也難以滿足重型卡車剎車盤的使用要求。球墨鑄鐵石墨呈球形，減小了應(yīng)力集中對基體的割裂作用，基體強(qiáng)度的利用率可達(dá)70%-90%，所以其常溫和高溫的力學(xué)性能都明顯優(yōu)于灰鑄鐵，疲勞強(qiáng)度也大大優(yōu)于灰鑄鐵。但由于球墨鑄鐵的導(dǎo)熱性能比灰鑄鐵差，線膨脹系數(shù)和彈性模量比灰鑄鐵高，所以高溫下抗蠕變能力差，變形傾向大，在有約束力的情況下，將導(dǎo)致較大的內(nèi)應(yīng)力，促使裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，因此由球墨鑄鐵制造的重型卡車剎車盤在冷熱循環(huán)的使用條件下，尤其在急冷急熱的情況下，其耐熱性與灰鑄鐵材料相比，優(yōu)勢不明顯。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于改進(jìn)已有技術(shù)的不足而提供一種在冷熱循環(huán)使用條件下的熱疲勞性能和耐磨性能高、延長重型卡車剎車盤的使用壽命、強(qiáng)度高、碳化物含量低、韌性好、熱應(yīng)力小、熱疲勞強(qiáng)度大大提高的用于重型卡車剎車盤的球墨鑄鐵。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種用于重型卡車剎車盤的球墨鑄鐵，其特點(diǎn)是由重量百分比為O.5%-0.6%的鉬，0.008%-0.02%的銻，3.6%-3.8%的碳，2.0%-2.5%硅，O-O.4%的錳，0-0.02%的硫，0-0.04%的磷，0.03%-0.06%的鎂，0.02%-0.05%的稀土，余量為鐵組成。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，可以是銻的重量百分比含量根據(jù)碳、硅的重量百分比含量用以下函數(shù)公式來確定f(Sb)=9.35x10—3x(C+0.67Si)-3.62x10—2，其中f(Sb)為銻重量百分比含量，C為碳重量百分比含量，Si為重量百分比含量。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下顯著特點(diǎn)和積極效果本發(fā)明是在普通球墨鑄鐵的基礎(chǔ)上，復(fù)合添加鉬(Mo)和銻(Sb)兩種元素，提高材料在冷熱循環(huán)使用條件下的熱疲勞性能和耐磨性能，延長重型卡車剎車盤的使用壽命；本發(fā)明球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度>580N/咖2，斷后伸長率>3X，硬度HBS170-230，基體組織中珠光體含量40X—70%。鉬(Mo)元素在鑄鐵中能夠促進(jìn)碳化物和珠光體形成，它一部分溶解在鐵素體和滲碳體中，另一部分以碳化物的形式出現(xiàn)。鉬溶解在鐵素體中，可以強(qiáng)化鐵素體，從而提高鐵素體和珠光體的顯微硬度。鉬與碳有較強(qiáng)的親和力，碳化物主要是MoC、Mc^C、以及溶于滲碳體所形成的(Fe，Mo)3C。這些碳化物與鉻、錳等促進(jìn)球墨鑄鐵中碳化物和珠光體形成的元素所形成的碳化物相比，它們是在高于鑄鐵凝固溫度之上形成，熔點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好，不易分解，所以高溫下使用含鉬球墨鑄鐵剎車盤的相變應(yīng)力相對最小。球墨鑄鐵中含鉬量小于0.3%時，鉬有輕微促進(jìn)鐵素體的作用。當(dāng)含鉬量逐漸增高時，鉬則促進(jìn)珠光體的形成。當(dāng)含鉬量為0.8%-1.0%時，會形成貝氏體和馬氏體的混合組織，對力學(xué)性能不利。所以作為重卡剎車盤的球墨鑄鐵含鉬量確定為0.5%-0.8%。鉬在球墨鑄鐵中促進(jìn)珠光體的形成能力相對于鉻和錳較弱，但它能細(xì)化珠光體，也能細(xì)化石墨球，所以它提高球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和熱疲勞強(qiáng)度的作用比鉻和錳強(qiáng)。對于鑄鐵而言，在提高抗熱疲勞強(qiáng)度及抗蠕變和抗裂紋生長等方面，鉬都是最有效的合金元素。銻(Sb)強(qiáng)烈促進(jìn)珠光體，它在鑄鐵中以銻化鐵(FeSb)和二銻化鐵(FeSb2)的形態(tài)存在于鐵素體-滲碳體相界面上，二銻化鐵的熔點(diǎn)為ioorc，在共析轉(zhuǎn)變溫度范圍(奧氏體、鐵素體、石墨共存溫度)不能分解，阻止鐵素體從奧氏體中析出，促使珠光體轉(zhuǎn)變，并具有明顯穩(wěn)定珠光體的作用。銻元素在凝固時被吸附在石墨與金屬相界面上，如同隔離膜形成障礙層，對碳原子過晶界向石墨擴(kuò)散產(chǎn)生阻礙作用，因而使石墨變小，基體組織向Fe-Fe3C轉(zhuǎn)變，使體素體數(shù)量減少，珠光體數(shù)量增加。銻與鉻、錳、鉬等促進(jìn)珠光體形成的元素相比，它不形成碳化物，高溫下不存在因碳化物分解產(chǎn)生的相變應(yīng)力，因此含銻球墨鑄鐵不僅常溫下機(jī)械性能好，而且一定的高溫下它的熱強(qiáng)度和耐磨性也比普通球墨鑄鐵高。球墨鑄鐵中復(fù)合加入鉬、銻兩種元素，較普通球墨鑄鐵基體組織和球形石墨得到細(xì)化，機(jī)械性能和熱疲勞強(qiáng)度得到強(qiáng)化。鉬元素促進(jìn)珠光體形成的能力相對溫和，而銻元素促進(jìn)珠光體形成能力強(qiáng)，且銻元素不形成碳化物，所以兩種元素共同作用不僅可穩(wěn)定球墨鑄鐵中珠光體的含量，提高球墨鑄鐵的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性能，而且使球墨鑄鐵在保證高強(qiáng)度和高硬度的同時，仍保持良好的韌性和切削加工性能。保證球墨鑄鐵剎車盤的熱疲勞性能，同時兼顧耐磨性和一定的韌性，要求其基體為珠光體含量在40%_70%的以珠光體為主的混合基體。球墨鑄鐵中的碳、硅兩種元素促進(jìn)鐵素體的形成，在沒有合金元素加入的情況下，球墨鑄鐵的基體具有很強(qiáng)的鐵素體生成傾向，而且碳、硅含量的變化對基體中珠光體和鐵素體的比例變化非常敏感。銻元素與碳、硅兩元素相反，促進(jìn)珠光體形成的能力強(qiáng)，其在球墨鑄鐵中0.01%-0.02%的含量范圍內(nèi)，對基體中珠光體的比例變化非常敏感。所以精確控制珠光體含量比較困難。在1350-1420°C的澆注溫度范圍內(nèi)，根據(jù)碳、硅兩元素在允許的范圍內(nèi)不同的變化值，用在允許的范圍內(nèi)不同的銻含量來與之相對應(yīng)，建立以下函數(shù)表達(dá)式，可以把珠光體含量穩(wěn)定控制在55%_65%，置信度達(dá)98%，該函數(shù)表達(dá)式為f(Sb)=9.35x10—3(C+0.67Si)-3.62x10—2，其中f(Sb)為銻重量百分比含量(%)，C為碳重量百分比含量(％)，Si為硅重量百分比含量(％)。鉬、銻兩種元素復(fù)合作用在球墨鑄鐵中，提高了球墨鑄鐵的熱疲勞性能和高溫強(qiáng)度，由這種材料制作的重型卡車剎車盤高溫強(qiáng)度和高溫下耐磨性得到提高，剎車盤的使用壽命大大延長。幾種不同材料的同類產(chǎn)品臺架模擬剎車試驗(yàn)結(jié)果見下表。模擬試驗(yàn)條件為行車初速度85Km/h，制動扭矩2200-2300Nm，制動壓力0.17Mpa。制動40s，釋放50s，為一個輪回，連續(xù)50個輪回為一個循環(huán)。試驗(yàn)過程中，溫度傳感器時時檢測剎車摩擦面的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到400°C，在完成本輪制動后，冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行抽風(fēng)冷卻，風(fēng)速12m/s。溫度降至80°C，繼續(xù)下一輪制動。完成一個循環(huán)后，檢查剎車盤是否斷裂失效。如果沒有失效，繼續(xù)下一個循環(huán)的試驗(yàn)。模擬試驗(yàn)過程中，剎車盤的最高瞬時溫度達(dá)700°C。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>具體實(shí)施例方式實(shí)施例l，一種用于重型卡車剎車盤的球墨鑄鐵，是由重量百分比為0.5%-0.6%的鉬，O.01%-0.02%的銻，3.6%-3.8%的碳，2.0%-2.5%硅，0_0.4%的錳，0_0.02%的硫，O-O.04%的磷，0.03%-0.06%的鎂，0.02%-0.05%的稀土，余量為鐵組成，鐵的含量一般在92.51%-93.84%，銻的重量百分比含量根據(jù)碳、硅的重量百分比含量用以下函數(shù)公式來確定f(Sb)=9.35x10—3x(C+0.67Si)_3.62x10—2，其中f(Sb)為銻重量百分比含量，C為碳重量百分比含量，Si為重量百分比含量。本實(shí)施例是由5千克的鉬，0.1千克的銻，36千克的碳，20千克硅，3千克錳，0.4千克磷，O.15千克硫，O.3千克的鎂，O.2千克的稀土，934.85千克鐵組成。實(shí)施例2，一種用于重型卡車剎車盤的球墨鑄鐵，是由6千克的鉬，O.1499千克的銻，38千克的碳，25千克硅，4千克的錳，O.35千克磷，O.18千克硫，O.6千克的鎂，O.5千克的稀土，925.2201千克鐵組成。實(shí)施例3，一種用于重型卡車剎車盤的球墨鑄鐵，是由5.5千克的鉬，O.1249千克的銻，37千克的碳，22.5千克硅，2千克的錳，O.38千克磷，O.2千克的硫，O.45千克的鎂，0.35千克的稀土，931.4951千克鐵組成。實(shí)施例4，一種用于重型卡車剎車盤的球墨鑄鐵，是由5.25千克的鉬，0.1265千克的銻，36.5千克的碳，23.5千克的硅，3千克的錳，0.1千克的硫，0.4千克的磷，0.35千克的鎂，O.25千克的稀土，930.5235千克的鐵組成。實(shí)施例5，一種用于重型卡車剎車盤的球墨鑄鐵，是由為5.75千克的鉬，0.1390千克的銻，37.5千克的碳，24千克硅，1千克的錳，O.15千克的硫，O.1千克的磷，O.5千克的鎂，O.4千克的稀土，930.461千克的鐵組成。權(quán)利要求一種用于重型卡車剎車盤的球墨鑄鐵，其特征是由重量百分比為0.5％-0.6％的鉬，0.008％-0.02％的銻，3.6％-3.8％的碳，2.0％-2.5％硅，0-0.4％的錳，0-0.02％的硫，0-0.04％的磷，0.03％-0.06％的鎂，0.02％-0.05％的稀土，余量為鐵組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于重型卡車剎車盤的球墨鑄鐵，其特征是銻的重量百分比含量根據(jù)碳、硅的重量百分比含量用以下函數(shù)公式來確定f(Sb)=9.35x10—3x(C+0.67Si)-3.62x10—2，其中f(Sb)為銻重量百分比含量，C為碳重量百分比含量，Si為重量百分比含量。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于重型卡車剎車盤的球墨鑄鐵，是由重量百分比為0.5％-0.6％的鉬，0.008％-0.02％的銻，3.6％-3.8％的碳，2.0％-2.5％硅，0-0.4％的錳，0-0.02％的硫，0-0.04％的磷，0.03％-0.06％的鎂，0.02％-0.05％的稀土，余量為鐵組成，本發(fā)明具有在冷熱循環(huán)使用條件下的熱疲勞性能和耐磨性能高、延長重型卡車剎車盤的使用壽命、強(qiáng)度高、碳化物含量低、韌性好、熱應(yīng)力小、熱疲勞強(qiáng)度大大提高的特點(diǎn)。文檔編號C22C37/10GK101705422SQ20091022953公開日2010年5月12日申請日期2009年10月28日優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日發(fā)明者楊彬,沈建國,王占海,王曉東,盛龍海,謝慶智,韓國強(qiáng)申請人:萊州華汽機(jī)械有限公司