一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓及其制作工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓，其特征在于：其化學成分按重量百分比為：C：3.55-3.85；Si：2.35-2.75；Mn：0.45-0.85；P：0.02-0.06；S：0.01-0.04；Ti：0.06-0.12；Sn：0.02-0.08；Sb：0.01-0.04；Mg：0.008-0.05；RE：0.015-0.035；其余為Fe。其制作工藝依次是原材料及配比，合金熔煉，蠕化與孕育，澆注成型，清理與機加工。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點是：具有最佳的抗熱疲勞性能、較佳的抗變形能力，良好的強度、塑性、硬度、耐磨性配合，同時也具有良好的鑄造性能和機加工性能。
【專利說明】—種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓及其制作工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強韌鑄鐵材料，尤其涉及一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓及其制作工藝。
【背景技術】[0002]重載汽車剎車鼓服役過程中承受著較大制動力和離心力，是在強摩擦、高熱負荷、交替冷熱作用等復雜工況下工作的關鍵部件，其綜合性能的優(yōu)劣決定了整個制動系統(tǒng)的可靠性，進而直接影響重載車輛的行車安全。因此，要求所使用的剎車鼓擁有較高的強度、塑性，良好的抗熱疲勞性能和耐磨性，較高的摩擦系數(shù)、較低的摩擦系數(shù)衰減率，以保證其在重載運行時不破裂、對剎車蹄片的磨損較小，制動平穩(wěn)、有效，有較長的使用壽命和較高的安全可靠性。
[0003]目前，國內外用于生產(chǎn)重載汽車剎車鼓的材料主要為三類鑄鐵材料:⑴珠光體灰鑄鐵，主要特點是導熱性好，摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定。常采用HT250、HT300、釩鈦鑄鐵和低合金鑄鐵等(基體中珠光體量大于90%，A型加少量D型片狀石墨)；HT250、HT300、釩鈦鑄鐵的強度、塑性、耐磨性和抗熱疲勞性能較差，而低合金鑄鐵通常加入Cr、Mo、Cu、Ni等貴重合金元素，雖然在強度、耐磨性方面有一定提高，但抗熱疲勞性能沒有多少改善，且生產(chǎn)成本較高。(2)鐵素體球墨鑄鐵(鐵素體量大于80%，球化率1-3級)，其特點是強度、塑性、耐磨性和抗熱疲勞性能較好，但導熱性和抗變形能力差，摩擦系數(shù)較低且不穩(wěn)定。(3)鐵素體蠕鐵或珠光體蠕鐵(鐵素體或珠光體量大于85%，蠕化率大于80% )。蠕墨鑄鐵既有灰口鑄鐵所具有的高熱導率、高摩擦系數(shù)，也有球墨鑄鐵所具有的高強度、抗熱疲勞性和耐磨性，伸長率和彈性模量介于灰鐵和球鐵兩者之間，是制造高速重載汽車剎車鼓的較佳備選材料。
[0004]上述三類鑄鐵剎車鼓存在的主要問題:(I)珠光體灰鑄鐵強度、塑性和耐磨性相對較低，尤其是顯微組織中存在具有尖角的片狀石墨，割裂基體，引起應力集中，促進熱疲勞裂紋的萌生與擴展，導致剎車鼓早期發(fā)生龜裂，甚至斷裂，使用壽命偏低，安全可靠性差。
(2)球墨鑄鐵的熱導率低、摩擦系數(shù)小、屈強比低，所生產(chǎn)的汽車剎車鼓在重載、大制動力使用時變形嚴重，剎車面開裂處向內凸起嚴重撕扯、磨損剎車蹄片，制動的平穩(wěn)性和可靠性差，用于載重量超過70噸的重載汽車，其使用壽命與普通HT250生產(chǎn)的剎車鼓相當。(3)蠕墨鑄鐵由于追求高的蠕化率和高含量單一基體(蠕化率大于80%，鐵素體或珠光體量大于85% )，故蠕化范圍窄，穩(wěn)定控制難度大。鐵素體蠕鐵在重載工況下使用時強度和耐磨性不足，易變形，機加工時粘刀，表面光潔度差；珠光體蠕鐵一般需加入Cr、Mo、Cu等合金元素或進行熱處理，生產(chǎn)成本較高，其導熱性也低于鐵素體蠕鐵。
[0005]以上問題的存在常常使剎車鼓由于熱裂紋擴展、疲勞剝落、開裂掉底、變形失圓等而導致其失效，威脅到重載車輛的行駛安全，同時也給車輛保養(yǎng)帶來了較大的經(jīng)濟負擔。國內市場迫切需要一種強度高、導熱性好、抗熱疲勞、耐磨損、使用壽命長、安全可靠性好的新型剎車鼓。
【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術的上述不足，提供了一種在鑄態(tài)下直接使用的強度高、導熱性好、抗熱疲勞、耐磨損、使用壽命長、安全可靠性好，且工藝簡單、質量穩(wěn)定、成本低廉的微合金化雙態(tài)石墨混合基體高強韌重載汽車剎車鼓及其制作工藝。
[0007]本發(fā)明的上述目的通過以下的技術方案來實現(xiàn):
[0008]一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓，其特征在于:采用蠕蟲狀與球狀雙態(tài)石墨均勻分布在鐵素體與珠光體混相基體上的高強韌鑄鐵材質，其化學成分按重量百分比為:c:3.55-3.85 ；S1:2.35-2.75 ；Mn:0.45-0.85 ；P:0.02-0.06 ；S:0.01-0.04 ；T1:0.06-0.12 ；Sn:0.02-0.08 ；Sb:0.01-0.04 ；Mg:0.008-0.05 ；RE:0.015-0.035 ;其余為 Fe。
[0009]一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓的制作工藝，包括以下步驟:
[0010]I)原材料及配比:20%-25%廢鋼，30%-35% 回爐料，40%-50%生鐵，0.6-1.0%增碳劑；通過原材料控制原鐵水硫含量低于0.04wt.%、磷含量低于0.06wt.% ；
[0011]2)合金熔煉:采用2.0噸中頻感應電爐熔煉，鐵水出爐溫度1510-1530°c，鐵水量由裝在鐵水包上的電子稱精確稱量，以保證蠕化劑和孕育劑加入量的準確性；
[0012]3)蠕化與孕育:自配蠕化劑1?-|%^+11-511-513，加入量為0.45-0.75% ；75%S1-Fe 一次孕育，加入量約為鐵水重量的I %，與蠕化劑一起采用包內沖入法加入；硅鋇合金(71% Si，1.6% Ba，1.2% CaU.5% Al) 二次孕育，加入量為小包內鐵水重量的0.2%，采用倒包法沖入；
[0013]4)澆注成型:澆注溫度根據(jù)不同規(guī)格剎車鼓的重量和壁厚確定，大約在1470-1500°C，保證在蠕化與孕育處理后15分鐘之內澆注完畢；直澆口下部安放多孔陶瓷過濾片以濾除殘余熔渣。
[0014]5)清理與機加工:澆注完畢經(jīng)一定時間冷卻后，開箱，去除澆冒口，清理，經(jīng)機械加工后鑄態(tài)下直接使用。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點是:
[0016]1、優(yōu)化成分和處理工藝，得到55-75%蠕蟲狀石墨與25_45%球狀石墨混合分布在25-75 %珠光體和25-75 %鐵素體混合基體上這種雙態(tài)石墨、混合基體組織，可以獲得最佳的抗熱疲勞性能、較佳的抗變形能力，良好的強度、塑性、硬度、耐磨性、導熱性配合，同時也具有良好的鑄造性能(鐵水流動性、鑄件致密性)和機加工性能。
[0017]2、不追求高的蠕化率和高含量單一基體(蠕化率大于80%，鐵素體或珠光體量大于90% )，降低了蠕鐵生產(chǎn)工藝控制的難度，降低了蠕化率對于鑄件斷面尺寸的敏感性，使得產(chǎn)品質量穩(wěn)定性、鑄件致密度和成品率明顯提高。
[0018]3、不使用Mo、Cu、N1、Cr等貴重元素，僅加入微量的T1、Sn、Sb (總量0.09-0.24wt.% )，通過微合金化達到調配控制石墨形態(tài)、基體組織、綜合性能的目的，成本低廉，白口傾向小；不用耗能費時的熱處理，在鑄態(tài)下直接使用，抗拉強度340-440MPa，延伸率≥1%，遠高于市場上常用的HT250和HT300，使用安全可靠。
【具體實施方式】
[0019]下面結合實施例對本發(fā)明進一步詳述:[0020]實施例1:
[0021]一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓，其特征在于:采用蠕蟲狀與球狀雙態(tài)石墨均勻分布在鐵素體與珠光體混相基體上的高強韌鑄鐵材質，其化學成分按重量百分比為:c:3.62, Si:2.73, Mn:0.52, P:0.05, S:0.019, RE:0.032, Mg:0.023, T1:0.063, Sn:0.028, Sb:0.01，其余為Fe。
[0022]剎車鼓本體顯微組織為:55%螺蟲狀石墨與45%球狀石墨同時分布在45%鐵素體和55%珠光體混合基體上。
[0023]附鑄試棒的力學性能為:硬度HB170，抗拉強度σ b = 438MPa，屈服強度σ 0.2 =329MPa，延伸率 δ = 2.11%0
[0024]一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓的制作工藝，包括以下步驟:
[0025]1)原材料及配比:20%-25%廢鋼，30%-35% 回爐料，40%-50%生鐵，0.6-1.0%增碳劑；通過原材料控制原鐵水硫含量低于0.04wt.%、磷含量低于0.06wt.% ；
[0026]2)合金熔煉:采用2.0噸中頻感應電爐熔煉，鐵水出爐溫度1510_1530°C，鐵水量由裝在鐵水包上的電子稱精確稱量，以保證蠕化劑和孕育劑加入量的準確性；
[0027]3)蠕化與孕育:自配蠕化劑RE-Mg-Si+T1-Sn-Sb，加入量為0.45-0.75% (根據(jù)鐵水含硫量和蠕/球狀石墨比例要求確定)；75% S1-Fe 一次孕育，加入量約為鐵水重量的1% (根據(jù)爐前鐵水含硅量而定)，與蠕化劑一起采用包內沖入法加入；硅鋇合金(71% Si，1.6% Ba, 1.2% Ca、Al) 二次孕育，加入量為小包內鐵水重量的0.2%，采用倒包法沖入；
[0028]4)澆注成型:澆注溫度根據(jù)不同規(guī)格剎車鼓的重量和壁厚確定，大約在1470-1500°C，保證在蠕化與孕育處理后15分鐘之內澆注完畢；直澆口下部安放多孔陶瓷過濾片以濾除殘余熔渣。
[0029]5)清理與機加工:澆注完畢經(jīng)一定時間冷卻后，開箱，去除澆冒口，清理，經(jīng)機械加工后鑄態(tài)下直接使用。
[0030]實施例2:
[0031]一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓，其特征在于:采用蠕蟲狀與球狀雙態(tài)石墨均勻分布在鐵素體與珠光體混相基體上的高強韌鑄鐵材質，其化學成分按重量百分比為:c:3.61, Si:2.62, Mn:0.63, P:0.05, S:0.021, RE:0.017, Mg:0.021, T1:0.081, Sn:0.031, Sb:
0.01，其余為Fe。
[0032]剎車鼓本體顯微組織為:65%螺蟲狀石墨與35%球狀石墨同時分布在35%鐵素體和65%珠光體混合基體上。
[0033]附鑄試棒的力學性能為:硬度H B166，抗拉強度σ b = 369MPa，屈服強度σ 0.2 =297MPa，延伸率 δ = 1.36%0
[0034]實施例3:
[0035]一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓，其特征在于:采用蠕蟲狀與球狀雙態(tài)石墨均勻分布在鐵素體與珠光體混相基體上的高強韌鑄鐵材質，其化學成分按重量百分比為:C:
3.55, Si:2.55, Mn:0.75, P:0.48, S:0.020, RE:0.015, Mg:0.008, T1:0.082, Sn:0.036, Sb:
0.02，其余為Fe。
[0036]剎車鼓本體顯微組織為:75%螺蟲狀石墨與25%球狀石墨同時分布在25%鐵素體和75%珠光體混合基體上。[0037]附鑄試棒的力學性能為:硬度HB174，抗拉強度σ b = 398MPa，屈服強度σ 0.2 =321MPa，延伸率 δ = 1.12%。
[0038]但是，上述的【具體實施方式】只是示例性的，是為了更好的使本領域技術人員能夠理解本專利，不能理解為是對本專利包括范圍的限制；只要是根據(jù)本專利所揭示精神的所作的任何等同變更或修飾，均落`入本專利包括的范圍。
【權利要求】
1.一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓，其特征在于:其化學成分按重量百分比為:C:3.55-3.85 ；S1:2.35-2.75 ；Mn:0.45-0.85 ；P:0.02-0.06 ；S:0.01-0.04 ；T1:0.06-0.12 ；Sn:0.02-0.08 ；Sb:0.01-0.04 ；Mg:0.008-0.05 ；RE:0.015-0.035 ;其余為 Fe。
2.一種高強韌鑄鐵重載汽車剎車鼓的制作工藝，其特征在于:包括以下步驟: 1)原材料及配比:20%-25%廢鋼，30% -35%回爐料，40% -50%生鐵，0.6-1.0%增碳劑；通過原材料控制原鐵水硫含量低于0.04wt.%、磷含量低于0.06wt.% ； 2)合金熔煉:采用2.0噸中頻感應電爐熔煉，鐵水出爐溫度1510-1530°C，鐵水量由裝在鐵水包上的電子稱精確稱量，以保證蠕化劑和孕育劑加入量的準確性； 3)蠕化與孕育:自配蠕化劑RE-Mg-Si+T1-Sn-Sb，加入量為0.45-0.75%；75% S1-Fe —次孕育，加入量約為鐵水重量的I %，與蠕化劑一起采用包內沖入法加入；硅鋇合金(71%Si,1.6% Ba, 1.2% Ca、1.5% Al) 二次孕育，加入量為小包內鐵水重量的0.2%，采用倒包法沖入； 4)澆注成型:澆注溫度根據(jù)不同規(guī)格剎車鼓的重量和壁厚確定，大約在1470-1500°C，保證在蠕化與孕育處理后15分鐘之內澆注完畢；直澆口下部安放多孔陶瓷過濾片以濾除殘余熔渣。 5)清理與機加工:澆注完畢經(jīng)一定時間冷卻后，開箱，去除澆冒口，清理，經(jīng)機械加工后鑄態(tài)下直接使 用。
【文檔編號】C22C37/04GK103866177SQ201210533044
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月12日 優(yōu)先權日:2012年12月12日
【發(fā)明者】金建平 申請人:金建平