專利名稱：一種用于剎車盤的鑄鐵及其制造的剎車盤的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用于剎車盤的鑄鐵技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于剎車盤的鑄鐵及其制造的剎車盤的熱處理方法。
背景技術(shù)：
汽車剎車盤是汽車盤式制動器的主要零部件，目前，公知汽車剎車盤由銅、鉻、鑰、等合金化元素低合金化的高碳灰鑄鐵或球墨鑄鐵制造，如中國專利申請說明書200910229533.6 (申請日為2009.10.28)公開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%的鑰，0.008% 0.02%的銻，3.6% 3.8%的碳，2.0% 2.5 %硅，O 0.4 %的錳，O 0.02 %的硫，O 0.04 %的磷，0.03 % 0.06 %的鎂，
0.02% 0.05%的稀土，余量為鐵組成。高碳灰鑄鐵具有抗拉強(qiáng)度低的特點。球墨鑄鐵具有較高的抗拉強(qiáng)度，但其在高溫干摩擦條件下耐磨性能不高，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，并且在空氣中易銹蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于剎車盤的鑄鐵及其制造的剎車盤的熱處理方法，能顯著提高剎車盤在高溫干摩擦條件下的耐疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性。本發(fā)明的技術(shù)方案是:該鑄鐵是由重量百分比為2.8% 3.2%的碳，1.6%
2.0% 的硅，0.4% 0.7% 的錳，0.8% 1.2%銅，0.5% 1.4% 的鉻，0.3% 0.5% 的鑰，
0.07% 0.1%的硼，0.15% 0.25%的磷，彡0.12%的硫，余量為鐵組成。為了進(jìn)一步實現(xiàn)本發(fā)明的目的，由該鑄鐵制造的剎車盤需經(jīng)過以下氮化熱處理步驟:
(1)將剎車盤表面清洗干凈，
(2)將剎車盤置于氮化爐中后去除空氣，
(3)向氮化爐中充入供氮介質(zhì)對剎車盤進(jìn)行氮化處理，
(4)退除氮化爐中供氮介質(zhì)，
(5)剎車盤隨氮化爐自然冷卻后出爐。供氮介質(zhì)可以采用尿素、氨氣、甲酰胺或三乙醇胺。本發(fā)明鑄鐵含有硼⑶、銅(Cu)和鉻(Cr)等元素，并經(jīng)過氮化熱處
理提高材料在高溫干摩擦條件下的耐疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性，剎車盤可以達(dá)到的機(jī)械性能:氮化表面硬度HRC=55 65，本體抗拉強(qiáng)度δ b > 245 N/mm2。對于剎車盤可以采用氣體軟氮化、液體軟氮化、固體軟氮化，采用氣體氮化并且供氮介質(zhì)是氨氣時，氮化溫度 為500 570°C，氮化時間為4 70小時，氮化層厚度為0.1
0.5mm,氮化時間長則氮化層厚，氮化時間較長時，氮化層深度增加緩慢。
具體實施例方式實施例1, 一種用于剎車盤的鑄鐵是由重量百分比為2.8 %的碳，1.6 %的娃，0.4%的錳，0.8%銅，0.5%的鉻，0.3%的鑰，0.07%的硼，0.1 %的磷，^ 0.12%的硫，余量鐵的含量一般為93.62%，用該組分鑄鐵制造的剎車盤，經(jīng)過精加工后，在氮化熱處理前的本體硬度為HB=220 280，氮化熱處理過程的步驟包括:將剎車盤表面清洗干凈，將剎車盤置于氮化爐中后去除空氣，向氮化爐中充入供氮介質(zhì)對剎車盤進(jìn)行氮化處理，退除氮化爐中供氮介質(zhì)，剎車盤隨氮化爐自然冷卻后出爐。根據(jù)氮化爐的不同，供氮介質(zhì)可以采用尿素、氨氣、甲酰胺或三乙醇胺。氮化后剎車盤表面硬度為HRC=55 60。實施例2, 一種用于剎車盤的鑄鐵是由重量百分比為3.2 %的碳,2.0 %的娃，
0.7%的錳，1.2%銅，1.4%的鉻，0.5%的鑰，0.1 %的硼，0.25%的磷，彡0.12%的硫，余量鐵的含量一般為90.75%。用該組分鑄鐵制造的剎車盤，經(jīng)過精加工后，在氮化熱處理前的本體硬度為HB=250 280，氮化熱處理過程的步驟包括:將剎車盤表面清洗干凈，將剎車盤置于氮化爐中后去除空氣，向氮化爐中充入供氮介質(zhì)對剎車盤進(jìn)行氮化處理，退除氮化爐中供氮介質(zhì)，剎車盤隨氮化爐自然冷卻后出爐。根據(jù)氮化爐的不同，供氮介質(zhì)可以采用尿素、氨氣、甲酰胺或三乙醇胺。氮化后剎車盤表面硬度為HRC=60 65。實施例3, —種用于剎車盤的鑄鐵是由重量百分比為3%的碳，1.8%的娃,0.5%的錳，I %銅，1.2 %的鉻，0.4 %的鑰，0.08 %的硼，0.2 %的磷，< 0.12 %的硫，余量鐵的含量一般為91.92%。用該組分鑄鐵制造的剎車盤，經(jīng)過精加工后，在氮化熱處理前的本體硬度為HB=240 270，氮化熱處理過程的步驟包括:將剎車盤表面清洗干凈，將剎車盤置于氮化爐中后去除空氣，向氮化爐中充入供氮介質(zhì)對剎車盤進(jìn)行氮化處理，退除氮化爐中供氮介質(zhì)，剎車盤隨氮化爐自然冷卻后出爐。根據(jù)氮化爐的不同，供氮介質(zhì)可以采用尿素、氨氣、甲酰胺或三乙醇胺。氮化后剎車盤表面硬度為HRC=58 60。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下顯著特點和積極效果:本發(fā)明是在普通鑄鐵的基礎(chǔ)上，復(fù)合添加硼(B)和鑰(Mo)兩種元素，提高材料在冷熱循環(huán)干摩擦條件下的的耐疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性，剎車盤可以達(dá)到的機(jī)械性能:氮化表面硬度HRC=55 65，本體抗拉強(qiáng)度Sb彡245 N/mm2，金相組織:基本為細(xì)片中片狀珠光體，鐵素體彡5%。鑰(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)。鑰溶解在鐵素體中，可以強(qiáng)化鐵素體，從而提高鐵素體和珠光體的顯微硬度。鑰與碳有較強(qiáng)的親和力，碳化物主要是MoC、M0.，C、以及溶于滲碳體所形成的(Fe,Mo) 3C。這些碳化物與鉻等促進(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，熔點高、熱穩(wěn)定性好，不易分解，所以高溫下使用含鑰鑄鐵剎車盤的相變應(yīng)力相對最小。鑄鐵中含鑰量小于0.3%時，鑰有輕微促進(jìn)鐵素體的作用。當(dāng)含鑰量逐漸增高時，鑰則促進(jìn)珠光體的形成。當(dāng)含鑰量為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。所以本發(fā)明剎車盤的鑄鐵含鑰量確定為0.3% 0.5%。鑰在鑄鐵中促進(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，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，鑰都是最有效的合金元素。硼(B)可在金相組織中得到不同數(shù)量的含硼滲碳體或萊氏體組織的鑄鐵。含硼滲碳體顯微硬度在HV960-1280之間，隨硼含量的增加，顯微硬度增加。用硼鑄鐵制成的氣缸套比高磷鑄鐵的使用壽命提高50-70%。含硼鑄鐵所以有較好的耐磨性，就是因為它有著和普通鑄鐵不同的特殊的金相組織.特別是硼的加入，在組織中出現(xiàn)了新的硬質(zhì)相一含硼碳化物.這種含硼碳化物的結(jié)構(gòu)如何，一般認(rèn)為是Fe23(CB)6，F(xiàn)e3(CB)也有人認(rèn)為是Fe-Fe2B-Fe3 (CB)的三元共晶組織，還有的人認(rèn)為當(dāng)含有一定量的釩、鎢、鑰等元素時，還有形成(FeX) 3 (CB) 6和(FeX) 23 (CB) 6等結(jié)構(gòu).含硼鑄鐵在全相組織上的明顯特點是在珠光體基體上分布著斷續(xù)網(wǎng)狀的含硼碳化物和磷共晶的復(fù)合組織.其量約6-12%.基體是細(xì)片狀珠光體，石墨呈A型均勻分布。含硼碳化物的顯微硬度(HV1000以上)比磷共晶的(HV700-800)更高.這種含硼碳化物在鑄鐵中常以小塊狀或條狀均勻分布于基體上，而基體是硬度比它低得很多的珠光體.經(jīng)過初步磨損后，硬度較低的珠光體基體由于磨損而略微凹陷，而成為第二摩擦面.硬度很高的硼碳化物硬質(zhì)相就突出在基體上形成第一摩擦面.基體上凹陷的部分儲滿著潤滑油，再加上石墨的自潤和儲油作用，就形成了硼鑄鐵所特有的耐磨結(jié)構(gòu)，極大地提高了它的耐磨性.硼鑄鐵的耐磨性是隨著含硼碳化物的增加而提高，而含硼碳化物又隨含硼量的增多而增加。以下是幾種不同材料制造的剎車盤和本發(fā)明材料制造的剎車盤經(jīng)氮化熱處理后在臺架I旲擬試驗后的對比。高碳灰鑄鐵，C:3.7%, Si:1.78%, Mn:0.72%,P:0.09%，S:0.1% ,Cu:0.42%,Cr:
0.32%, Mo:0.52%，余量為 Fe ；
鑰銻球墨鑄，C:3.7%, S:12.4%,，Mn:0.32%, P:0.04%，S:0.015%，Mg:0.037%,，Re:0.03%, Mo:0.55%, Sb:0.013%，余量為 Fe ；
本發(fā)明鑄鐵:C:3%, Si:1.8%, Mn:0.5%, Cu:1%, Cr:1.2%, Mo:0.4%, B:0.08%, P:0.2%,S ≤ 0.1%, Fe:91.92%。
權(quán)利要求
1.一種用于剎車盤的鑄鐵，其特征在于:是由重量百分比為2.8 % 3.2 %的碳，1.6% 2.0% 的硅，0.4% 0.7% 的錳，0.8% 1.2%銅，0.25 1.4% 的鉻，0.3 0.5%的鑰，0.03 0.05 %的硼，0.15 % 0.25 %的磷，≤0.12%的硫，余量為鐵組成。
2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述鑄鐵制備的剎車盤的熱處理方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)將剎車盤表面清洗干凈， (2)將剎車盤置于氮化爐中后去除空氣， (3)向氮化爐中充入供氮介質(zhì)對剎車盤進(jìn)行氮化處理， (4)退除氮化爐中供氮介質(zhì)， (5)剎車盤隨氮化爐自然冷卻后出爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的剎車盤的的熱處理方法，其特征在于:所述供氮介質(zhì)是尿素、氨氣、甲酰胺或三乙醇胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的剎車盤的的熱處理方法，其特征在于:氮化層厚度為0.1 ·0.5mmο
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的剎車盤的的熱處理方法，其特征在于:所述供氮介質(zhì)是氨氣，氮化溫度為500 570°C，氮化時間為4 70小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于剎車盤的鑄鐵及其制造的剎車盤的熱處理方法，鑄鐵是由重量百分比為2.8％～3.2％的碳，1.6％～2.0％的硅，0.4％～0.7％的錳，0.8％～1.2％銅，0.25～1.4％的鉻，0.3～0.5％的鉬，0.03～0.05％的硼，0.15％～0.25％的磷，≤0.12％的硫，余量為鐵組成，由該鑄鐵制造的剎車盤經(jīng)過氮化熱處理后具有在高溫干摩擦條件下的耐疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性，使剎車盤使用壽命長。
文檔編號C23C8/26GK103074540SQ20131000879
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者商好峰, 李廣全, 宋立偉 申請人:山東正諾機(jī)械科技有限公司