本發(fā)明屬于汽車離合器壓盤領域，特別涉及一種蠕墨鑄鐵汽車離合器壓盤材料及其制備方法。
背景技術：
離合器總成是安裝在發(fā)動機飛輪上，起到傳遞動力、保證汽車平穩(wěn)起步、防止傳動系統(tǒng)零件過載的汽車部件，由多個總成構成，表面形狀復雜，影響因素較多，熱傳遞過程復雜。離合器在接合狀態(tài)下，其主從動作為整體一起旋轉，摩擦表面沒有熱產生。而在汽車起步過程中，從動件的轉速是逐漸增大至和主動部分轉速保持一致，這一過程中摩擦表面就會產生滑磨?；ヒ环矫媸鼓Σ撩婺p，另一方面引起表面溫度升高，進一步加劇磨損，并嚴重影響離合器正常工作和使用壽命。離合器接合過程的滑磨是其最重要特性，它使離合器磨損，引起壓盤和摩擦片溫度升高，致使壓盤和摩擦片接觸面的摩擦點產生出許多微小熱源，并不斷對壓盤和摩擦面輸入熱流。輸入的熱流導致接合區(qū)域溫度升高，使壓盤內部由于各部分溫度不均勻產生內應力，當內應力增大至材料屈服點將產生永久變形，甚至使零件失效。
考慮駕駛員操作因素和使用條件問題，如山區(qū)行駛換檔頻繁，易使摩擦片磨損，造成滑磨而過熱。使用不合理，裝載時經常超載、超拖，加劇離合器壓盤和摩擦片之間滑磨，產生大量熱量。駕駛操作不當，部分駕駛員用“一腳離合器”換檔，個別駕駛員不踏離合器換檔，有的駕駛員經常習慣地把腳擱在離合器踏板上，使用“半腳離合器”，使離合器頻繁接合分離產生滑磨引起高溫。摩擦表面積累的溫度來不及散去導致局部溫度更高，甚至使零件失效。因此，防止離合器在工作過程中過度升溫是保證系統(tǒng)可靠工作的前提。
離合器種類眾多，干式單片膜片彈簧式離合器屬于摩擦式離合器的一種，其結構簡單、尺寸緊湊、分離迅速，是目前應用最廣泛的離合器。據統(tǒng)計乘用車中采用摩擦離合器的車型占全部制造車型的74％，貨運車甚至占到全部制造車型的90％以上。因此，針對它的各種改進一直在進行，其材料技術和制造技術也在不斷發(fā)展，因此這種離合器在汽車上應用廣泛，并且有進一步增加用量的趨勢。
離合器壓盤是離合器的關鍵零部件之一，離合器壓盤工作時在彈簧的作用下使壓盤與摩擦片結合，使發(fā)動機動力傳遞給變速箱。當需要離合器分離時，通過變速箱輸入軸軸套上的分離軸承，推動分離杠桿最長一端，使分離杠桿拉動離合器壓盤，克服彈簧在壓板上的作用力，使壓盤與摩擦片分離。離合器壓盤通過液壓或機械傳動操作離合器壓盤是否和飛輪結合，把發(fā)動機的動力傳到變速器。踩下離合器踏板，離合器壓盤離開飛輪，切斷動力的傳遞。抬起離合器踏板離合器壓盤和飛輪壓緊傳遞動力。
壓盤結構大多數是環(huán)形盤狀的鑄件，離合器通過壓盤元件來與發(fā)動機緊密相連。試驗表明，摩擦片的磨損是隨壓盤溫度的升高而增大的，當壓盤工作表面超過180-200℃時，摩擦片磨損急劇增加。正常條件使用的離合器壓盤，工作表面的瞬時溫度不能超過180℃。在特別頻繁的使用條件下，壓盤表面的瞬時溫度有可能達到1000℃。過高的溫度會使壓盤在受壓過程中產生裂紋甚至碎裂。為使摩擦表面溫度不致過高，除了要求壓盤有足夠大的質量以保證擁有足夠的熱容量外，還要求散熱通風性能良好。同時離合器壓盤在使用一段時間后，壓盤工作環(huán)境條件會引起工作平面磨損、擦傷、燒蝕、破裂和翹曲變形。同時由于使用地區(qū)道路情況惡劣，駕駛員可能需要頻繁操作離合器，造成離合器反復接合分離，上一輪接合產生的熱量還未散去下一輪接合己再次開始，使得離合器熱負載極大，在極限重載工況下，其抗拉強度安全系數不足，導致其提前失效。若離合器出現打滑或分離不徹底故障時，又使壓盤受熱變形或不均勻磨損。當壓盤翹曲變形后摩擦片只能與壓盤部分接觸，這樣接觸面減小，傳遞轉矩困難，更易打滑。汽車壓盤易引起早期變形損壞的最根本原因是熱變形，其次是摩擦與機械刮傷。這主要是由于壓盤本身為鑄造件，材料為添加合金元素的灰鑄鐵，基本上是由鐵、碳和硅等元素組成的共晶型合金，其力學性能在很大程度上取決于其基體組織。為了得到高強度、良好力學性能的鑄件，希望基體組織以珠光體為主，盡量減少鐵素體含量。因為鐵素體含量過多不僅會使鑄鐵強度降低，而且在加工時易導致刀具過熱，降低刀具壽命。對灰鑄鐵而言一般不要求其有延性和韌性，只要求其強度，所以一般都以珠光體含量高為好。分析認為溫升導致的熱變形、壓盤材料問題和鑄造工藝問題、駕駛員操作因素和使用條件問題等是可能導致壓盤提前損壞的原因。
離合器壓盤在實際使用情況中出現的熱變形問題主要是由于溫度不均勻而使壓盤產生軸向變形，變形后的壓盤摩擦面呈錐形，從而使其摩擦面積和作用半徑減小，從而影響其傳遞轉矩的能力。離合器中受熱最嚴重的零件是壓盤，對于重載工作條件下的離合器必須考慮起步過程接合時壓盤的溫升。離合器在接合、分離的過程中主從動部分存在滑磨，使得摩擦面溫度升高。若不能有效散熱，過度溫升易使材料出現強度下降甚至導致部件失效，從而無法保證離合器正常工作，因此防止離合器過度升溫是保證其可靠工作的一前提。
因此，離合器壓盤應具有：
1、傳熱性好，具有較大的質量,以增大工作過程中的熱容量，減小溫升，防止過高溫使其產生裂紋和破碎，也可設置各種形狀的散熱筋或鼓風筋，以幫助散熱通風。
2、較高的摩擦系數，較大剛度，使壓緊力在摩擦面上的壓力均勻分布，并減小受熱后的翹曲變形，以免影響摩擦片的均勻壓緊及與離合器的徹底分離，厚度約為15～25mm。
3、與飛輪應保持良好的對中性，并要進行靜平衡，壓盤單件的平衡精度應不低于15～20g·cm。
現行的壓盤材料一般采用灰鑄鐵，如HT200、HT250、HT300。另外可添加少量合金元素如鎳、鐵、錳等以增強其機械強度?；诣T鐵中的石墨片有切割金屬基體、破壞其連續(xù)性、降低其強度的作用，應避免產生長而薄的石墨片和粗大的石墨片。優(yōu)質壓盤鑄件的基體組織應全部為珠光體，石墨片為A型且均勻分布于金屬基體中，珠光體也應該細小而均勻。壓盤生產方法為鑄造，它是將金屬熔煉成符合一定要求的熔體澆進鑄型里，經冷卻凝固、精整處理后得到有預定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。其質量一般取決于澆注方法、型砂工藝參數、熔體處理等工藝環(huán)節(jié)，若壓盤摩擦面的表面粗糙度較大、摩擦面硬度不均勻，可能使部分摩擦區(qū)域強度不夠而出現熱變形。
離合器工作時由于受到移動熱源的熱流沖擊和對流換熱的交替作用，且隨著接合分離次數的增加波動上升，這將造成熱疲勞和熱沖擊。HT20O的疲勞極限應力不超過11OMPa，HT25O的疲勞極限不超過127MPa，而中等載荷工況下的應力峰值己經超過了HT25O的疲勞極限應力。因此在中等載荷工況下，隨著離合器接合分離次數的增多，熱應力循環(huán)容易積累塑性變形損傷并導致壓盤熱彈性失穩(wěn)，最終使得壓盤出現熱裂紋。這說明即使在汽車載重不大的情況下，此時離合器接合分離一次產生的熱流不會很大。但是如果反復操作離合器，隨著接合分離次數的增加，壓盤反復升溫降溫，相應的應力循環(huán)次數增多，塑性變形損傷積累將導致壓盤產生疲勞熱裂紋，這種交變熱應力很容易導致壓盤的熱彈性失穩(wěn)，最終使得壓盤提前損壞。
總的來說，離合器滑磨時，摩擦產生的熱量流入飛輪、摩擦片和壓盤。熱量的不斷流入，使得壓盤的溫度升高，產生熱變形。壓盤結構的改進方向是使結構簡化、緊湊、便于通用，增大熱容量，提高使用性能和使用壽命，便于拆裝與調整等等。
灰鑄鐵材料由于具有很好的強韌性、耐熱性、鑄造性能和阻尼減震性能，一直是離合器壓盤的理想材料。但隨著現代離合器的發(fā)展，離合器所承受的熱負荷和機械負荷不斷提高。不但要求壓盤材料具有很好的強韌性、耐熱性和抗疲勞性，還要求具有較優(yōu)良的導熱性能，以緩解由于局部過熱引起的熱應力，滿足頻繁熱沖擊所帶來的熱疲勞需求。可見，目前所使用的灰鑄鐵材料在很大程度上已無法滿足設計者的要求、特別是大馬力的重型汽車離合器的發(fā)展需求以及客戶的需求，離合器選擇材料的主要出發(fā)點在于高強度、高韌性、高導熱、優(yōu)良的疲勞性能及輕量化。
技術實現要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種蠕墨鑄鐵汽車離合器壓盤材料及其制備方法，該材料具有較高的強韌性、較好的耐熱應力和不同疲勞應力等綜合性能較優(yōu)異的特性，更適合做離合器壓盤。
本發(fā)明的一種蠕墨鑄鐵汽車離合器壓盤材料，所述材料按質量百分比包括：C3.4～3.9％，Si 2.1～2.7％，Mn 0.3～0.8％，P≤0.1％，S≤0.08％，Re殘0.02～0.05％，Mg殘0.02～0.03％，余量為Fe。(“殘”代表Re和Mg的殘余量)
所述材料按質量百分比包括：C 3.5％，Si 2.3％，Mn 0.4％，P 0.08％，S 0.06％，Re殘0.036％，Mg殘0.027％，余量為Fe。
所述材料按質量百分比包括：C 3.6％，Si 2.5％，Mn 0.5％，P 0.1％，S 0.07％，Re殘0.033％，Mg殘0.024％，余量為Fe。
所述材料按質量百分比包括：C 3.8％，Si 2.6％，Mn 0.6％，P 0.1％，S 0.06％，Re殘0.039％，Mg殘0.024％，余量為Fe。
本發(fā)明的一種蠕墨鑄鐵汽車離合器壓盤材料的制備方法，包括：
采用喂絲法制備蠕墨鑄鐵：按比例將原料混合，然后加入稀土系蠕化劑和75SiFe孕育劑，進行熔體熔煉與處理；其中，熔煉溫度1500℃，熔體處理溫度1450～1480℃，澆注溫度1360～1400℃。
所述稀土系蠕化劑的加入量為材料總質量的1.2～1.8％；75SiFe孕育劑的加入量為材料總質量的0.5～1.0％。
對稀土系蠕化劑的具體成分及含量是否有要求。
金相組織：蠕蟲狀石墨，蠕化率70～90％，基體組織，珠光體≥80％。
機械性能：抗拉強度≥440Mpa，硬度≥265，延伸率1.5％，室溫疲勞性能≥210MPa(1×107次)，彈性模量≥150GPa。
物理性能：導熱系數50W/m.K，摩擦系數0.72。
有益效果
與現有技術相比較，本發(fā)明所提供的蠕墨鑄鐵性能得到進一步提高，與普通灰鑄鐵相比蠕墨鑄鐵抗拉強度提高80％，彈性模量提高35-40％，屈服強度提高近一倍；蠕墨鑄鐵具有較高的強韌性、較好的耐熱應力和不同疲勞應力等綜合性能較優(yōu)異的特性，更適合做離合器壓盤。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
實施例1
化學成分：C 3.5％，Si 2.3％，Mn 0.4％，P 0.08％，S 0.06％，Re殘0.036％，Mg殘0.027％，余量為Fe。熔體熔煉與處理：熔煉溫度1500℃，熔體處理溫度1460℃，澆注溫度1390℃，采用稀土系蠕化劑，加入量為材料總質量的1.5％；75SiFe孕育劑，加入量為材料總質量的0.8％；經過喂絲法制備得到蠕墨鑄鐵。
金相組織：蠕蟲狀石墨，蠕化率80％，基體組織，珠光體86％。
機械性能：抗拉強度450Mpa，硬度272，延伸率1.4％，室溫疲勞性能240MPa(1×107次)，彈性模量180GPa。
物理性能：導熱系數52W/m.K，摩擦系數0.72。
實施例2
化學成分：C 3.6％，Si 2.5％，Mn 0.5％，P 0.1％，S 0.07％，Re殘0.033％，Mg殘0.024％，熔體熔煉與處理：熔煉溫度1500℃，熔體處理溫度1460℃，澆注溫度1390℃，采用稀土系蠕化劑，加入量為材料總質量的1.7％，75SiFe孕育劑，加入量為材料總質量的0.8％，經過喂絲法制備得到蠕墨鑄鐵。
金相組織：蠕蟲狀石墨，蠕化率87％，基體組織，珠光體85％。
機械性能：抗拉強度470Mpa，硬度275，延伸率1.5％，室溫疲勞性能260MPa(1×107次)，彈性模量190GPa。
物理性能：導熱系數48W/m.K，摩擦系數0.73。
實施例3
化學成分：C 3.8％，Si 2.6％，Mn 0.6％，P 0.1％，S 0.06％，Re殘0.039％，Mg殘0.024％，熔體熔煉與處理：熔煉溫度1500℃，熔體處理溫度1460℃，澆注溫度1390℃，采用稀土系蠕化劑，加入量為材料總質量的1.8％，75SiFe孕育劑，加入量為材料總質量的0.9％，經過喂絲法制備得到蠕墨鑄鐵。
金相組織：蠕蟲狀石墨，蠕化率89％，基體組織，珠光體88％。
機械性能：抗拉強度490Mpa，硬度295，延伸率1.4％，室溫疲勞性能280MPa(1×107次)，彈性模量199GPa。
物理性能：導熱系數47W/m.K，摩擦系數0.76。