專(zhuān)利名稱(chēng)：新型剎車(chē)轂材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壽命剎車(chē)轂材料。
剎車(chē)轂是汽車(chē)的關(guān)鍵保安件之一。傳統(tǒng)的觀(guān)念認(rèn)為剎車(chē)轂的失效是磨損，因此，目前載重汽車(chē)的剎車(chē)轂都是采用珠光體基體灰鑄鐵鑄造而成的。9噸以下載重車(chē)采用HT200(珠光體含量＞90％，石墨為A型。)來(lái)鑄造；9噸以上重載車(chē)采用HT250(珠光體含量＞90％，石墨為A型(帶有尖角的片狀石墨)。)來(lái)鑄造(目前還未選到合適材料)。但目前HT250的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足9噸以上重型載重車(chē)剎車(chē)轂的要求，存在的關(guān)鍵問(wèn)題是HT250的抗冷熱疲勞性能與強(qiáng)韌性差。9噸以上重型載重車(chē)剎車(chē)轂的失效主要是剎車(chē)轂表面早期出現(xiàn)冷熱疲勞裂紋(龜裂)，然后裂紋擴(kuò)展很快，導(dǎo)致開(kāi)裂，失去剎車(chē)能力而失效。目前跑山路較多的9噸以上重型車(chē)當(dāng)運(yùn)行20000公里左右時(shí)，剎車(chē)轂就因疲勞裂紋開(kāi)裂而失效(正常剎車(chē)轂的壽命應(yīng)當(dāng)100000公里以上。)，嚴(yán)重地威脅到人與車(chē)的安全，降低了產(chǎn)品質(zhì)量和信譽(yù)及限制了重型載重車(chē)的發(fā)展。同時(shí)由于剎車(chē)轂的使用壽命低，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)明者通過(guò)對(duì)大量重型載重車(chē)剎車(chē)轂失效機(jī)理的分析，發(fā)現(xiàn)磨損是失效的次要因素，主要失效形式是疲勞開(kāi)裂。因此，通過(guò)改變剎車(chē)轂的基體組織與石墨形態(tài)，提高其抗冷熱疲勞能力，防止因疲勞裂紋導(dǎo)致剎車(chē)轂開(kāi)裂而失效，是提高9噸以上重型車(chē)使用壽命、產(chǎn)品質(zhì)量和信譽(yù)及促進(jìn)其發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一，這也是本發(fā)明創(chuàng)新之處。
本發(fā)明的目的是改變9噸以上重型車(chē)剎車(chē)轂失效原因主要為磨損的傳統(tǒng)觀(guān)念，通過(guò)改變鑄鐵剎車(chē)轂的化學(xué)成分，將現(xiàn)9噸重型載重車(chē)使用的鑄鐵剎車(chē)轂的珠光體基體與A型石墨改變?yōu)殍F素體基體與球形或蠕蟲(chóng)狀石墨來(lái)提高9噸以上重型載重車(chē)剎車(chē)轂的強(qiáng)韌性、抗冷熱疲勞性能(減少表面熱疲勞裂紋的萌生與減小已萌生的疲勞裂紋的擴(kuò)展速率。)及使用壽命。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的通過(guò)改變9噸以上重型載重車(chē)現(xiàn)使用鑄鐵剎車(chē)轂的化學(xué)成分，使現(xiàn)使用的鑄鐵剎車(chē)轂的珠光體基體與A型石墨改變?yōu)殍F素體基體與球狀石墨或蠕蟲(chóng)狀石墨來(lái)提高車(chē)剎車(chē)轂的強(qiáng)韌性、抗冷熱疲勞性及使用壽命。
本發(fā)明提高9噸以上重型載重車(chē)剎車(chē)轂材料的強(qiáng)韌性、抗冷熱疲勞性及使用壽命的技術(shù)方案包括兩個(gè)方面。第一方面是將珠光體基體改為鐵素體基體，提高基體的韌性、穩(wěn)定體與導(dǎo)熱性，減少急冷急熱過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力與相變應(yīng)力，因鐵素體的相變溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于珠光體的相變溫度，因此，在急冷急熱過(guò)程中鐵素體產(chǎn)生的相變應(yīng)力小于球光體，同時(shí)鐵素體的韌性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于球光體的韌性；第二個(gè)方面是將A型石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐问蛉湎x(chóng)狀石墨，因球形或蠕蟲(chóng)狀石墨與A型石墨相比不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，對(duì)基體的割裂作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于A型石墨。因此，鐵素體基體球墨鑄鐵或鐵素體基體蠕墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、韌性與塑性均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于HT250(珠光體量＞90％，石墨為A型。)。
在剎車(chē)的急冷急熱過(guò)程中，鐵素體基體球鐵或蠕鐵與HT250相比，相變應(yīng)力與熱應(yīng)力小，同時(shí)鐵素體基體有高的韌性，再加上石墨為球形或蠕蟲(chóng)狀與A型石墨相比割裂基體差，使基體強(qiáng)韌性高，并不易作為裂紋源，導(dǎo)致裂紋不易萌生，同時(shí)鐵素體基體球鐵或蠕鐵有高的強(qiáng)韌性與石墨形態(tài)為球形或蠕蟲(chóng)狀不利裂紋的擴(kuò)展，因此，即使一旦裂紋萌生也不易擴(kuò)展。而具有珠光體基體與A型石墨的HT250的冷熱疲勞裂紋易萌生，且一旦萌生，擴(kuò)展速度很快，因A型石墨是帶有尖角的片狀，割裂基體嚴(yán)重，容易作為裂紋源，且珠光體的韌性與熱穩(wěn)定性均低于鐵素體，因此，在反復(fù)、多次、交變的相變應(yīng)力、熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力的綜合作用下，一旦片狀石墨與片狀石墨相連，即裂紋萌生，且按此方式裂紋擴(kuò)展速率很快，很快導(dǎo)致基體開(kāi)裂，剎車(chē)轂失效。
因此，本發(fā)明鐵素體基體球鐵或蠕鐵剎車(chē)轂在剎車(chē)的急冷急冷熱過(guò)程中具有很強(qiáng)的抵抗冷熱疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展的能力，使其使用壽命得到大幅度的提高。
本發(fā)明鑄態(tài)鐵素體基體球墨鑄鐵剎車(chē)轂的化學(xué)成分(wt％):C:3.5～4.0；Si:2.4～3.0；Mn＜0.5；P＜0.06；S＜0.03；Mg:0.03～0.05；RE:0.02～0.04。性能σb＞400MPa,δ＞10％,HB＜180。金相組織鐵素體量＞75％，球化率1～4級(jí)(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))，碳化物量＜3％,磷共晶＜3％。
本發(fā)明鑄態(tài)鐵素體基體蠕墨鑄鐵剎車(chē)轂的化學(xué)成分(wt％):C:3.5～3.9；Si:2.4～3.0；Mn＜0.5；P＜0.06；S＜0.03；Mg:0.01～0.03；RE:0.04～0.07；Ti＜0.2。性能σb＞350MPa,δ＞2％,HB＜180。金相組織鐵素體量＞75％，蠕化率＞55％，碳化物量＜3％，磷共晶＜3％。
本發(fā)明鑄態(tài)鐵素體球鐵或蠕鐵剎車(chē)彀與目前正在使用的HT200或HT250剎車(chē)轂相比，前者的抗拉強(qiáng)度、延伸率、抗冷熱疲勞性能等大大優(yōu)于后者，抗拉強(qiáng)度提高70％～100％以上，抗冷熱疲勞性能成倍的提高，裝車(chē)試驗(yàn)也很好地證實(shí)了上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
本發(fā)明用鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵鑄造剎車(chē)轂，其成分、組織、性能與冷熱疲勞性能由表1、2、3所列實(shí)施例給出。由表1、2、3看出，鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵與蠕墨鑄鐵的σb(抗拉強(qiáng)度)、δ(延伸率)、抗熱疲勞性能均優(yōu)于HT250。
表1鐵素體基體球鐵成分、組織與性能
表2鑄態(tài)鐵素體基體蠕鐵成分、組織與性能
表3冷熱疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在第一汽車(chē)集團(tuán)公司汽車(chē)研究所跑車(chē)試驗(yàn)點(diǎn)-農(nóng)安啤酒廠(chǎng)汽車(chē)運(yùn)輸隊(duì)進(jìn)行裝車(chē)與跑車(chē)實(shí)驗(yàn)。
采用HT250(珠光體基體，石墨為A型。)鑄造的剎車(chē)轂裝在跑山路較多的9噸重型載重汽車(chē)上，運(yùn)行20000公里左右時(shí)，就因疲勞裂紋裂透，剎車(chē)轂開(kāi)裂，導(dǎo)致剎車(chē)轂失效。同一臺(tái)車(chē)再裝一套HT250鑄造的剎車(chē)彀，結(jié)果與第一套一樣，同樣運(yùn)行到20000公里左右時(shí)，因疲勞裂紋裂透，剎車(chē)轂開(kāi)裂而失效。
本發(fā)明采用C:3.81；Si:2.72；Mn:0.42；P:0.051；S:0.022；Mg:0.041；RE:0.022(wt％)的鐵素體基體球墨鑄鐵鑄造了9噸重型載重車(chē)剎車(chē)轂。其金相組織鐵素體量＞90％，球化率1級(jí)，碳化物量＜1％，磷共晶＜1％。；性能σb:460MPa,δ:16.1％,HB:166。該剎車(chē)轂裝在同一臺(tái)車(chē)上(跑山路較多的)，到申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利時(shí)已運(yùn)行30000公里左右，但拆下觀(guān)察，還沒(méi)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)表面龜裂，一切正常，又裝車(chē)運(yùn)行，預(yù)計(jì)壽命要比HT250大大提高。
本發(fā)明采用C:3.73；Si:2.83；Mn:0.45；P:0.052；S:0.021；Mg:0.013；RE:0.051；Ti:0.011(wt％)的鐵素體基體蠕墨鑄鐵鑄造了9噸重型載重車(chē)剎車(chē)轂。其金相組織鐵素體量＞90％，蠕化率70％，碳化物量＜1％，磷共晶＜1％。；性能σb:380MPa,δ:3.5％,HB:168。該剎車(chē)轂裝在另一臺(tái)9噸重型載重汽車(chē)上，到申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利時(shí)，已運(yùn)行30000公里左右，沒(méi)發(fā)現(xiàn)龜裂，一切正常。
權(quán)利要求
1．剎車(chē)轂材料，其特征在于a．采用鑄態(tài)鐵素體基體球墨鑄鐵，其化學(xué)成分(wt.％):C:3.5-4.0,Si:2.4-3.0,Mn:＜0.5,P:＜0.06,S:＜0.03,Mg:0.03-0.05,RE:0.02-0.04；b．采用鑄態(tài)鐵素體基體蠕墨鑄鐵，其化學(xué)成分(wt.％):C:3.5-3.9,Si:2.4-3.0,Mn:＜0.5,P:＜0.06,S:＜0.03,Mg:0.01-0.03,RE:0.04-0.07,Ti:＜0.2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種剎車(chē)轂材料,特別是9噸以上重型載重車(chē)使用的鑄鐵剎車(chē)轂材料。本發(fā)明改變了一直認(rèn)為剎車(chē)轂失效的主要方式是磨損的傳統(tǒng)觀(guān)念,發(fā)現(xiàn)了其失效主要方式是冷熱疲勞引起的開(kāi)裂。因此,以鐵素體基體球鐵或蠕鐵取代珠光體基體灰鑄鐵制造剎車(chē)轂,使其強(qiáng)韌性、抗冷熱疲勞性及使用壽命等明顯提高。
文檔編號(hào)C22C37/04GK1232882SQ9910140
公開(kāi)日1999年10月27日 申請(qǐng)日期1999年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月25日
發(fā)明者姜啟川, 趙玉謙, 趙宇光, 劉長(zhǎng)鎖, 金勝燦, 張瑞卿, 王化平, 王金國(guó), 關(guān)慶豐, 王樹(shù)奇, 方建儒, 戰(zhàn)松江 申請(qǐng)人:吉林工業(yè)大學(xué)