CN101967601B - 铸铁制动鼓用铸铁 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种载重量大的载重汽车，尤其是经常在山路或坡路频繁出现，需要频繁刹车的路况下运行的载重量大的载重汽车的铸铁制动鼓用铸铁。在HT250、铁素体球铁和铁素体蠕铁的化学成分的基础上，进行了化学成分重新设计，其成分为C、Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Mg、RE、Fe。得到了一种球状与蠕虫状两种形状的石墨同时分布在珠光体与铁素体双相基体上的铸铁。采用球状与蠕虫状两种形状石墨的共存代替现有铸铁制动鼓用铸铁中的A型石墨或单一球状石墨或单一蠕虫状石墨；珠光体与铁素体双相基体代替现有铸铁制动鼓用铸铁中的单一珠光体或铁素体基体。提高了制动鼓的高温强度、抗热疲劳性能和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种重型载重汽车的制动鼓，尤其是载重量大的载重汽车且经常在山路或坡路频繁行走，需要频繁刹车的路况下运行的载重量大的载重汽车的铸铁制动鼓用铸铁。
背景技术：
重型载重汽车的制动鼓是载重车的重要保安件之一。目前，经常在山路或坡路频繁出现，需要频繁刹车的路况下运行的载重量大的载重汽车的制动鼓的寿命很低，一般在20000-60000公里，其失效原因主要是热机械疲劳产生裂纹，导致制动鼓表面产生龟裂，甚至开裂而失效。我国每年要消耗掉数百万个制动鼓，价值数十亿元。同时，严重威胁人与车的安全。因此，提高载重量大的载重汽车的制动鼓的寿命迫在眉睫，具有重大的经济效益与社会效益。
国内外载重量大的载重汽车的制动鼓均采用HT250来生产，HT250的微观组织为：A型石墨与珠光体基体(含量大于90％)。为了提高该类制动鼓的寿命，国内外科研工作者和工程技术人员进行了大量的研究工作，例如，在HT250铸铁中加入贵重的Mo、Ni和RE等元素，虽然取得了一定效果，但寿命提高的并不明显，没有实质性的进展，制动鼓的失效仍然是疲劳裂纹的萌生与扩展。ZL 99101407.3，在提高制动鼓寿命上的一个新进展是发明了“刹车股材料”：该发明专利是采用铁素体基体球墨铸铁或铁素体基体蠕墨铸铁来生产制动鼓。铁素体基体球墨铸铁或铁素体基体蠕墨铸铁均具有很好的抗热机械疲劳裂纹萌生和扩展的能力，有效地延缓了制动鼓的表面龟裂和开裂失效。所以，该制动鼓装在20吨以下载重量的载重汽车上，同时，该载重汽车的路况多为平路，刹车不是很频繁时，其寿命得到了明显提高。但由于该铸铁制动鼓的基体为铁素体，铁素体的韧性很好。一旦用于20吨以上(甚至达到60-70吨)载重量的载重汽车上，且该载重汽车的路况多为山路或坡路，需要频繁刹车时，制动鼓将会发生塑性变形，导致刹车不稳，甚至灵敏性变差。因此，发明用于20吨以上(甚至达到60-70吨)载重量的载重汽车上，且该载重汽车的路况多为山路或坡路，需要频繁刹车的制动鼓材料是非常急需的，具有重大的经济效益与社会效益。
当前，铸铁制动鼓材料为三种铸铁材料：(1)HT250-珠光体灰铸铁(珠光体量大于90％，A型石墨)；(2)铁素体球墨铸铁(铁素体量大于75％，球化率1-4级)：(3)铁素体蠕墨铸铁(铁素体量大于75％，蠕化率大于55％)。
上述，三种铸铁制动鼓存在的关键问题：(1)由于珠光体灰铸铁中存在具有尖角型的A型石墨，促进热疲劳裂纹的萌生与扩展，导致制动鼓早期发生龟裂，甚至开裂，寿命低；(2)由于铁素体球墨铸铁或铁素体蠕墨铸铁中存在大于75％的铁素体，韧性很好，在重载和大制动力(山路或坡路紧急刹车时)时，易发生塑性变形，导致制动的平稳性和灵敏性下降，使用寿命降低。
发明内容：
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种提高制动鼓使用寿命的铸铁制动鼓用铸铁。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
采用球状与蠕虫状两种形状石墨的共存代替现有铸铁制动鼓用铸铁中的A型石墨或单一球状石墨或单一蠕虫状石墨；珠光体与铁素体双相基体代替现有铸铁制动鼓用铸铁中的单一珠光体或铁素体基体，达到提高制动鼓的高温强度、抗热疲劳性能和使用寿命的目的。通过采用球状与蠕虫状两种形状共存的石墨代替具有尖角型的A型石墨，是为了解决尖角型A型石墨，促进热疲劳裂纹萌生与扩展，导致制动鼓早期发生龟裂，甚至开裂的致命问题。同时，克服蠕虫状石墨相对球状石墨对基体割裂严重，而球状石墨相对蠕虫状石墨导热率低的矛盾；采用珠光体与铁素体双相基体代替单一珠光体或单一铁素体基体，是为了解决珠光体韧性低，易使热疲劳裂纹萌生与扩展，导致制动鼓早期发生龟裂，甚至开裂的关键问题和解决铁素体韧性好、强度低，易发生塑性变形的关键难问题。实现采用一种新型的球状与蠕虫状两种形状共存的石墨分布在珠光体与铁素体双相基体上的铸铁生产重型载重汽车制动鼓，提高其抗热疲劳裂纹萌生与扩展的能力，延缓制动鼓发生龟裂，提高其使用寿命的目的。同时，还能节省昂贵的Mo、Ni等元素。该发明将会大大地提高重型载重汽车的安全性与可靠性，带来重大的经济效益与社会效益。
铸铁制动鼓用铸铁采用球状与蠕虫状两种形状的石墨同时分布在珠光体与铁素体双相基体上，其化学成分按重量百分比为：C：3.50～4.00；Si：1.60～2.40；Mn：0.30～0.50；P：0.02～0.05；S：0.01～0.03；Cr：0.10～0.30；Cu：0.20～0.40；Mg：0.01～0.05；RE：0.01～0.05；其余为Fe。
金相组织：30-50％的球状石墨和50-70％的蠕虫状石墨同时分布在50-70％的珠光体和30-50％的铁素体的双相基体上。
有益效果：(1)克服了A型石墨尖角处应力集中，易导致热疲劳裂纹的萌生与扩展；(2)克服了蠕虫状石墨相对球状石墨对基体割裂严重，而球状石墨相对蠕虫状石墨导热率低的矛盾；(3)解决了珠光体韧性低，易使热疲劳裂纹萌生与扩展，导致制动鼓早期发生龟裂，甚至开裂的关键问题；(4)解决了铁素体韧性好、强度低，易发生塑性变形的关键难问题。本发明的铸铁与HT250铸铁相比具有高的高温抗拉强度和抗热疲劳性能(高的抗裂纹萌生与扩展的能力)；与铁素体球墨铸铁或铁素体蠕墨铸铁相比具有高的高温抗拉强度和略高的抗热疲劳性能，防止了制动鼓因变形而失效，详见具体实施方式中的表1-2。
具体实施方式：
下面结合实施例做进一步的详细说明：
铸铁制动鼓用铸铁的金相组织为：球状与蠕虫状两种形状的石墨同时分布在珠光体与铁素体双相基体上，其化学成分按重量百分比为：C：3.50～4.00；Si：1.60～2.40；Mn：0.30～0.50；P：0.02～0.05；S：0.01～0.03；Cr：0.10～0.30；Cu：0.20～0.40；Mg：0.01～0.05；RE：0.01～0.05；其余为Fe。
金相组织：30-50％球状石墨和50-70％蠕虫状石墨同时分布在50-70％的珠光体和30-50％的铁素体的双相基体上。
本发明的铸铁制动鼓用铸铁的熔炼工艺与HT250、铁素体球铁和铁素体蠕铁的相同。采用中频感应电炉进行熔炼，主要原材料为废钢与增碳剂，铁液温度大于1500摄氏度出炉，倒入浇包内，在浇包内进行石墨球化和蠕化处理。然后浇注高温抗拉试样和热疲劳试样。并与加Mo的HT250、铁素体球铁和铁素体蠕铁的金相组织、高温抗拉强度和抗疲劳性能进行比较，如表1-2所示。
表1铸铁制动鼓用铸铁、加Mo HT250、铁素体球铁和铁素体蠕铁的化学成分与组织
注：1号试样-加Mo HT250；2号试样-铁素体球铁；3号试样-铁素体蠕铁；4-6号试样-新型铸铁制动鼓用铸铁。
表2铸铁制动鼓用铸铁、加Mo的HT250、铁素体球铁和铁素体蠕铁的高温强度和抗热疲劳性能
注：热疲劳实验是在自制的冷热疲劳实验机上进行的，自动控温、自动记录冷热循环次数。试样加热到实验温度，保温4秒钟，然后在室温水中冷却4秒钟，再加热到实验温度，整个过程为全自动。热疲劳试样尺寸为：14×6×55mm，采用线切割机床在试样的一端预制一个长6mm的缺口，缺口直径为0.18mm。
由表1-2的实验结果表明，新型铸铁制动鼓用铸铁的高温抗拉强度和抗疲劳性能显著高于加Mo的HT250；高温抗拉强度明显高于铁素体球铁和铁素体蠕铁，抗热疲劳性能略高于铁素体球铁和铁素体蠕铁。铸铁制动鼓用铸铁的成本低于加Mo的HT250，与铁素体球铁和铁素体蠕铁相当。与ZL 99101407.3公开的技术方案相比，去掉了Ti，添加了Cr和Cu，使单一的球状或蠕虫状石墨转变为球状和蠕虫状两种形状石墨共存；使大于75％的铁素体基体转变为50-70％的珠光体和30-50％的铁素体的双相基体，在高温抗拉强度和抗热疲劳性能上具有意想不到的效果。
实施例1
铸铁制动鼓用铸铁的化学成分按重量百分比为：C：3.61；Si：1.74；Mn：0.46；P：0.045；S：0.026；Cr：0.26；Cu：0.36；Mg：0.045；RE：0.045；其余为Fe。
金相组织：50％球状石墨和50％蠕虫状石墨同时分布在70％珠光体和30％铁素体双相基体上。
实施例2
铸铁制动鼓用铸铁化学成分按重量百分比为：C：3.86；Si：2.21；Mn：0.041；P：0.029；S：0.021；Cr：0.018；Cu：0.028；Mg：0.026；RE：0.015；其余为Fe。
金相组织：40％球状石墨和60％蠕虫状石墨同时分布在60％珠光体和40％铁素体双相基体上。
实施例3
铸铁制动鼓用铸铁化学成分按重量百分比为：C：3.96；Si：2.38；Mn：0.34；P：0.022；S：0.014；Cr：0.011；Cu：0.022；Mg：0.015；RE：0.035；其余为Fe。
金相组织：30％球状石墨和70％蠕虫状石墨同时分布在50％珠光体和50％铁素体双相基体上。
Claims (2)
1.一种铸铁制动鼓用铸铁，其特征在于，采用球状与蠕虫状两种形状的石墨同时分布在珠光体与铁素体双相基体上，其化学成分按重量百分比为：C：3.50～4.00；Si：1.60～2.40；Mn：0.30～0.50；P：0.02～0.05；S：0.01～0.03；Cr：0.10～0.30；Cu：0.20～0.40；Mg：0.01～0.05；RE：0.01～0.05；其余为Fe。
2.按照权利要求1所述的铸铁制动鼓用铸铁，其特征在于，金相组织：球状石墨30-50％和蠕虫状石墨50-70％同时分布在50-70％珠光体和30-50％铁素体双相基体上。
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