CN102080177A - 钒钛蠕墨铸铁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钒钛蠕墨铸铁。根据本发明的钒钛蠕墨铸铁按重量百分比计由如下成分组成：3.4～3.9％的碳、2.1～2.8％的硅、0.5～0.9％的锰、0.10～0.35％的钒、0.10～0.25％的钛、0.01～0.035％的残留镁、0.02～0.045％的残留稀土、不超过0.1％的磷、不超过0.07％的硫，余量为铁；其中，在钒钛蠕墨铸铁中珠光体的含量为＞50％，蠕化率＞60％。本发明所述钒钛蠕墨铸铁是一种用于汽车制动鼓的蠕墨铸铁，该蠕墨铸铁是利用钒钛生铁为原材料，在不单独加入其它合金元素的情况下获得的，其具有良好的机械性能、高温抗热疲劳性能、抗热裂性、耐磨性和导热性能，较小的壁厚敏感性和蠕化衰退性。

Description

钒钛蠕墨铸铁

技术领域

本发明属于材料冶金领域，涉及一种用于汽车制动鼓的蠕墨铸铁。

背景技术

目前国内外生产汽车制动鼓的材质主要有普通灰铸铁、合金灰铸件二类。灰铸铁具有一定的硬度，但是灰铸铁制动鼓的物理力学性能、机械强度、耐低温性能及抗热疲劳性能在汽车实用过程中难以令人满意，且在使用过程中容易出现热裂纹和磨损快的现象，造成一定的安全隐患。由于通过加入合金元素可以得到高强度合金灰铸铁，目前，各国主要采用低合金灰铸铁生产制动鼓。如英美等国主要采用高C低合金V、Mo灰铸铁，俄罗斯等国主要采用Cr、Ni、Mo合金灰铸铁，由于加入了Ni、Mo等贵合金元素，使上述合金灰铸铁的生产成本较高。

因此，从运营成本及安全性角度出发，开发具有机械强度高，导热性能好，抗热疲劳性能优良、不易出现热裂纹、耐低温等综合性能优良的新型材料来代替灰铸铁材料具有重要的工程应用价值和现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钒钛蠕墨铸铁，是一种用于汽车制动鼓的蠕墨铸铁，该蠕墨铸铁的机械性能、热疲劳性能和耐磨性能比灰铸铁高，导热率减震性又优于球铁，且蠕墨铸铁的比重比灰铸铁小。因此，根据本发明的蠕墨铸铁生产制动鼓既保持了灰铸铁之长，又弥补了灰铸铁之不足，因而可以提高制动鼓的使用寿命，增加制动的平稳性和可靠性，减轻铸件的自重。本发明可直接利用钒钛磁铁矿熔炼后的高温铁水(1320℃～1350℃)经电炉调整成分获得钒钛蠕墨铸铁，避免了二次熔炼过程，节约了能源。而且，本发明利用富含V、Ti元素的原料，实现了在不加入其它合金元素的条件下，使钒钛蠕墨铸铁的强度、耐磨性能和抗热疲劳性能都优于加入Ni、Mo合金元素的合金灰铸铁和钒钛灰铸铁，大大降低了成本。

根据本发明的钒钛蠕墨铸铁，按重量百分比计由如下成分组成：3.4～3.9％的碳、2.1～2.8％的硅、0.5～0.9％的锰、0.10～0.35％的钒、0.10～0.25％的钛、0.01～0.035％的残留镁、0.02～0.045％的残留稀土、不超过0.1％的磷、不超过0.07％的硫，余量为铁；其中，在钒钛蠕墨铸铁中珠光体的含量为＞50％，蠕化率＞60％。

根据本发明的钒钛蠕墨铸铁，其中，所述碳当量CE为4.3～4.8％，其中CE＝C+1/3(Si+P)。

根据本发明的钒钛蠕墨铸铁，其中，所述蠕墨铸铁可用于制备汽车的制动鼓、汽车制动盘、发动机缸体缸盖、排气歧管中的任意一种。

附图说明

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1a为根据本发明的钒钛蠕墨铸铁中石墨形态是90％蠕虫状石墨和10％球状石墨的金相组织图；

图1b根据本发明的钒钛蠕墨铸铁中基体组织为70％珠光体的金相组织图；

图2为现有的钒钛灰铸铁的金相组织图。

具体实施方式

本发明利用富含V、Ti元素的原料，实现了在不加入其它合金元素的条件下，使钒钛蠕墨铸铁的强度、耐磨性能和抗热疲劳性能都优于加入Ni、Mo合金元素的合金灰铸铁和钒钛灰铸铁，大大降低了成本。

一般铸铁中碳的存在形式为：片状石墨、蠕虫状石墨、球状石墨和碳化物，含有反球化元素钛和含硫量高的钒钛生铁或铁水无法生产球墨铸铁，只能生产钒钛灰铸铁和钒钛蠕墨铸铁。石墨在铸铁组织中存在的形态不同，其性能有很大的差异，钒钛灰铸铁的抗拉强度一般小于300MPa，延伸率小于1％，而钒钛蠕墨铸铁的抗拉强度大于350Mpa，延伸率大于1％。

本发明提供了一种钒钛蠕墨铸铁，其组分按重量百分比计由如下成分组成：3.4～3.9％的碳、2.1～2.8％的硅、0.5～0.9％的锰、0.10～0.35％的钒、0.10～0.25％的钛、0.01～0.035％的残留镁、0.02～0.045％的残留稀土、不超过0.1％的磷、不超过0.07％的硫，余量为铁；其中，在钒钛蠕墨铸铁中珠光体的含量为＞50％，蠕化率＞60％。

下面，首先说明根据本发明的钒钛蠕墨铸铁的化学成分限定在上述范围内的原因。

本发明钒钛蠕墨铸铁中的C和Si都是促进石墨化的元素。C、Si含量越高，蠕墨铸铁中石墨化过程越容易进行，蠕墨铸铁组织中石墨数量就多。对于生产耐热耐磨性要求较高的制动鼓，组织中要求有一定数量的石墨，即要求较高碳当量CE，CE＝C+1/3(Si+P)。适当的碳当量有助于减小白口倾向，但碳当量CE过高会导致石墨多而粗大，基体组织中的珠光体数量不足，铁素体含量增加，使力学性能(强度和硬度)降低，因此本发明所述蠕墨铸铁的碳当量CE：4.3～4.8％。在本发明中，碳的含量控制在3.4～3.9％的范围内，碳含量在该范围内铁水流动性好，易补缩，收缩小，可获得优良的铸造性能。硅含量对基体影响十分显著，主要用来防止白口，控制基体中珠光体含量。随着硅量增加，基体中珠光体量逐渐减少，铁素体量逐渐增加。为了获得较高的性能要求，且得到珠光体基体的蠕墨铸铁，可以适当减少硅量。本发明将硅的最终含量控制在2.1～2.8％。终硅量低于2.1％时，基体中珠光体含量过多，硬度过高，影响铸态制动鼓机加工性能。终硅量高于2.8％时，基体中珠光体过少，强度、硬度达不到要求。

锰在蠕墨铸铁中起稳定珠光体的作用，在常规含量内对石墨蠕化无影响。为了使钒钛蠕墨铸铁基体中珠光体含量在50％以上，本发明控制锰含量为0.5～0.9％。若锰含量小于0.5％，则易获得铁素体基体的钒钛蠕墨铸铁，由于基体中珠光体含量少，强度和硬度达不到要求。但若锰含量大于0.9％，则钒钛蠕墨铸铁基体中的珠光体量较高，使其强度和硬度值过高，加工困难，且塑性差，降低了热疲劳性能。

硫和所有蠕化元素(主要包括镁和稀土元素)都有很大亲和力，蠕化元素加入铁液中首先消耗于脱硫和脱氧，将铁液中硫降至小于0.03％，剩余蠕化元素才使石墨蠕化。原铁液含硫越多，消耗蠕化剂也越多。蠕化剂加入量越多，形成的硫化夹渣也越多，既不经济，又危害材质的性能，加速蠕化衰退。这是硫对蠕墨铸铁有害的方面。但是，硫在一定范围内有扩大蠕化剂加入量的作用，即在较宽的蠕化剂加入量范围内均可获得蠕墨铸铁，这是硫对蠕墨铸铁生产有利的一方面。因此，本发明控制硫含量为不超过0.07％。

磷含量过高会形成较多磷共晶体，它降低冲击韧度，提高脆性转变温度，使铸件易出现缩松和冷裂。但一定量的磷所形成的磷共晶体弥散分布有助于提高硬度，提高耐磨性，故对于耐磨件可适当提高磷的含量。综合考虑后本发明中磷含量控制在不超过0.1％。

本发明所用原料中含有0.3％左右的V和0.25％左右的Ti，这有效地细化、稳定珠光体，同时V和Ti与碳、氮有高的亲和力而形成显微硬度极高的硬化相钒钛碳氮化合物，提高强度、耐磨性能和耐热疲劳性能。另外，V、Ti增加了白口倾向，属于干扰元素即反球化元素，可以适当拓宽蠕化范围，有利于蠕化处理，因此本发明中钒的含量为0.10～0.35％，钛的含量为0.10～0.25％。若钒钛含量低于0.10％，形成的碳氮化合物很少，起不到提高强度和耐磨性的作用。当钒钛含量高于上限时，形成的钒钛碳氮化合物过多，强度硬度值过高，不易加工，且反球化作用过强，不利于蠕化处理。

稀土和镁元素对铁液而言都是强烈的变质元素。镁是一种强烈的球化元素，在铁液中先让铁液脱硫，再让石墨球化，残留的镁量过低只能生成片状石墨，残余镁量过高则生成球状石墨，残留的镁量在0.010～0.013％的较窄浓度范围才能得到蠕虫状石墨，而铁液中含有干扰元素钛时，残留镁量范围加宽。稀土元素具有很强的中和干扰元素的能力，稀土加入到铁液中首先与硫等元素反应，使铁液净化，铁液净化后残留稀土对石墨起变质作用，单独使用稀土处理铸铁溶液时稀土残留量在0.045～0.075％即可得到蠕虫状石墨，稀土价格相对较高，一般采用稀土合金进行蠕化处理，而采用稀土和镁的合金进行蠕化处理，稀土和镁在比较宽的配比范围内，都可以得到蠕虫状石墨。因此本发明中残余的镁量控制在0.01～0.035％，稀土残留量控制在0.02～0.045％的范围内。

本发明将通过以下的实施例作进一步的说明。

对比例1

HT250灰铸铁的成分如表1所示。采用HT250灰铸铁制备得到的制动鼓产品的性能如表2所示，金相组织图如图2所示，可以看出灰铸铁中的石墨形态为片状。

对比例2

合金灰铸铁的成分如表1所示。采用合金灰铸铁制备得到的制动鼓产品的性能如表2所示。

对比例3

钒钛灰铸铁的成分如表1所示，采用钒钛灰铸铁制备得到的制动鼓产品的性能如表2所示。

实施例1

参照图1a和图1b，可以看出根据本发明的钒钛蠕墨铸铁的石墨形态大部分为蠕虫状，图1中a中钒钛蠕墨铸铁的石墨形态为90％蠕虫状石墨和10％球状石墨，图1b中基体组织为70％珠光体；根据本发明的钒钛蠕墨铸铁的成分如表1所示，用本发明所述钒钛蠕墨铸铁制备得到制动鼓产品性能如表2所示。

表1对比例1-3和实施例1中各种铸铁的成分

表2对比例1-3和实施例1中各种铸铁制备的制动鼓产品的性能

由上面的表2可知，根据本发明的钒钛蠕墨铸铁制备的制动鼓的各项性能指标已经超过了由对比例1至3的铸铁所制备的制动鼓的性能指标。根据本发明的蠕墨铸铁的机械性能、热疲劳性能和耐磨性能比灰铸铁高，且蠕墨铸铁的比重比灰铸铁小。因此，用根据本发明的蠕墨铸铁生产制动鼓既保持了灰铸铁之长，又弥补了灰铸铁之不足，可以提高制动鼓的使用寿命，增加制动的平稳性和可靠性，减轻铸件的自重。且本发明利用原料富含V、Ti元素的特点，实现了在不加入其它合金元素的条件下，使钒钛蠕墨铸铁的综合性能优于加入Ni、Mo合金元素的制动鼓和钒钛铸铁制动鼓，成本较低。

本钒钛蠕墨铸铁除可以用于汽车制动鼓之外，还可以用于汽车制动盘、发动机缸体缸盖、排气歧管等。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims (3)

1.一种钒钛蠕墨铸铁，按重量百分比计由如下成分组成：3.4～3.9％的碳、2.1～2.8％的硅、0.5～0.9％的锰、0.10～0.35％的钒、0.10～0.25％的钛、0.01～0.035％的残留镁、0.02～0.045％的残留稀土、不超过0.1％的磷、不超过0.07％的硫，余量为铁；其中，在钒钛蠕墨铸铁中珠光体的含量为＞50％，蠕化率＞60％。

2.根据权利要求1所述的钒钛蠕墨铸铁，其特征在于碳当量CE为4.3％～4.8％，其中，CE＝C+1/3(Si+P)。

3.根据权利要求1所述的钒钛蠕墨铸铁，其特征在于所述蠕墨铸铁用于制备汽车的制动鼓、汽车制动盘、发动机缸体缸盖和排气歧管中的任意一种或多种。

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