CN103572149A

CN103572149A - 高强度制动盘及其铸造方法

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Publication number: CN103572149A
Application number: CN201310448670.5A
Authority: CN
Inventors: 吴文波; 韦永棵; 伍月恩
Original assignee: Fuji And Machinery Industry (hubei) Co Ltd
Current assignee: Fuji And Machinery Industry (hubei) Co Ltd
Priority date: 2013-09-28
Filing date: 2013-09-28
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-09-28
Also published as: CN103572149B

Abstract

一种高强度制动盘，由以下原料按所述重量配比制成：C3.6-3.85%，Si1.6-2.1%，Mn0.5-0.9%，Ni0.2-0.25%，Cr0.2-0.35%，Mo0.05-0.1%，Cu0.3-0.4%，Ti0.03-0.05%，B0.1-0.15%，V0.2-0.3%，Zr0.15-0.2%，Ce0.03-0.06%，La0.03-0.06%，Nb0.01-0.02%，Ta0.01-0.02%，余量为铁。本发明结合车用高档零部件特性，精选多种微合金元素进行合理配比，通过各种材料的优势互补、协同作用提高了汽车用后制动盘的强度、韧性、耐磨性、耐候性能及加工性能。

Description

高强度制动盘及其铸造方法

技术领域

本发明涉及一种汽车零部件，尤其是涉及一种高强度制动盘及其铸造方法。

背景技术

汽车制动盘是汽车零部件最重要的零部件之一，为了保证汽车制动盘的加工质量，对汽车制动盘铸件的化学成分、金相组织、石墨形态、抗拉强度、硬度等均有着较为严格的要求。目前，采用常规方法所生产出来的制动盘铸件强度不高、耐磨性能不好，C型石墨成分多，造成石墨组织肥大，使其在车削加工后粗糙度难以保证；为了消除石墨肥大弊端，通常采用添加微量元素Sb的方法来阻碍石墨化，促进珠光体的形成，但是Sb的添加会导致铸件内部产生缩松组织的倾向加大，造成铸件车削加工后不合格率明显上升，有时不合格率高达20%。尤其是在刹车面与装配面连接的R角（制动盘圆形凸台的R角位置）处会往往会存在严重的内部缩松缺陷。在制动盘受力过程中，由于该处缩松的存在，会使制动盘由于受力集中而产生断裂倾向。

为了解决技术问题，业内很多发明人进行了艰苦的探索。如中国专利（公开号：101423882）公开了一种汽车制动盘的铸造工艺,该工艺料比采用C3.70-3.75%、Si2.10-2.20%、Mn0.80±0.05%、P<0.15%、S0.07-0.12%、Cu<0.30%、Sb 0.030-0.035%、Sn<0.01%;同时加入0.1%的70SB-1型瞬间孕育剂，虽然以上配方及其工艺一定程度上提高了汽车制动盘的性能。

然而随着我国汽车工业的迅猛发展，该发明方法制造的制动盘已经远远不能满足要求。具体来说，现有高档车型中的制动盘需要抗拉强度大于200MPa， A型石墨≥92%，完全消除C型石墨形态。铸件内部不产生缩松组织，铸件的均一性、稳定性能好，车削加工后的合格率能够大大提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度制动盘及其铸造方法，以改善现有实心结构后制动盘铸件强度不高、耐磨性能不好，C型石墨成分多，内部R角缩松缺陷严重，制动盘存在受力断裂倾向，制动过程安全性差，生产效率低、生产成本高等技术问题。

本发明主要是通过下述技术方案解决上述技术问题的：一种高强度制动盘，由以下原料按所述重量配比制成：C3.6-3.85%，Si1.6-2.1%，Mn0.5-0.9%， Ni0.2-0.25%，Cr0.2-0.35%，Mo0.05-0.1%，Cu0.3-0.4%，Ti0.03-0.05%，B0.1-0.15%，V0.2-0.3%，Zr0.15-0.2%，Ce0.03-0.06%，La0.03-0.06%，Nb 0.01-0.02% ，Ta0.01-0.02%，余量为铁。

制作以上高强度制动盘的铸造方法，包括以下步骤：

A.将铁原料（P≤0.1%,S≤0.1%）投入冲天炉中，升温至1450-1480℃，待原料完全液化后，加入C3.6-3.85%，Si1.6-2.1%，Mn0.5-0.9%， Ni0.2-0.25%，Cr0.2-0.35%，Mo0.05-0.1%，Cu0.3-0.4%，Ti0.03-0.05%，B0.1-0.15%，V0.2-0.3%，Zr0.15-0.2%，然后将铁水出炉注入浇注机保温备用；

B.将Ce0.03-0.06%，La0.03-0.06%，Nb0.01-0.02% ，Ta0.01-0.02%与可发性聚甲基丙烯酸甲酯(EPMMA)混合并熔化后，倒入一环形模具内，制成一微合金消失环，将微合金消失环固定于砂型中靠近制动盘圆形凸台的R角附近；

C.向砂型内浇注铁水，待冒口出现铁水后，停止浇铸，待其冷却后拆模，去除铸件上的附着物和毛刺，修整尺寸后即得高强度后制动盘。

本发明结合车用高档零部件特性，精选多种微合金元素进行合理配比，通过各种材料的优势互补、协同作用提高了汽车用后制动盘的强度、韧性、耐磨性、耐候性能及加工性能。本发明中，在C3.6-3.85%的情况下，Cu可提高铸件的耐大气腐蚀能力，V提高屈强比，有细化晶粒作用，对低温冲击韧度有利；Mo可细化针状铁素体晶粒组织,并可增强从其它合金元素获得的沉淀硬化效果；Ti的氮化物可以有效地抑制先共析铁素体的形成；Cr可细化铁素体晶粒，能显著提高低温韧性。

聚甲基丙烯酸甲酯（EPMMA）树脂是无毒环保的材料，在铁水的浇铸下，会逐渐消失。稀土金属Ce能降低铸件中Sn等低熔点物质的危害，形成有利于提高铸件性能的高熔点物质。稀土金属La可以细化晶粒，减少S 和P在晶界的偏析,净化晶界提高铸件的冲击韧性。上述材料制成的微合金消失环装在圆形凸台的R角处，在铁水的作用下，其中的Ce、La、Nb等成分随着消失环的消失，逐渐扩散在铸件的R角附近，因此大大提高了制动盘R角附近的强度和韧性，并大大节约了合金材料。

附图说明

图1是砂型的结构示意图；

图2是砂型的剖视图；

图3是图2中进汤片的A向视图；

图4是砂芯模型的结构示意图；

图5是冷铁的结构示意图；

图6是冷铁的剖面示意图；

图7是微合金消失环的结构示意图；

图8是砂型造型机的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

砂型造型机说明：如图8所示，砂型造型机1的工作过程是将型砂12送入砂型造型机1的砂斗11内；将砂斗11内的型砂12吹入造型室13内，通过正压板14（PP板）与反压板15（CP板）对型砂12进行挤压，达到预设的压力值，使型砂12达到所希望的硬度和形状，制成砂型16；将砂型16移至造型室13的前端，振动CP板使其缓慢的脱离砂型16，并向上摆平至水平位置，PP板将砂型16推出造型室13，振动PP板以便使它脱离砂型16，然后PP板退回到造型室13的起始位置；CP板下摆回原来的位置，关闭造型室13，以便制作下一个砂型16；制作好的砂型16由铸型输送线向前输送，便于后批量续浇注作业。

砂型的制作：砂型由两个外模型3和一砂芯201复合而成，其中砂芯位于外模型当中；现有普通造型机均可制作，造型机生产线可大批量连续生产砂模，生产效率很高。

a.砂芯：参见图1、2、3、4、5、6、7，砂芯201由两块结构相同的砂芯模型2对应结合而成，砂芯模型2由砂型造型机1制备，在砂芯模型2左右两端设有定位栓21，砂芯模型2外侧面中心区域具有圆形凸台20，圆形凸台20的圆心处设有贯穿砂芯模型2的砂芯中心孔22，在砂芯模型2内侧、两定位栓21之间的中心线上设有横截面为半圆形直浇道23，直浇道23底部与砂型中心孔22连通，砂型中心孔22的末端设有进汤片4，该进汤片可以将内外模型的型腔连接。

在直浇道23末端设有陶瓷过滤片24；在砂芯201内侧靠近铸件易产生R角缩松的部位设冷铁凹槽25，该冷铁凹槽25内放置有冷铁26；砂芯侧部还设有砂芯排气孔27，砂芯中心孔23附近设有加强筋28；

b. 外模型：使用砂型造型机1制备外模型3，该外模型3内型腔与砂芯201外侧形状吻合，内型腔左右两端设有与定位栓21吻合的定位孔31，内型腔的外缘设有横浇道32、浇口杯33，浇口杯33与横浇道32连通，该横浇道32的末端出口与砂芯模型2内的直浇道23入口对接，外模型3内型腔外缘还设有与型腔连接的冒口34、砂芯排气管35、金型排气管36，金型排气管36与冒口34连接，砂芯排气管35的管口与砂芯排气孔27连接；

本发明采用的砂型具有工艺简单，造型方便，生产率高，产品合格率高的优点。其砂模内增设砂芯，铸件通过砂模和砂芯共同成型；浇注系统位于砂芯内部，改善了现有浇注系统一般位于外模的传统做法。高温铁水从浇注机浇注到砂模顶端的浇口杯后，立即进入位于砂芯内的直浇道，直浇道内的过滤片能净化铁水，铁水通过陶瓷过滤片进入砂芯中心孔，在360°范围内进入铸件内腔，可以一次浇铸形成两件产品，因此提高了生产效率；砂芯内放置的冷铁靠近易产生R角的缩松部位，但又不与铸件接触，不仅能调节铁水温度场，解决缩松缺陷，而且冷铁不与铸件接触也避免了铸件产生白口倾向，大大提高了产品的质量。该发明很好的改善了现有垂直造型线工艺的不足，具有很好的经济效益。

微合金消失环5的制备：将可发性聚甲基丙烯酸甲酯(EPMMA)与Ce0.1-0.2%，La0.1-0.2%，Nb 0.01-0.03% ，Ta0.01-0.02%混合，熔融后通过模具制成余量为制成微合金消失环。

本发明具体实施例：

实施例1：将铁原料（P≤0.1%,S≤0.1%）投入冲天炉中，升温至1450℃，待原料完全液化后，加入C3.6%，Si1.6%，Mn0.5%， Ni0.2%，Cr0.2%，Mo0.05%，Cu0.3%，Ti0.03%，B0.1%， V0.2%，Zr0.15%，然后将铁水出炉注入浇注机保温备用；

将微合金消失环5（如图7所示）套置于砂芯模型圆形凸台20的R角处，该微合金消失环5主要由可发性聚甲基丙烯酸甲酯(EPMMA)制成，并加入了制动盘总重量的以下元素：Ce0.05%，La0.05%，Nb0.015% ，Ta0.02%。微合金消失环5的内径等于或大于圆形凸台20外径，其截面积为9mm-81mm；

通过砂芯201内部的直浇道23向砂型内浇注铁水，待冒口34出现铁水后，停止浇铸，待其冷却后拆模，去除铸件上的附着物和毛刺，修整尺寸后即得高强度制动盘。

实施例2：将铁原料（P≤0.1%,S≤0.1%）投入冲天炉中，升温至1465℃，待原料完全液化后，加入C3.73%，Si1.85%，Mn0.7%， Ni0.23%，Cr0.28%，Mo0.08%，Cu0.35%，Ti0.04%，B0.13%， V0.25%，Zr0.175%，然后将铁水出炉；

将微合金消失环5（如图7所示）套置于砂芯模型圆形凸台20的R角处，该微合金消失环5主要由可发性聚甲基丙烯酸甲酯(EPMMA)制成，并加入了制动盘总重量的以下元素：Ce0.03%，La0.03%，Nb0.01% ，Ta0.01%。微合金消失环5的内径等于或大于圆形凸台20外径，其截面积为9mm-81mm；

实施例3：将铁原料（P≤0.1%,S≤0.1%）投入冲天炉中，升温至1480℃，待原料完全液化后，加入C3.85%，Si2.1%，Mn0.9%， Ni0.25%，Cr0.35%，Mo0.1%，Cu0.4%，Ti0.05%，B0.15%， V0.3%，Zr0.2%，然后将铁水出炉；

将微合金消失环5（如图7所示）套置于砂芯模型圆形凸台20的R角处，该微合金消失环5主要由可发性聚甲基丙烯酸甲酯(EPMMA)制成，并加入了制动盘总重量的以下元素：Ce0.06%，La0.03%，Nb0.01% ，Ta0.015%。微合金消失环5的内径等于或大于圆形凸台20外径，其截面积为9mm-81mm；

为了验证本发明效果，发明人做了以下对比试验：

试样制备：1.试样1、2、3：分别采用上述实施例1-3制得铁水后、采用本发明方法制作的高强度后制动盘。2.对比例：采用现有工艺制作的后制动盘（元素成分比：C3.8%，Si82.2%，Mn0.9%， Ni0.2%，Cr0.2%，Mo0.04%，Cu0.3%，余量为铁（P≤0.1%,S≤0.1%））。

检测结果：见下表。

通过以上检测结果可以发现，采用本发明制备的后制动盘强度、硬度、耐磨性等特性均优于现有产品，能够满足使用需求。

最后，应当指出，以上具体实施方式仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述具体实施方式，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种高强度制动盘，其特征是由以下原料按所述重量配比制成：C3.6-3.85%，Si1.6-2.1%，Mn0.5-0.9%，Ni0.2-0.25%，Cr0.2-0.35%，Mo0.05-0.1%，Cu0.3-0.4%，Ti0.03-0.05%，B0.1-0.15%，V0.2-0.3%，Zr0.15-0.2%，Ce0.03-0.06%，La0.03-0.06%，Nb 0.01-0.02% ，Ta0.01-0.02%，余量为铁。

2. 一种制备权利要求1所述的高强度后制动盘的铸造方法，其特征是所述铸造方法包括以下步骤：

A.将铁原料投入冲天炉中，升温至1450-1480℃，待原料完全液化后，加入C3.6-3.85%，Si1.6-2.1%，Mn0.5-0.9%， Ni0.2-0.25%，Cr0.2-0.35%，Mo0.05-0.1%，Cu0.3-0.4%，Ti0.03-0.05%，B0.1-0.15%，V0.2-0.3%，Zr0.15-0.2%，然后将铁水出炉注入浇注机保温备用；

B.将Ce0.03-0.06%，La0.03-0.06%，Nb0.01-0.02% ，Ta0.01-0.02%与可发性聚甲基丙烯酸甲酯混合并熔化后，倒入一环形模具内，制成一微合金消失环，将微合金消失环固定于砂型中靠近制动盘圆形凸台的R角附近；

C. 向砂型内浇注铁水，待冒口出现铁水后，停止浇铸，待其冷却后拆模，去除铸件上的附着物和毛刺，修整尺寸后即得高强度后制动盘。