CN105063471B - 一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料及其制备方法；属于灰铸铁材料技术领域；其材料主要包括下述质量百分比的化学成份：C:3.00～3.70％，Si:1.5～2.8％，Mn:0.38～1.5％，S≤0.04％，P≤0.08％，Mg:0.02～0.04％，Cr:0.20～0.50％，V:0.2～0.5％，Mo:0.2～0.45％，Sn:0.04～0.10％，余量为铁；其方法包括下述步骤：(1)铁液熔炼；(2)孕育处理；(3)浇注工艺。本发明旨在提供一种抗性和耐磨性能优异且综合力学性能理想的货车制动鼓用低合金灰铸铁材料及其制备方法；用于灰铸铁材料制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种灰铸铁材料，更具体地说，尤其涉及一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料。本发明同时还涉及上述低合金灰铸铁材料的制备方法。
背景技术
汽车制动鼓是最常见的制动装置，结构紧凑且制动功率大，它作用于汽车前后轮毂，不仅是影响汽车的制动性能，而且也影响着车轮的平衡度，同时对货车的安全性能起到保障作用。随着我国物流、交通运输业的快速发展，货车正在向高速和重载方向发展，为保证货车的行驶安全性能要求，因此对货车制动鼓材料和制备工艺提出了更高的工艺和性能要求。
普通制动鼓采用灰铸铁材料制备，灰铸铁具有良好的流动性、铸造性能，制造成本低，铸件质量容易控制而且具有其特定的优良性能，如抗疲劳耐磨性、减震性及加工性能等，使得灰铸铁自问世以就在铸造生产中成为许多铸件的首选材料，如发动机缸体缸盖及缸套、钢锭模、机床床身及导轨、旋转压缩机气缸、活塞环、输水管道等都是采用灰铸铁进行生产制造的。
同时,随着汽车载重和速度的增加,使得所需要的制动鼓材料应当发展成同时具有高强度、高抗热疲劳性和良好的耐磨性。抗热疲劳性随着石墨含量的增加而增加,强度则因石墨片的改善或随珠光体的增加而增加。石墨的含量主要取决于C含量,但也受Si和Cu及Sn的小范围影响。石墨片的形状和大小,以及珠光体的强度受到其他合金的影响,特别是Mo、Cr、Cu和Sn。因此材料向合金铸铁方面发展，并得到研究及应用。目前，现有的技术和灰铁材料有其本身性能限制，容易造成汽车制动鼓的寿命短，更换频繁，甚至易造成安全事故。
发明内容
本发明的前一目的在于针对上述现有技术的不足，提供抗疲劳性和耐磨性能优异且综合力学性能理想的货车制动鼓用低合金灰铸铁材料。
本发明的后一目的在于提供一种制备上述低合金灰铸铁材料的方法。
本发明的前一技术方案是这样实现的：一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料，该材料主要包括下述质量百分比的化学成份：C:3.00～3.70％，Si:1.5～2.8％，Mn:0.38～1.5％，S≤0.04％，P≤0.08％，Mg:0.02～0.04％，Cr:0.20～0.50％，V:0.2～0.5％，Mo:0.2～0.45％，Sn:0.04～0.10％，余量为铁；
优选地，该材料主要包括下述质量百分比的化学成份：C:3.10～3.50％，Si:1.55～2.5％，Mn:0.40～1.3％，S≤0.03％，P≤0.06％，Mg:0.03～0.04％，Cr:0.25～0.45％,V:0.25～0.45％，Mo:0.25～0.35％，Sn:0.05～0.08％，余量为铁；
进一步优选地，该材料主要包括下述质量百分比的化学成份：C:3.25％，Si:1.59％，Mn:0.42％，S：0.029％，P：0.043％，Mg:0.035％，Cr:0.4％，V:0.27％，Mo:0.30％，Sn:0.06％，余量为铁。
上述的一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料中，该材料还包括下述质量百分比的化学成份：Ni:0.2～0.5％，Cu:0.30～0.70％；优选地，该材料还包括下述质量百分比的化学成份：Ni:0.25～0.45％，Cu:0.35～0.60％；进一步优选地，该材料还包括下述质量百分比的化学成份：Ni:0.31％，Cu:0.5％。
本发明的后一技术方案是这样实现的：一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料的制备方法，其中该方法包括下述步骤：
(1)铁液熔炼：根据配方量配制好原材料，将配制好的原材料加入中频感应电炉加热熔炼得到合金铁水；待合金铁水温度达到1480～1550℃时出炉；
(2)孕育处理：将孕育剂置于浇包中，冲入合金铁水，进行灰铁孕育处理，孕育时间是30s～120s，搅拌除渣，待灰铁铁液处理好后，准备后续浇注；
(3)浇注工艺：将步骤(2)孕育处理好的灰铁铁液浇入砂型型腔中，浇注温度1380～1450℃，铁液凝固冷却并清理后，得到本发明的货车制动鼓用低合金灰铸铁材料。
上述的货车制动鼓用低合金灰铸铁材料的制备方法中，步骤(2)所述孕育剂为硅钡孕育剂，加入量为原料总质量的0.8～1.2％。
本发明采用上述技术方案所生产的低合金灰铸铁材料，由于加入了适量的合金元素，可以有效提高灰铸铁的强度，同时确保C、Si一定的当量，可以避免缩松缩孔等铸造缺陷的产生。与现有技术相比，具有下述的优点：
(1)在现有常规成分配比基础上，添加少量的Sn可以促进珠光体的稳定，同时其在灰铁共晶凝固过程中,逐渐向液相偏析,最后富集在与石墨片相邻的奥氏体中,共析转变时,阻碍奥氏体中的碳向石墨片扩散,从而使珠光体增多；
(2)Ni、Cu和Cr、V结合使用，灰铁中加入适量的Ni、Cu来中和Cr、V的白口倾向，其组成刚好和它们石墨化能力相适应，同时可以强烈稳定珠光体。适量的Ni、Cu可以减轻含Cr、V铸铁的白口倾向，但又不促成游离铁素体，同时又可以使铁素体得到强化，进一步细化且稳定珠光体；Mo和Sn同样如此搭配使用。合金的综合使用，改善了灰铸铁的力学性能，很好地满足制动鼓的性能要求。
(3)本发明方法利用普通含石墨的粘土砂造型，型腔表面刷醇基石墨涂料，然后浇注合金铁液冷却成型。本发明所用的铸造工艺操作简单，适合工业化批量生产。
附图说明
图1为本发明低合金灰铸铁的金相图；
图2为本发明实施例1低合金灰铸铁金相组织图；
图3为本发明实施例2低合金灰铸铁金相组织图；
图4为本发明实施例3低合金灰铸铁金相组织图。
图中：1、A型石墨；2、珠光体；3、铁素体
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
本发明的一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料，该材料主要包括下述质量百分比的化学成份：C:3.00～3.70％，Si:1.5～2.8％，Mn:0.38～1.5％，S≤0.04％，P≤0.08％，Mg:0.02～0.04％，Cr:0.20～0.50％，V:0.2～0.5％，Mo:0.2～0.45％，Sn:0.04～0.10％，余量为铁。其优选范围为：C:3.10～3.50％，Si:1.55～2.5％，Mn:0.40～1.3％，S≤0.03％，P≤0.06％，Mg:0.03～0.04％，Cr:0.25～0.45％,V:0.25～0.45％，Mo:0.25～0.35％，Sn:0.05～0.08％，余量为铁。其最优选的配比为：C:3.25％，Si:1.59％，Mn:0.42％，S：0.029％，P：0.043％，Mg:0.035％，Cr:0.4％，V:0.27％，Mo:0.30％，Sn:0.06％，余量为铁。
进一步地，为使灰铸铁材料的性能更加优异，该材料还包括下述质量百分比的化学成份：Ni:0.2～0.5％，Cu:0.30～0.70％。上述成份的优选范围为：Ni:0.25～0.45％，Cu:0.35～0.60％。上述成份的最优选配比为：Ni:0.31％，Cu:0.5％。
本发明的一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料的制备方法，该方法包括下述步骤：
(1)铁液熔炼：根据配方量配制好原材料，将配制好的原材料加入中频感应电炉加热熔炼得到合金铁水；待合金铁水温度达到1480～1550℃时出炉；
(2)孕育处理：将孕育剂置于浇包中，冲入合金铁水，进行灰铁孕育处理，孕育时间是30s～120s，搅拌除渣，待灰铁铁液处理好后，准备后续浇注；所述孕育剂优选为硅钡孕育剂，加入量为原料总质量的0.8～1.2％。
(3)浇注工艺：将步骤(2)孕育处理好的灰铁铁液浇入砂型型腔中，浇注温度1380～1450℃，铁液凝固冷却并清理后，得到本发明的货车制动鼓用低合金灰铸铁材料。
实施例1
配方组成及质量百分比为：C:3.25％，Si:1.59％，Mn:0.42％，S：0.029％，P：0.043％，Mg:0.035％，Cr:0.4％,V:0.27％，Ni:0.31％，Cu:0.5％,Mo:0.30％，Sn:0.06％，余量为铁。
制备方法：(1)铁液熔炼：根据配方量配制好原材料，将配制好的原材料加入中频感应电炉加热熔炼得到合金铁水；待铁水温度达到：1520℃出炉；
(2)孕育处理：将孕育剂置于浇包中，冲入合金铁水，进行灰铁孕育处理，孕育时间是50s，搅拌除渣，待铁液处理好后准备后续浇注；硅钡孕育剂(JFB2)加入量为原料的0.9％。
(3)浇注工艺：将步骤(2)孕育处理好的灰铁铁液浇入砂型型腔中，浇注温度1420℃，铁液凝固冷却并清理后，得到本发明的货车用制动鼓低合金灰铸铁材料。性能见表1。
实施例2
配方组成及质量百分比为：C:3.10％，Si:1.55％，Mn:0.40％，S：0.025％，P：0.044％，Mg:0.03％，Cr:0.25％,V:0.25％，Ni:0.25％，Cu:0.35％，Mo:0.25％，Sn:0.05％，余量为铁。
制备方法：(1)铁液熔炼：根据配方量配制好原材料，将配制好的原材料加入中频感应电炉加热熔炼得到合金铁水；待铁水温度达到：1490℃出炉；
(2)孕育处理：将孕育剂置于浇包中，冲入合金铁水，进行灰铁孕育处理，孕育时间是50s，搅拌除渣，待铁液处理好后准备后续浇注；硅钡孕育剂(JFB2)加入量为原料的0.9％。
(3)浇注工艺：将步骤(2)孕育处理好的灰铁铁液浇入砂型型腔中，浇注温度1420℃，铁液凝固冷却并清理后，得到本发明的货车用制动鼓低合金灰铸铁材料。性能见表1。
实施例3
配方组成及质量百分比为：C:3.50％，Si:2.5％，Mn:1.3％，S：0.029％，P：0.05％，Mg:0.04％，Cr:0.45％,V:0.45％，Ni:0.45％，Cu:0.60％Mo:0.35％，Sn:0.08％，余量为铁。
制备方法：(1)铁液熔炼：根据配方量配制好原材料，将配制好的原材料加入中频感应电炉加热熔炼得到合金铁水；待铁水温度达到：1500℃出炉；
(2)孕育处理：将孕育剂置于浇包中，冲入合金铁水，进行灰铁孕育处理，孕育时间是80s，搅拌除渣，待铁液处理好后准备后续浇注；硅钡孕育剂(JFB2)加入量为原料的1％。
(3)浇注工艺：将步骤(2)孕育处理好的灰铁铁液浇入砂型型腔中，浇注温度1410℃，铁液凝固冷却并清理后，得到本发明的货车用制动鼓低合金灰铸铁材料。性能见表1。
表1 本发明的货车用制动鼓低合金灰铸铁材料性能
注：磨损试验数据是在同样工况下测试的，1公斤压力，时间30分钟(质量损失率M＝Δm/s.t)。
实施例4
配方组成及质量百分比为：C:3.00％，Si:1.5％，Mn:0.38％，S：0.025％，P：0.07％，Mg:0.02％，Cr:0.20％,V:0.25％，Ni:0.2％，Cu:0.30％，Mo:0.25％，Sn:0.04％，余量为铁。
制备方法：(1)铁液熔炼：根据配方量配制好原材料，将配制好的原材料加入中频感应电炉加热熔炼得到合金铁水；待铁水温度达到：1480℃出炉；
(2)孕育处理：将孕育剂置于浇包中，冲入合金铁水，进行灰铁孕育处理，孕育时间是30s，搅拌除渣，待铁液处理好后准备后续浇注；硅钡孕育剂(JFB2)加入量为原料的0.9％。
(3)浇注工艺：将步骤(2)孕育处理好的灰铁铁液浇入砂型型腔中，浇注温度1380℃，铁液凝固冷却并清理后，得到本发明的货车用制动鼓低合金灰铸铁材料。
实施例5
配方组成及质量百分比为：C:3.70％，Si:2.8％，Mn:1.5％，S：0.04％,P：0.08％，Mg:0.04％，Cr:0.50％,V:0.5％，Ni:0.5％，Cu:0.70％，Mo:0.45％，Sn:0.10％，余量为铁。
制备方法：(1)铁液熔炼：根据配方量配制好原材料，将配制好的原材料加入中频感应电炉加热熔炼得到合金铁水；待铁水温度达到：1550℃出炉；
(2)孕育处理：将孕育剂置于浇包中，冲入合金铁水，进行灰铁孕育处理，孕育时间是120s，搅拌除渣，待铁液处理好后准备后续浇注；硅钡孕育剂(JFB2)加入量为原料的1.2％。
(3)浇注工艺：将步骤(2)孕育处理好的灰铁铁液浇入砂型型腔中，浇注温度1450℃，铁液凝固冷却并清理后，得到本发明的货车用制动鼓低合金灰铸铁材料。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
Claims (7)
1.一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料，其特征在于，该材料由下述质量百分比的化学成份组成：C:3.00～3.70％，Si:1.5～2.8％，Mn:0.38～1.5％，S≤0.04％，P≤0.08％，Mg:0.02～0.04％，Cr:0.20～0.50％，V:0.2～0.5％，Mo:0.2～0.45％，Sn:0.04～0.10％，Ni:0.2～0.5％，Cu:0.30～0.70％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料，其特征在于，C占材料总量的质量百分比为3.10～3.50％，Si占材料总量的质量百分比为1.55～2.5％，Mn占材料总量的质量百分比为0.40～1.3％，S占材料总量的质量百分比为≤0.03％，P占材料总量的质量百分比为≤0.06％，Mg占材料总量的质量百分比为0.03～0.04％，Cr占材料总量的质量百分比为0.25～0.45％,V占材料总量的质量百分比为0.25～0.45％，Mo占材料总量的质量百分比为0.25～0.35％，Sn占材料总量的质量百分比为0.05～0.08％，余量为铁。
3.根据权利要求2所述的一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料，其特征在于，C占材料总量的质量百分比为3.25％，Si占材料总量的质量百分比为1.59％，Mn占材料总量的质量百分比为0.42％，S占材料总量的质量百分比为0.029％，P占材料总量的质量百分比为0.043％，Mg占材料总量的质量百分比为0.035％，Cr占材料总量的质量百分比为0.4％，V占材料总量的质量百分比为0.27％，Mo占材料总量的质量百分比为0.30％，Sn占材料总量的质量百分比为0.06％，余量为铁。
4.根据权利要求1所述的一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料，其特征在于，Ni占材料总量的质量百分比为0.25～0.45％，Cu占材料总量的质量百分比为0.35～0.60％。
5.根据权利要求4所述的一种货车制动鼓用低合金灰铸铁材料，其特征在于，Ni占材料总量的质量百分比为0.31％，Cu占材料总量的质量百分比为0.5％。
6.一种制备权利要求1-5任一所述货车制动鼓用低合金灰铸铁材料的方法，其特征如下，该方法包括下述步骤：
(1)铁液熔炼：根据配方配制好原材料，将配制好的原材料加入中频感应电炉加热熔炼得到合金铁水；待合金铁水温度达到1480～1550℃时出炉；
(2)孕育处理：将孕育剂置于浇包中，冲入合金铁水，进行灰铁孕育处理，孕育时间是30s～120s，搅拌除渣，待灰铁铁液处理好后，准备后续浇注；
(3)浇注工艺：将步骤(2)孕育处理好的灰铁铁液浇入砂型型腔中，浇注温度1380～1450℃，铁液凝固冷却并清理后，得到货车制动鼓用低合金灰铸铁材料。
7.根据权利要求6所述的货车制动鼓用低合金灰铸铁材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述孕育剂为硅钡孕育剂，加入量为原料总质量的0.8～1.2％。
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