CN105886946A - 一种刹车片摩擦块的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刹车片摩擦块的制备方法,包括:将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温得到第一物料;将第一物料出炉进行浇注,冷却至375~395℃,进行表面机加工得到第二物料;将第二物料升温至Ta℃进行奥氏体化,然后保温,取出置于温度为200~220℃的硝盐浴中,升温至Tb℃,保温,油冷至100~120℃,接着升温至Tc℃进行回火,保温,空冷至室温得到刹车片摩擦块;Ta=1050+Ka×(nCo+nMo)/nNb,Ka的值为60~70,Tb=355+Kb×(nCo+nMo)/nNb,Kb的值为18~20,Tc=200+Kc×100×(nNb+nCo+nMo),Kc的值为170~200。
Description
技术领域
本发明涉及刹车片技术领域,尤其涉及一种刹车片摩擦块的制备方法。
背景技术
汽车刹车片对汽车运行的安全性、可靠性有着至关重要的影响,是汽车非常重要的零部件之一。
目前,国外汽车刹车片多采用树脂基摩擦片,其使用温度一般不高于250℃,温度过高会造成摩擦片树脂基体的老化、开裂,使摩擦片磨损率急剧增加,摩擦系数也发生很大的变化。现在普遍采用的是粉末冶金法制备的金属基复合材料摩擦片,其具有导热性能好、摩擦副温升低、许用温度高等优点。粉末冶金制动材料的使用温度较高,当制动温度达到500℃时,它仍能保持较小的磨损率和较优良的摩擦特性,对制动盘的热影响较小,并能保证汽车在恶劣气候条件下安全运行。
但目前汽车刹车片中制动摩擦块需要吸收的制动能量越来越大,温度可高达700℃,会引起刹车摩擦块易出现发生形变等问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种刹车片摩擦块的制备方法,所得摩擦块耐磨性能优异,硬度可达HRC 68,冲击韧性可达8.8J/cm2,满足实际使用过程中对摩擦块的要求。
本发明提出的一种刹车片摩擦块的制备方法,包括如下步骤:
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温得到第一物料,其中第一物料按重量百分比包括:C:1.0~1.3%,Si:0.3~0.4%,Mn:0.35~0.45%,Ni:0.07~0.10%,W:0.03~0.05%,Nb:0.05~0.06%,Zr:0.008~0.012%,Cr:2.5~2.8%,Ti:0.2~0.3%,Co:0.04~0.05%,Mo:0.02~0.03%,B:0.06~0.09%,Ce:0.07~0.10%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe;
S2、将第一物料出炉进行浇注,冷却至375~395℃,进行表面机加工得到第二物料;
S3、将第二物料升温至Ta℃进行奥氏体化,然后保温3.5~4.5h,取出置于温度为200~220℃的硝盐浴中,升温至Tb℃,保温4~5h,油冷至100~120℃,接着升温至Tc℃进行回火,保温1~2h,空冷至室温得到刹车片摩擦块;其中Ta=1050+Ka×(nCo+nMo)/nNb,Ka的值为60~70,Tb=355+Kb×(nCo+nMo)/nNb,Kb的值为18~20,Tc=200+Kc×100×(nNb+nCo+nMo),Kc的值为170~200,nNb、nCo、nMo分别表示铌元素、钴元素和钼元素在第一物料中所占重量百分比。
本发明中各元素作用如下:
碳(C):作为形成石墨球的主要元素,可以有效的控制石墨个数及石墨大小,同时,适当的碳当量可以使铁液易于流动,增加铁液的充型能力,减少缩松缩孔,提高铸件的致密性,但是碳含量过高,容易产生石墨漂浮,影响铸铁的性能,还会降低钢的耐大气腐蚀能力,增加钢的冷脆性和时效敏感性。
硅(Si):作为强烈促进石墨化的元素,又能起到孕育的效果。较高的含硅量对铸件的浇注及自补缩都有很大的好处,能显著提高钢的弹性极限,屈服点和抗拉强度。硅含量高些,对形成球状石墨有利,但硅含量超过3.0%时,冲击韧性会急剧降低,还能降低钢的焊接性能。硅和钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用。
锰(Mn):可以扩大奥氏体区,增强了奥氏体的稳定性;固溶在基体和碳化物中,可以强化基体,提高硬度,提高基体的淬透性。但是,较高的含锰量会引起晶粒粗大,且极易富集到共晶团的边界形成珠光体或碳化物。严重时碳化物形成网状,极大地影响了材料的韧性。
镍(Ni):在钢中强化铁素体并细化珠光体,能提高钢的强度,而又保持良好的塑性和韧性,还能提高钢对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有防锈和耐热能力。
钨(W):可与碳形成碳化钨,具有很高的硬度和耐磨性,能显著提高红硬性和热强性。
铌(Nb):能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性,提高强度、抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力,改善焊接性能,防止晶间腐蚀现象,但塑性和韧性有所下降。
锆(Zr):在钢中作用与铌、钛、钒相似,有脱氧、净化和细化晶粒的作用,提高钢的低温韧性,消除时效现象,提高钢的冲压性能。
铬(Cr):可提高淬透性,能显著提高强度、硬度和耐磨性,还能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性,但会降低塑性和韧性,同时也是碳化物形成元素,在球墨铸铁中,它能与碳生成M3C型碳化物可以作为有效的硬质点弥散分布在基体上,提高材料的硬度及耐磨度。经试验发现证实:含Cr0.5%,碳化物约占15~20%,满足实际需求。
钛(Ti):能使钢的内部组织致密,细化钢的晶粒组织,从而提高钢的强度和韧性,消除或减轻钢的晶间腐蚀现象,降低时效敏感性和冷脆性,改善焊接性能它能细化晶粒力。固溶强化作用强,但降低固溶体的韧性,固溶于奥氏体中提高钢的淬透性,但化合钛却降低钢的淬透性。改善回火稳定性,并有二次硬化作用,提高耐热钢的抗氧化性和热强性,如蠕变和持久强度,且改善钢的焊接性。
钴(Co):能强化铁素体,加入碳素钢中,在退火或正火状态下能提高钢的硬度、屈服点和抗拉强度,还具有抗氧化性能,使钢具有高的高温硬度,在耐热钢和耐热合金中得到应用。
钼(Mo):细化钢的晶粒,提高淬透性和热强性能,在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力,提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。钴与钼相互配合可使钢超高硬度和良好综合力学性能。
硼(B):钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能,提高强度。
铈(Ce):影响钢中非金属夹杂物的类型、数量和形态,净化钢质,减少了Al2O3对疲劳性能的危害,对高周疲劳和低周疲劳都很有利,促进钢中的组织转变,可吸附在正在长大的固态晶核表面,形成薄的富集层,降低表面能,阻碍晶体生长,从而降低了晶体长大速率,细化树枝状晶体,抑制柱状晶生长,进而减少枝晶偏析和区域偏析,细化晶粒,抑制回火脆性,提高钢的热塑性、热强性、疲劳性能、耐磨性、抗氢致脆性、抗氧化性。
优选地,S1的第一物料中,碳元素、硅元素和锰元素的重量比为1.1~1.2:0.32~0.36:0.38~0.42。
优选地,S1的第一物料中,钨元素、锆元素、铬元素的重量比为0.035~0.045:0.009~0.011:2.6~2.7。
优选地,S1中,第一物料按重量百分比包括:C:1.1~1.2%,Si:0.32~0.36%,Mn:0.38~0.42%,Ni:0.08~0.09%,W:0.035~0.045%,Nb:0.055~0.058%,Zr:0.009~0.011%,Cr:2.6~2.7%,Ti:0.23~0.26%,Co:0.044~0.046%,Mo:0.022~0.028%,B:0.07~0.08%,Ce:0.08~0.09%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe。
优选地,S3中,Ka的值为62~68,Kb的值为18.5~19,Kc的值为180~190。
奥氏体化温度较高时,奥氏体中碳含量较高时,奥氏体更加稳定,最终组织中具有较多的高碳残余奥氏体,等温温度较高时,奥氏体不易转变成针状铁素体和马氏体,也使得最终组织中具有较多的高碳残余奥氏体;而奥氏体组织可以改善材料的冲击韧性,但是会降低材料的硬度;在热处理过程中,冲击韧性和硬度表现出相互竞争、动态变化的过程,因此,根据合金成分调整热处理制度,平衡冲击韧性与硬度的关系成为获得良好综合性能的关键。
本发明采用强碳化物与等温淬火相互结合,使得贝氏体+奥氏体基体中弥散分布着M3C型铬碳化合物,通过整体考虑奥氏体化温度、等温淬火温度、回火温度、奥氏体化时间、等温淬火的保温时间、回火的保温时间,揭示六个工艺参数之间的关系,通过对六个工艺参数进行综合考虑,优化了热处理工艺制度,使得材料具有良好的综合性能,发现奥氏体化温度、等温淬火温度、回火温度与铌元素、钴元素、钼元素存在函数关系,随着铌元素、钴元素之和与钼元素的比值增大,提高奥氏体化温度、等温淬火温度,使本发明所得刹车片摩擦块晶粒细化均匀,通过将回火温度随着铌元素、钴元素、钼元素含量增多而升高,显著改善本发明所得刹车片摩擦块的热脆性,通过对奥氏体化温度、等温淬火温度、回火温度进行限定,使本发明所得刹车片摩擦块的硬度可达HRC 68,冲击韧性可达8.8J/cm2。
本发明还采用碳元素、硅元素和锰元素相互配合,提高淬透性,使得贝氏体+奥氏体基体中弥散分布着M3C型铬碳化合物,进一步提高本发明的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性;而钨元素、锆元素、铬元素相互配合固溶于奥氏体中,降低了碳的扩散速度,在奥氏体化过程中阻碍了晶界的移动和晶粒的长大,细化了奥氏体的晶粒,从而为贝氏体提供了更多的有利形核位置,从而延缓奥氏体的转变,延长贝氏体转变的孕育期,使得在等温淬火过程中贝氏体的数量增加,并细化了贝氏体组织,使外圈中残余奥氏体的量逐渐减少,针状铁素体的量逐渐增加且变得细小致密,且碳化物的数量也随之增多,大幅提高本发明的韧性、硬度、耐磨性能和接触疲劳性能。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种刹车片摩擦块的制备方法,包括如下步骤:
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温得到第一物料,其中第一物料按重量百分比包括:C:1.0%,Si:0.4%,Mn:0.35%,Ni:0.10%,W:0.03%,Nb:0.06%,Zr:0.008%,Cr:2.8%,Ti:0.2%,Co:0.05%,Mo:0.02%,B:0.09%,Ce:0.07%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe;
S2、将第一物料出炉进行浇注,冷却至395℃,进行表面机加工得到第二物料;
S3、将第二物料升温至1120℃进行奥氏体化,然后保温3.5h,取出置于温度为220℃的硝盐浴中,升温至378.3℃,保温4h,油冷至120℃,接着升温至222.1℃进行回火,保温1h,空冷至室温得到刹车片摩擦块。
实施例2
本发明提出的一种刹车片摩擦块的制备方法,包括如下步骤:
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温得到第一物料,其中第一物料按重量百分比包括:C:1.3%,Si:0.3%,Mn:0.45%,Ni:0.07%,W:0.05%,Nb:0.05%,Zr:0.012%,Cr:2.5%,Ti:0.3%,Co:0.04%,Mo:0.03%,B:0.06%,Ce:0.10%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe;
S2、将第一物料出炉进行浇注,冷却至375℃,进行表面机加工得到第二物料;
S3、将第二物料升温至1148℃进行奥氏体化,然后保温4.5h,取出置于温度为200℃的硝盐浴中,升温至380.2℃,保温5h,油冷至100℃,接着升温至224℃进行回火,保温2h,空冷至室温得到刹车片摩擦块。
实施例3
本发明提出的一种刹车片摩擦块的制备方法,包括如下步骤:
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温得到第一物料,其中第一物料按重量百分比包括:C:1.1%,Si:0.36%,Mn:0.38%,Ni:0.09%,W:0.035%,Nb:0.058%,Zr:0.009%,Cr:2.7%,Ti:0.23%,Co:0.046%,Mo:0.022%,B:0.08%,Ce:0.08%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe;
S2、将第一物料出炉进行浇注,冷却至390℃,进行表面机加工得到第二物料;
S3、将第二物料升温至1122.7℃进行奥氏体化,然后保温3.8h,取出置于温度为215℃的硝盐浴中,升温至377.3℃,保温4.2h,油冷至115℃,接着升温至222.7℃进行回火,保温1.2h,空冷至室温得到刹车片摩擦块。
实施例4
本发明提出的一种刹车片摩擦块的制备方法,包括如下步骤:
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温得到第一物料,其中第一物料按重量百分比包括:C:1.2%,Si:0.32%,Mn:0.42%,Ni:0.08%,W:0.045%,Nb:0.055%,Zr:0.011%,Cr:2.6%,Ti:0.26%,Co:0.044%,Mo:0.028%,B:0.07%,Ce:0.09%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe;
S2、将第一物料出炉进行浇注,冷却至380℃,进行表面机加工得到第二物料;
S3、将第二物料升温至1139℃进行奥氏体化,然后保温4.2h,取出置于温度为205℃的硝盐浴中,升温至379℃,保温4.5h,油冷至105℃,接着升温至224.13℃进行回火,保温1.6h,空冷至室温得到刹车片摩擦块。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种刹车片摩擦块的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态,然后真空保温得到第一物料,其中第一物料按重量百分比包括:C:1.0~1.3%,Si:0.3~0.4%,Mn:0.35~0.45%,Ni:0.07~0.10%,W:0.03~0.05%,Nb:0.05~0.06%,Zr:0.008~0.012%,Cr:2.5~2.8%,Ti:0.2~0.3%,Co:0.04~0.05%,Mo:0.02~0.03%,B:0.06~0.09%,Ce:0.07~0.10%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe;
S2、将第一物料出炉进行浇注,冷却至375~395℃,进行表面机加工得到第二物料;
S3、将第二物料升温至Ta℃进行奥氏体化,然后保温3.5~4.5h,取出置于温度为200~220℃的硝盐浴中,升温至Tb℃,保温4~5h,油冷至100~120℃,接着升温至Tc℃进行回火,保温1~2h,空冷至室温得到刹车片摩擦块;其中Ta=1050+Ka×(nCo+nMo)/nNb,Ka的值为60~70,Tb=355+Kb×(nCo+nMo)/nNb,Kb的值为18~20,Tc=200+Kc×100×(nNb+nCo+nMo),Kc的值为170~200,nNb、nCo、nMo分别表示铌元素、钴元素和钼元素在第一物料中所占重量百分比。
2.根据权利要求1所述刹车片摩擦块的制备方法,其特征在于,S1的第一物料中,碳元素、硅元素和锰元素的重量比为1.1~1.2:0.32~0.36:0.38~0.42。
3.根据权利要求1或2所述刹车片摩擦块的制备方法,其特征在于,S1的第一物料中,钨元素、锆元素、铬元素的重量比为0.035~0.045:0.009~0.011:2.6~2.7。
4.根据权利要求1-3任一项所述刹车片摩擦块的制备方法,其特征在于,S1中,第一物料按重量百分比包括:C:1.1~1.2%,Si:0.32~0.36%,Mn:0.38~0.42%,Ni:0.08~0.09%,W:0.035~0.045%,Nb:0.055~0.058%,Zr:0.009~0.011%,Cr:2.6~2.7%,Ti:0.23~0.26%,Co:0.044~0.046%,Mo:0.022~0.028%,B:0.07~0.08%,Ce:0.08~0.09%,S≤0.015%,P≤0.015%,余量为Fe。
5.根据权利要求1-4任一项所述刹车片摩擦块的制备方法,其特征在于,S3中,Ka的值为62~68,Kb的值为18.5~19,Kc的值为180~190。
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