CN106929750A - 蠕铁制动鼓及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制动鼓，具体涉及一种蠕铁制动鼓及其制备方法。所述的蠕铁制动鼓，包括如下重量比的化学成分：碳3.3‑3.6％，硅2.2‑2.65％，锰0.45‑0.6％，铜0.2‑0.3％，铬0.2‑0.3％，锆0.2‑0.3％，铌0.2‑0.3％，钛0.06‑0.09％，稀土0.025‑0.04％，磷≤0.07％，硫≤0.035％，镁≤0.035％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明所述的蠕铁制动鼓的力学性能：拉伸强度430‑450MPa，伸长率3.0‑3.8％，硬度280‑300HB；具有良好的导热性、高温强度、高温耐磨性和抗热疲劳性能，特别适应于重载汽车，大幅度提高制动安全性和使用寿命。

Description

蠕铁制动鼓及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种制动鼓，具体涉及一种蠕铁制动鼓及其制备方法。
背景技术
制动鼓是汽车制动系统中最重要的组成部分之一，对车辆的安全行驶起着至关重要的作用。制动鼓一般是在强摩擦、冷热交替较为复杂的恶劣环境中工作。因此，制动鼓材料在保证足够的力学性能及摩擦性能外，还应具备良好的热疲劳性能。
目前国内外主要使用高强度灰铸铁作为制备重型载货汽车制动鼓的材料，近年来开发了金属基复合材料及蠕墨铸铁。蠕墨铸铁因其性能介于球铁和灰铁之间，是一种较理想的制动鼓材料。但传统蠕墨铸铁的铁素体含量较高，硬度较低，耐磨性尚不足，另外其珠光体的稳定性较差，在长期制动加热-冷却过程中，珠光体含量降低，致使制动鼓过早失效开裂。
如何提高蠕墨铸铁中珠光体的含量和稳定性，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种蠕铁制动鼓，珠光体的含量高，稳定性好，具有良好的导热性、高温强度、高温耐磨性和抗热疲劳性能，本发明还提供其制备方法，工艺合理。
本发明所述的蠕铁制动鼓，包括如下重量比的化学成分：
碳3.3-3.6％，硅2.2-2.65％，锰0.45-0.6％，铜0.2-0.3％，铬0.2-0.3％，锆0.2-0.3％，铌0.2-0.3％，钛0.06-0.09％，稀土0.025-0.04％，磷≤0.07％，硫≤0.035％，镁≤0.035％，其余为铁和不可避免的杂质。
其中：
稀土元素为镧。
碳、硅是是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。
碳是石墨形成元素，C含量高有利于提高导热性；但太高易出现灰斑缺陷(石墨漂浮)，故碳含量应控制在3.3-3.6％。
硅是促石墨化元素，有利于消除自由渗碳体；但太高降低珠光体含量，降低强度及耐磨性，故硅含量应控制在2.2-2.65％。
锰促进珠光体形成，易偏析，塑性降低。
铬提高珠光体含量，使珠光体中的渗碳体成为含铬渗碳体Fe(Cr)3C，提高热稳定性；但是如果含量太多，会促进自由渗碳体形成，故铬含量应控制在0.2-0.3％
锆能增加珠光体的含量，并且能增加珠光体稳定性，提高耐磨性。但用量过高时，会使生产成本增加，故锆含量为0.2-0.3％。
铌能帮助细化珠光体，但用量过高时，会使生产成本增加，故铌含量为0.2-0.3％。
钛作为合金元素，其加入能够增强强度。但含量过高时会在整个铸件中形成具有磨蚀性的游离碳化物，影响其使用寿命。因此将其含量控制在0.06-0.09％。
铜增加珠光体含量，提高强度、硬度，并改善耐磨性。
镁以及稀土元素RE抑制片状石墨形成，含量低会生成片状石墨，含量太高会使产成本过高，应严格控制含量，镁≤0.035％，稀土0.025-0.04％。
硫、磷为杂质元素，应尽量降低其含量。
所述的蠕铁制动鼓的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将生铁、废钢和硅铁加入到中频感应电炉熔炼，熔化后加入铬铁、锰铁、锆铁、铌铁和铜板，继续熔炼，得熔炼液；
(2)将球化包预热后，包底加入蠕化剂，蠕化剂上方依次覆盖部分孕育剂和覆盖剂；
(3)采用冲入法将熔炼液倒入步骤(2)得到的球化包进行蠕化处理和孕育处理，熔炼液倒入过程随流加入余下的孕育剂；然后进行浇注，得蠕铁制动鼓。
步骤(1)得到的熔炼液温度为1530-1550℃。
蠕化剂为稀土镁硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.5-0.7％。
稀土镁硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：稀土10-12％、镁3-5％、硅40-42％、钙0.5-1.5％，余量为铁和不可避免的杂质。
孕育剂为硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.8-1.0％，其中步骤(2)中的用量为0.3-0.5％。
硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：硅50-58％、钡4-6％，余量为铁和不可避免的杂质。
覆盖剂为蠕铁屑和球铁屑，覆盖剂用量为0.3-0.5％。
浇注温度为1460-1480℃。
所述的蠕铁制动鼓主要基体为铁素体和珠光体，珠光体的含量能够达到80％，蠕化率大于80％。
本发明中每包出炉、浇注温度及炉前化学成分检测合格后，方可出炉和浇注。
炉前浇注三角试片检测合格，查看三角试片断口是否合格，如果不合格，材料重新进行调制处理。三角试片白口深度为最小壁厚的1/4。
综上所述，本发明具有以下优点：
(1)本发明所述的蠕铁制动鼓的力学性能：拉伸强度430-450MPa，伸长率3.0-3.8％，硬度280-300HB。
(2)本发明蠕铁制动鼓具有良好的导热性、高温强度、高温耐磨性和抗热疲劳性能，特别适应于重载汽车，尤其经常在山路或者坡路频繁出现需频繁制动的重载汽车制动鼓，大幅度提高制动安全性和使用寿命。铬、铜、锆、铌元素的加入，几种元素之间相互作用，有效提高了其硬度和高温稳定性。
(3)本发明所述的制备方法成熟，工艺合理。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不因此限制本发明。
实施例中采用的原料除特殊说明外，均为市购。
实施例1
一种蠕铁制动鼓，包括如下重量比的化学成分：
碳3.3％，硅2.2％，锰0.5％，铜0.3％，铬0.3％，锆0.3％，铌0.3％，钛0.09％，稀土0.04％，磷≤0.07％，硫≤0.035％，镁≤0.035％，其余为铁和不可避免的杂质。稀土元素为镧。
其制备方法：
(1)将生铁、废钢和硅铁加入到中频感应电炉熔炼，熔化后加入铬铁、锰铁、锆铁、铌铁和铜板，继续熔炼，得熔炼液；熔炼液温度为1550℃。
(2)将球化包预热后，包底加入蠕化剂，蠕化剂上方依次覆盖部分孕育剂和覆盖剂；
(3)采用冲入法将熔炼液倒入步骤(2)得到的球化包进行蠕化处理和孕育处理，熔炼液倒入过程随流加入余下的孕育剂；然后进行浇注，得蠕铁制动鼓。
蠕化剂为稀土镁硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.7％。
稀土镁硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：稀土12％、镁5％、硅40％、钙0.5％，余量为铁和不可避免的杂质。
孕育剂为硅铁合金，用量为熔炼液质量的1.0％，其中步骤(2)中的用量为0.5％。
硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：硅54％、钡5％，余量为铁和不可避免的杂质。
覆盖剂为蠕铁屑和球铁屑，覆盖剂用量为0.5％。蠕铁屑和球铁屑的质量比为1:1。
浇注温度为1480℃。
实施例1制备的蠕铁制动鼓，金相组织为：蠕化率85％，珠光体80％。
实施例1制备的蠕铁制动鼓的性能结果见表1。
实施例2
一种蠕铁制动鼓，包括如下重量比的化学成分：
碳3.4％，硅2.65％，锰0.45％，铜0.25％，铬0.25％，锆0.25％，铌0.25％，钛0.06％，稀土0.025％，磷≤0.07％，硫≤0.035％，镁≤0.035％，其余为铁和不可避免的杂质。稀土元素为镧。
其制备方法：
(1)将生铁、废钢和硅铁加入到中频感应电炉熔炼，熔化后加入铬铁、锰铁、锆铁、铌铁和铜板，继续熔炼，得熔炼液；熔炼液温度为1540℃。
(2)将球化包预热后，包底加入蠕化剂，蠕化剂上方依次覆盖部分孕育剂和覆盖剂；
(3)采用冲入法将熔炼液倒入步骤(2)得到的球化包进行蠕化处理和孕育处理，熔炼液倒入过程随流加入余下的孕育剂；然后进行浇注，得蠕铁制动鼓。
蠕化剂为稀土镁硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.7％。
稀土镁硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：稀土10％、镁3％、硅42％、钙1.5％，余量为铁和不可避免的杂质。
孕育剂为硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.9％，其中步骤(2)中的用量为0.4％。
硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：硅50％、钡6％，余量为铁和不可避免的杂质。
覆盖剂为蠕铁屑和球铁屑，覆盖剂用量为0.4％。蠕铁屑和球铁屑的质量比为1:1。
浇注温度为1460℃。
实施例2制备的蠕铁制动鼓，金相组织为：蠕化率82％，珠光体78％。
实施例2制备的蠕铁制动鼓的性能结果见表1。
实施例3
一种蠕铁制动鼓，包括如下重量比的化学成分：
碳3.6％，硅2.4％，锰0.6％，铜0.2％，铬0.2％，锆0.2％，铌0.2％，钛0.07％，稀土0.03％，磷≤0.07％，硫≤0.035％，镁≤0.035％，其余为铁和不可避免的杂质。稀土元素为镧。
其制备方法：
(1)将生铁、废钢和硅铁加入到中频感应电炉熔炼，熔化后加入铬铁、锰铁、锆铁、铌铁和铜板，继续熔炼，得熔炼液；熔炼液温度为1530℃。
(2)将球化包预热后，包底加入蠕化剂，蠕化剂上方依次覆盖部分孕育剂和覆盖剂；
(3)采用冲入法将熔炼液倒入步骤(2)得到的球化包进行蠕化处理和孕育处理，熔炼液倒入过程随流加入余下的孕育剂；然后进行浇注，得蠕铁制动鼓。
蠕化剂为稀土镁硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.7％。
稀土镁硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：稀土11％、镁4％、硅41％、钙1％，余量为铁和不可避免的杂质。
孕育剂为硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.8％，其中步骤(2)中的用量为0.3％。
硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：硅58％、钡4％，余量为铁和不可避免的杂质。
覆盖剂为蠕铁屑和球铁屑，覆盖剂用量为0.3％。蠕铁屑和球铁屑的质量比为1:1。
浇注温度为14670℃。
实施例3制备的蠕铁制动鼓，金相组织为：蠕化率80％，珠光体76％。
实施例3制备的蠕铁制动鼓的性能结果见表1。
表1实施例1-3制备的蠕铁制动鼓的性能结果

Claims (10)

1.一种蠕铁制动鼓，其特征在于：包括如下重量比的化学成分：
碳3.3-3.6％，硅2.2-2.65％，锰0.45-0.6％，铜0.2-0.3％，铬0.2-0.3％，锆0.2-0.3％，铌0.2-0.3％，钛0.06-0.09％，稀土0.025-0.04％，磷≤0.07％，硫≤0.035％，镁≤0.035％，其余为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的蠕铁制动鼓，其特征在于：稀土元素为镧。
3.一种权利要求1所述的蠕铁制动鼓的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将生铁、废钢和硅铁加入到中频感应电炉熔炼，熔化后加入铬铁、锰铁、锆铁、铌铁和铜板，继续熔炼，得熔炼液；
(2)将球化包预热后，包底加入蠕化剂，蠕化剂上方依次覆盖部分孕育剂和覆盖剂；
(3)采用冲入法将熔炼液倒入步骤(2)得到的球化包进行蠕化处理和孕育处理，熔炼液倒入过程随流加入余下的孕育剂；然后进行浇注，得蠕铁制动鼓。
4.根据权利要求3所述的蠕铁制动鼓的制备方法，其特征在于：步骤(1)得到的熔炼液温度为1530-1550℃。
5.根据权利要求3所述的蠕铁制动鼓的制备方法，其特征在于：蠕化剂为稀土镁硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.5-0.7％。
6.根据权利要求5所述的蠕铁制动鼓的制备方法，其特征在于：稀土镁硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：稀土10-12％、镁3-5％、硅40-42％、钙0.5-1.5％，余量为铁和不可避免的杂质。
7.根据权利要求3所述的蠕铁制动鼓的制备方法，其特征在于：孕育剂为硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.8-1.0％，其中步骤(2)中的用量为0.3-0.5％。
8.根据权利要求7所述的蠕铁制动鼓的制备方法，其特征在于：硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：硅50-58％、钡4-6％，余量为铁和不可避免的杂质。
9.根据权利要求3所述的蠕铁制动鼓的制备方法，其特征在于：覆盖剂为蠕铁屑和球铁屑，覆盖剂用量为0.3-0.5％。
10.根据权利要求3所述的蠕铁制动鼓的制备方法，其特征在于：浇注温度为1460-1480℃。
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Denomination of invention: Vermicular iron brake drum and its preparation method

Effective date of registration: 20220927

Granted publication date: 20181228

Pledgee: Zibo Boshan District sub branch of Postal Savings Bank of China

Pledgor: SHANDONG HONGMA ENGINEERING MACHINERY Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980016427