CN107099733B - 防涨裂卡车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，具体涉及一种防涨裂卡车制动鼓及其制备方法。本发明所述的防涨裂卡车制动鼓，包括如下重量比的化学成分：碳3.3‑3.8％，硅2.2‑2.65％，锰0.45‑0.6％，铜0.4‑0.6％，铬0.15‑0.3％，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。本发明所述的防涨裂卡车制动鼓的力学性能：拉伸强度400‑420MPa，伸长率2.5‑3.5％，硬度250‑260HB；具有良好的防涨裂性能，能够有效防止制动鼓过早失效开裂，提高制动鼓的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种制动鼓，具体涉及一种防涨裂卡车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。
专利CN102071352公开了一种钒钛蠕墨铸铁制动鼓及其制备方法，但该技术需要的钒钛生铁为主要的原材料，且V、Ti使机加工性能明显降低，加工成本增加。
专利CN104233052A公开了一种铬钼铜合金蠕铁制动鼓及其制备方法，但是在该技术中需要加入钼铁合金为原料，钼含量为0.2-0.5％，一方面，钼的大量加入导致蠕墨铸铁的拉伸强度变差，另一方面，导致加工成本增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种防涨裂卡车制动鼓，具有良好的导热性、高温强度、高温耐磨性和抗热疲劳性能，能够防止卡车制动鼓过早的失效开裂，本发明还提供其制备方法，工艺合理。
本发明所述的防涨裂卡车制动鼓，包括如下重量比的化学成分：
碳3.3-3.8％，硅2.2-2.65％，锰0.45-0.6％，铜0.4-0.6％，铬0.15-0.3％，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：
稀土元素为镧和铈。
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3.3-3.8％。
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0.15-0.3％。
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。
所述的防涨裂卡车制动鼓的制备方法，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，得防涨裂卡车制动鼓。
步骤(1)得到的熔炼液温度为1510-1550℃。
蠕化剂为稀土镁硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.58-0.8％。
稀土镁硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：稀土6-8％、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0.6-1.0％，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64-66％、钡4-6％，余量为铁和不可避免的杂质。
覆盖剂为蠕铁屑或球铁屑中的一种或两种，覆盖剂用量为0.3-0.5％。
浇注温度为1430-1460℃。
所述的防涨裂卡车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75％，蠕化率大于55％。
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)本发明所述的防涨裂卡车制动鼓的力学性能：拉伸强度400-420MPa，伸长率2.5-3.5％，硬度250-260HB。
(2)本发明防涨裂卡车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。
(3)本发明防涨裂卡车制动鼓具有良好的防涨裂性能，能够有效防止制动鼓过早失效开裂，提高制动鼓的使用寿命。
(4)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
一种防涨裂卡车制动鼓，包括如下重量比的化学成分：
碳3.8％，硅2.2％，锰0.6％，铜0.6％，铬-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。
稀土元素为镧和铈，二者的比例为1:1。
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，得防涨裂卡车制动鼓。
其中：蠕化剂为稀土镁硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.8％。稀土镁硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：稀土7％、镁4％、硅42％、钙1.0％，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0.4％。硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：硅65％、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1460℃。
实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓的金相组织为：蠕化率82％，珠光体75％。
实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓的性能结果见表1。
对实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓、HT-250制备的制动鼓进行性能测试：
一、抗压试验：
试验方法如下：采用400T油压机分别对HT250材质制动鼓和实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓进行破坏性试验。
HT250制动鼓在施加15.1吨压力后断裂；
实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓在施加27.7吨压力后断裂。
二、压力机涨裂试验：
HT250制动鼓涨裂压力为210t；
实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓涨裂压力为350t。
三、装车试验：
2014年12月8日起进行装车试验，始里程125708公里。
2015年1月15日跟踪检测：
运行里程：里程表143700公里，共计运行17992公里。
实际路况：高速路及平坦路段80％，坡路段20％。
结论：均无异常。
2015年2月3日跟踪检测：
运行里程：里程表152470公里，共计运行26762公里。
实际路况：高速路及平坦路段80％，坡路段20％。
结论：HT250制动鼓有轻微龟裂；实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓无异常。
2015年3月11日跟踪检测：
运行里程：里程表163382公里，共计运行37674公里。
实际路况：高速路及平坦路段60％，坡路段40％，其中陡坡15％。
结论：HT250制动鼓有龟裂；实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓无异常。
2015年4月13日跟踪检测：
运行里程：里程表178628公里，共计运行53920公里。
实际路况：高速路及平坦路段60％，坡路20％，其中陡坡20％。
结论：HT250制动鼓有龟裂；实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓无异常。
2015年7月22日跟踪检测：
运行里程：共计运行85142公里。
实际路况：高速路及平坦路段60％，坡路20％，其中陡坡20％。
结论：HT250制动鼓有龟裂；实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓无异常。
四、反复加热-冷却试验：
将不同材质的2种制动鼓同时放到炉内加热到400℃保温30分钟后取出并立即投入到冷水中进行冷却，反复进行观察制动鼓表面有无开裂。
试验设备：井式加热炉。
反复进行到第28次时，HT250材质制动鼓装配孔(排污槽)处出现轻微裂纹，刹车面无变化。实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓完好，表面无变化。
反复进行到第55次时，HT250材质制动鼓装配孔(排污槽)处裂纹明显，刹车面无变化。实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓完好，表面无变化。
进行到第66次时，HT250材质制动鼓装配孔与螺栓孔处新增一处裂纹，刹车面无变化。实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓完好，表面无变化。
反复进行到126次时，HT250材质制动鼓装配孔与螺栓孔处的裂纹明显，螺栓孔边缘新增1处细小裂纹，刹车面无变化。实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓完好，表面无变化。
反复进行165次后观察制动鼓表面：
HT250制动鼓表面：刹车面口部及装配孔边缘出现明显裂纹。
实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓表面：装配孔出现细小裂纹，刹车面无裂纹。
通过试验证明，相比于灰铁制动鼓而言，实施例1制备的防涨裂卡车制动鼓具有较好的机械性能、抗压性能以及良好的热疲劳性能。
实施例2
一种防涨裂卡车制动鼓，包括如下重量比的化学成分：
碳3.3％，硅2.5％，锰0.45％，铜0.4％，铬0.15％，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。
稀土元素为镧和铈，二者的比例为1:1。
其制备方法如下：
(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、锰铁和铜板，继续熔炼，得熔炼液；熔炼液温度为1510℃。
(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，得防涨裂卡车制动鼓。
其中，
蠕化剂为稀土镁硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.58％。稀土镁硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：稀土元素镧3％、稀土元素铈3％、镁5％、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0.6％，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64％、钡6％，余量为铁和不可避免的杂质。
覆盖剂为蠕铁屑，覆盖剂用量为0.3％。
浇注温度为1430℃。
实施例2制备的防涨裂卡车制动鼓的金相组织为：蠕化率70％，珠光体70％。
实施例2制备的防涨裂卡车制动鼓的性能结果见表1。
实施例3
一种防涨裂卡车制动鼓，包括如下重量比的化学成分：
碳3.5％，硅2.4％，锰0.5％，铜0.5％，铬0.22％，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。
稀土元素为镧和铈，二者的比例为1:1。
其制备方法如下：
(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，得防涨裂卡车制动鼓
其中：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8％、镁3％、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0.6-1.0％，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66％、钡4％，余量为铁和不可避免的杂质。覆盖剂为球铁屑，覆盖剂用量为0.4。
浇注温度为1445℃。
实施例3制备的防涨裂卡车制动鼓的金相组织为：蠕化率80％，珠光体73％。
实施例3制备的防涨裂卡车制动鼓的性能结果见表1。
表1实施例1-3制备的防涨裂卡车制动鼓的性能结果
Claims (5)
1.一种防涨裂卡车制动鼓，其特征在于：包括如下重量比的化学成分：
碳3.3-3.8%，硅2.2-2.65%，锰0.45-0.6%，铜0.4-0.6%，铬0.15-0.3%，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；
所述的防涨裂卡车制动鼓的制备方法，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，得防涨裂卡车制动鼓；
蠕化剂为稀土镁硅铁合金，用量为熔炼液质量的0.58-0.8%；
稀土镁硅铁合金由以下重量百分数的组分组成：稀土6-8%、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0.6-1.0%，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64-66%、钡4-6%，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的防涨裂卡车制动鼓，其特征在于：稀土元素为镧和铈。
3.根据权利要求1所述的防涨裂卡车制动鼓，其特征在于：步骤（1）得到的熔炼液温度为1510-1550℃。
4.根据权利要求1所述的防涨裂卡车制动鼓，其特征在于：覆盖剂为蠕铁屑或球铁屑中的一种或两种，覆盖剂用量为0.3-0.5%。
5.根据权利要求1所述的防涨裂卡车制动鼓，其特征在于：浇注温度为1430-1460℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Anti crack truck brake drum and its preparation method Effective date of registration: 20220927 Granted publication date: 20180911 Pledgee: Zibo Boshan District sub branch of Postal Savings Bank of China Pledgor: SHANDONG HONGMA ENGINEERING MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980016427 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |