CN111893368A - 一种含金属铌刹车盘的配方及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含金属铌刹车盘的配方，包括铁93‑95％、碳1.5‑2％、硅2‑2.5％、锰0.8‑1.0％、钙0.2‑0.4％、镍0.1‑0.3％、铬0.1‑0.2％、铌0.08‑0.12％、钼0.05‑0.1％、铜0.4‑0.7％、铝0.05‑0.1％和钒0.05‑0.1％，余量为不可避免的磷和硫。本发明通过铌合金元素的加入能够增强钢的强度和韧性，进一步提高钢的耐高温、耐腐蚀和抗氧化能力，钙元素用于合金的脱氧剂和脱硫与脱碳剂，提高刹车盘的纯度，以获得高的强度，混合加入氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末，增强合金的塑性、强度和导热散热能力，从而提高刹车盘的耐磨性能和耐高温能力，延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及刹车盘制备技术领域，具体涉及一种含金属铌刹车盘的配方及其制备方法。
背景技术
刹车盘是一个圆的盘子，车子行进时它也是转动的。制动卡钳夹住刹车盘而产生制动力的，踩刹车时就是它夹住刹车盘起到减速或者停车的作用。刹车盘制动效果好，且比鼓形刹车更易维护。刹车盘种类繁多，特点是壁薄，盘片及中心处由砂芯形成，不同种类刹车盘，在盘径、盘片厚度及两片间隙尺寸上存在差异，盘毂的厚度和高度也各不相同，单层盘片的刹车盘结构比较简单，铸件重量多为六到十八公斤，铸件外轮廓全部加工，精加工后不得有任缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷，金相组织为中等片状型，石墨型，组织均匀，断面敏感性小(特别是硬度差小)国内大部分厂家采用粘土砂湿型，手工模板型，合脂油砂芯，个别厂家或个别品种铸件采用树覆膜砂热芯盒工艺，也有个别厂家在造型线上生产车盘，熔炼大多采用冲天炉，也有采用冲天炉和电炉联熔炼的，炉前进行孕育处理和铁液化学成分快速测，以便随时调整。
刹车盘由于是摩擦降速的用途，因此其非常容易磨损，而且摩擦易产生高温，影响刹车盘的金相结构，降低其使用寿命。
因此，发明一种含金属铌刹车盘的配方及其制备方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种含金属铌刹车盘的配方及其制备方法，通过铌合金元素的加入能够增强钢的强度和韧性，进一步提高钢的耐高温、耐腐蚀和抗氧化能力，钙元素用于合金的脱氧剂和脱硫与脱碳剂，提高刹车盘的纯度，以获得高的强度，混合加入氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末，增强合金的塑性、强度和导热散热能力，以解决技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含金属铌刹车盘的配方，包括主料和辅料，其中所使用的主料按重量百分比计包括：铁93-95％、碳1.5-2％、硅2-2.5％、锰0.8-1.0％、钙0.2-0.4％、镍0.1-0.3％、铬0.1-0.2％、铌0.08-0.12％、钼0.05-0.1％、铜0.4-0.7％、铝0.05-0.1％和钒0.05-0.1％，余量为不可避免的磷和硫，所述辅料由氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末组成，且氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末的体积比设置为8-12：15-18：1；
所述主料和辅料的配比设置为体积比主料：辅料＝100：3-5。
优选的，所述氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末的颗粒直径均设置为纳米级。
优选的，所述铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒均设置为粉末状。
一种含金属铌刹车盘的制备方法，具体操作步骤为：
步骤一：准备原料，按比例取制备原材料，包括铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒，并准备氧化锆增韧陶瓷、镁锌锆合金和石墨烯，将氧化锆增韧陶瓷、镁锌锆合金和石墨烯粉碎成纳米颗粒状结构；
步骤二：将铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒混合并充分搅拌均匀，之后将其混合物加入中频炉熔化成合金熔液；
步骤三：将氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末混合，使用煤油与乙醇和水按3-6：10-15：3的比例混合制备溶剂，将溶剂均匀喷洒在辅料混合物表面，并在氮气环境下充分搅拌均匀；
步骤四：将合金熔液冷却至1800-2000℃时，将湿润的辅料混合物倒入合金熔液中并施加搅拌力混合，使辅料混合物均匀分散；
步骤五：将上述合金熔液倒入刹车盘成型模腔内冷置成型，成型后打磨表面，得到光滑的刹车盘半成品；
步骤六：对上述刹车盘半成品热处理并进一步对热处理的刹车盘成品表面加工后存储。
优选的，所述步骤三中溶剂的喷洒量与辅料混合物的体积比设置为1：10-15。
优选的，所述步骤五中合金熔液倒入刹车盘成型模腔后，使用振荡器脱泡处理合金熔液。
优选的，所述步骤六中热处理工艺包括淬火和回火，淬火时加热炉升温至700-750℃，保温1-2h后，经1100-1200℃水池中淬火，1h后，投入回火炉，在200-250℃环境下回火3-5h，之后取出空冷。
优选的，所述步骤六中热处理工艺还包括渗硼处理，将刹车盘半成品加热至1000℃，并放在600℃的硼铁合金粉中，保温2-6h。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
1、通过铌合金元素的加入能够增强钢的强度和韧性，进一步提高钢的耐高温、耐腐蚀和抗氧化能力，钙元素用于合金的脱氧剂和脱硫与脱碳剂，提高刹车盘的纯度，以获得高的强度，混合加入氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末，增强合金的塑性、强度和导热散热能力，从而提高刹车盘的耐磨性能和耐高温能力，延长其使用寿命；
2、通过采用纳米级原材料混合，提高合金的均匀性，通过煤油与乙醇和水按比例混合制备溶剂，将溶剂均匀喷洒在辅料混合物表面，并在氮气环境下充分搅拌均匀，在熔化辅料时避免其受损，且使其内部有机溶剂自燃节省能源，通过渗硼处理产生活性硼原子渗入工件表面，提高刹车盘表面硬度和耐磨性，并改善其耐热性和耐蚀性。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将对本发明作进一步的详细介绍。
实施例1：
本发明提供了一种含金属铌刹车盘的配方，包括主料和辅料，其中所使用的主料按重量百分比计包括：铁93％、碳2％、硅2.5％、锰1.0％、钙0.4％、镍0.3％、铬0.2％、铌0.12％、钼0.1％、铜0.7％、铝0.1％和钒0.1％，余量为不可避免的磷和硫，所述辅料由氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末组成，且氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末的体积比设置为8：15：1；
所述主料和辅料的配比设置为体积比主料：辅料＝100：3。
进一步的，在上述技术方案中，所述氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末的颗粒直径均设置为纳米级。
进一步的，在上述技术方案中，所述铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒均设置为粉末状。
一种含金属铌刹车盘的制备方法，具体操作步骤为：
步骤一：准备原料，按比例取制备原材料，包括铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒，并准备氧化锆增韧陶瓷、镁锌锆合金和石墨烯，将氧化锆增韧陶瓷、镁锌锆合金和石墨烯粉碎成纳米颗粒状结构；
步骤二：将铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒混合并充分搅拌均匀，之后将其混合物加入中频炉熔化成合金熔液；
步骤三：将氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末混合，使用煤油与乙醇和水按3：10：3的比例混合制备溶剂，将溶剂均匀喷洒在辅料混合物表面，并在氮气环境下充分搅拌均匀，溶剂的喷洒量与辅料混合物的体积比设置为1：10；
步骤四：将合金熔液冷却至1800℃时，将湿润的辅料混合物倒入合金熔液中并施加搅拌力混合，使辅料混合物均匀分散；
步骤五：将上述合金熔液倒入刹车盘成型模腔内冷置成型，合金熔液倒入刹车盘成型模腔后，使用振荡器脱泡处理合金熔液，成型后打磨表面，得到光滑的刹车盘半成品；
步骤六：对上述刹车盘半成品热处理并进一步对热处理的刹车盘成品表面加工后存储，热处理工艺包括淬火和回火，淬火时加热炉升温至700℃，保温1h后，经1100℃水池中淬火，1h后，投入回火炉，在200℃环境下回火3h，之后取出空冷，热处理工艺还包括渗硼处理，将刹车盘半成品加热至1000℃，并放在600℃的硼铁合金粉中，保温2h。
本实施例中制备的刹车盘外观品质优，内部结构质地均匀，金相结构致密无裂纹，在对本实施例中制备的刹车盘进行物理性质测试中显示，本刹车盘金属结构抗拉强度≥206MPa，抗弯强度≥1008MPa，挠度≥5.2mm，硬度为212HBS，且对其进行了刹车消耗测试，结果显示耐磨测试安全时间为18h，耐高温测试安全时间为48h，整体性能优于现有同类产品，具有明显的技术进步，便于推广使用。
实施例2：
本发明提供了一种含金属铌刹车盘的配方，包括主料和辅料，其中所使用的主料按重量百分比计包括：铁94％、碳1.7％、硅2.2％、锰0.9％、钙0.3％、镍0.2％、铬0.15％、铌0.1％、钼0.06％、铜0.5％、铝0.08％和钒0.08％，余量为不可避免的磷和硫，所述辅料由氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末组成，且氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末的体积比设置为10：16：1；
所述主料和辅料的配比设置为体积比主料：辅料＝100：4。
进一步的，在上述技术方案中，所述氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末的颗粒直径均设置为纳米级。
进一步的，在上述技术方案中，所述铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒均设置为粉末状。
一种含金属铌刹车盘的制备方法，具体操作步骤为：
步骤一：准备原料，按比例取制备原材料，包括铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒，并准备氧化锆增韧陶瓷、镁锌锆合金和石墨烯，将氧化锆增韧陶瓷、镁锌锆合金和石墨烯粉碎成纳米颗粒状结构；
步骤二：将铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒混合并充分搅拌均匀，之后将其混合物加入中频炉熔化成合金熔液；
步骤三：将氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末混合，使用煤油与乙醇和水按5：12：3的比例混合制备溶剂，将溶剂均匀喷洒在辅料混合物表面，并在氮气环境下充分搅拌均匀，溶剂的喷洒量与辅料混合物的体积比设置为1：12；
步骤四：将合金熔液冷却至1900℃时，将湿润的辅料混合物倒入合金熔液中并施加搅拌力混合，使辅料混合物均匀分散；
步骤五：将上述合金熔液倒入刹车盘成型模腔内冷置成型，合金熔液倒入刹车盘成型模腔后，使用振荡器脱泡处理合金熔液，成型后打磨表面，得到光滑的刹车盘半成品；
步骤六：对上述刹车盘半成品热处理并进一步对热处理的刹车盘成品表面加工后存储，热处理工艺包括淬火和回火，淬火时加热炉升温至720℃，保温1.5h后，经1150℃水池中淬火，1h后，投入回火炉，在230℃环境下回火4h，之后取出空冷，热处理工艺还包括渗硼处理，将刹车盘半成品加热至1000℃，并放在600℃的硼铁合金粉中，保温5h。
对比实施例1，本实施例中制备的刹车盘外观品质优，内部结构质地均匀，金相结构致密无裂纹，在对本实施例中制备的刹车盘进行物理性质测试中显示，本刹车盘金属结构抗拉强度≥210MPa，抗弯强度≥1020MPa，挠度≥5.8mm，硬度为240HBS，且对其进行了刹车消耗测试，结果显示耐磨测试安全时间为24h，耐高温测试安全时间为50h，整体性能优于现有同类产品，具有明显的技术进步，便于推广使用。
实施例3：
本发明提供了一种含金属铌刹车盘的配方，包括主料和辅料，其中所使用的主料按重量百分比计包括：铁95％、碳1.5％、硅2％、锰0.8％、钙0.2％、镍0.1％、铬0.1％、铌0.08％、钼0.05％、铜0.4％、铝0.05％和钒0.05％，余量为不可避免的磷和硫，所述辅料由氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末组成，且氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末的体积比设置为8：15：1；
所述主料和辅料的配比设置为体积比主料：辅料＝100：5。
进一步的，在上述技术方案中，所述氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末的颗粒直径均设置为纳米级。
进一步的，在上述技术方案中，所述铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒均设置为粉末状。
一种含金属铌刹车盘的制备方法，具体操作步骤为：
步骤一：准备原料，按比例取制备原材料，包括铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒，并准备氧化锆增韧陶瓷、镁锌锆合金和石墨烯，将氧化锆增韧陶瓷、镁锌锆合金和石墨烯粉碎成纳米颗粒状结构；
步骤二：将铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒混合并充分搅拌均匀，之后将其混合物加入中频炉熔化成合金熔液；
步骤三：将氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末混合，使用煤油与乙醇和水按6：15：3的比例混合制备溶剂，将溶剂均匀喷洒在辅料混合物表面，并在氮气环境下充分搅拌均匀，溶剂的喷洒量与辅料混合物的体积比设置为1：15；
步骤四：将合金熔液冷却至2000℃时，将湿润的辅料混合物倒入合金熔液中并施加搅拌力混合，使辅料混合物均匀分散；
步骤五：将上述合金熔液倒入刹车盘成型模腔内冷置成型，合金熔液倒入刹车盘成型模腔后，使用振荡器脱泡处理合金熔液，成型后打磨表面，得到光滑的刹车盘半成品；
步骤六：对上述刹车盘半成品热处理并进一步对热处理的刹车盘成品表面加工后存储，热处理工艺包括淬火和回火，淬火时加热炉升温至750℃，保温2h后，经1200℃水池中淬火，1h后，投入回火炉，在250℃环境下回火5h，之后取出空冷，热处理工艺还包括渗硼处理，将刹车盘半成品加热至1000℃，并放在600℃的硼铁合金粉中，保温6h。
对比实施例1和2，本实施例中制备的刹车盘外观品质优，内部结构质地均匀，金相结构致密无裂纹，在对本实施例中制备的刹车盘进行物理性质测试中显示，本刹车盘金属结构抗拉强度≥208MPa，抗弯强度≥1015MPa，挠度≥5.7mm，硬度为233HBS，且对其进行了刹车消耗测试，结果显示耐磨测试安全时间为21h，耐高温测试安全时间为50h，整体性能优于现有同类产品，具有明显的技术进步，便于推广使用。
根据实施例1-3得出下表：
由上表可知，实施例2中原材料比例适中，加工温度适中，得到的刹车盘整体性能最佳，因此实施例2提供的方法最为适宜刹车盘的生产制备，并且铌合金元素的加入能够增强钢的强度和韧性，进一步提高钢的耐高温、耐腐蚀和抗氧化能力，钙元素用于合金的脱氧剂和脱硫与脱碳剂，提高刹车盘的纯度，以获得高的强度，混合加入氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末，增强合金的塑性、强度和导热散热能力，从而提高刹车盘的耐磨性能和耐高温能力，延长其使用寿命；
生产制备工艺中，采用纳米级原材料混合，提高合金的均匀性，通过煤油与乙醇和水按比例混合制备溶剂，将溶剂均匀喷洒在辅料混合物表面，并在氮气环境下充分搅拌均匀，在熔化辅料时避免其受损，且使其内部有机溶剂自燃节省能源，通过渗硼处理产生活性硼原子渗入工件表面，提高刹车盘表面硬度和耐磨性，并改善其耐热性和耐蚀性。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种含金属铌刹车盘的配方，包括主料和辅料，其特征在于：其中所使用的主料按重量百分比计包括：铁93-95％、碳1.5-2％、硅2-2.5％、锰0.8-1.0％、钙0.2-0.4％、镍0.1-0.3％、铬0.1-0.2％、铌0.08-0.12％、钼0.05-0.1％、铜0.4-0.7％、铝0.05-0.1％和钒0.05-0.1％，余量为不可避免的磷和硫，所述辅料由氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末组成，且氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末的体积比设置为8-12：15-18：1；
所述主料和辅料的配比设置为体积比主料：辅料＝100：3-5。
2.根据权利要求1所述的一种含金属铌刹车盘的配方，其特征在于：所述氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末的颗粒直径均设置为纳米级。
3.根据权利要求1所述的一种含金属铌刹车盘的配方，其特征在于：所述铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒均设置为粉末状。
4.一种含金属铌刹车盘的制备方法，其特征在于：具体操作步骤为：
步骤一：准备原料，按比例取制备原材料，包括铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒，并准备氧化锆增韧陶瓷、镁锌锆合金和石墨烯，将氧化锆增韧陶瓷、镁锌锆合金和石墨烯粉碎成纳米颗粒状结构；
步骤二：将铁、碳、硅、锰、钙、镍、铬、铌、钼、铜、铝和钒混合并充分搅拌均匀，之后将其混合物加入中频炉熔化成合金熔液；
步骤三：将氧化锆增韧陶瓷粉末、镁锌锆合金粉末和石墨烯粉末混合，使用煤油与乙醇和水按3-6：10-15：3的比例混合制备溶剂，将溶剂均匀喷洒在辅料混合物表面，并在氮气环境下充分搅拌均匀；
步骤四：将合金熔液冷却至1800-2000℃时，将湿润的辅料混合物倒入合金熔液中并施加搅拌力混合，使辅料混合物均匀分散；
步骤五：将上述合金熔液倒入刹车盘成型模腔内冷置成型，成型后打磨表面，得到光滑的刹车盘半成品；
步骤六：对上述刹车盘半成品热处理并进一步对热处理的刹车盘成品表面加工后存储。
5.根据权利要求4所述的一种含金属铌刹车盘的制备方法，其特征在于：所述步骤三中溶剂的喷洒量与辅料混合物的体积比设置为1：10-15。
6.根据权利要求4所述的一种含金属铌刹车盘的制备方法，其特征在于：所述步骤五中合金熔液倒入刹车盘成型模腔后，使用振荡器脱泡处理合金熔液。
7.根据权利要求4所述的一种含金属铌刹车盘的制备方法，其特征在于：所述步骤六中热处理工艺包括淬火和回火，淬火时加热炉升温至700-750℃，保温1-2h后，经1100-1200℃水池中淬火，1h后，投入回火炉，在200-250℃环境下回火3-5h，之后取出空冷。
8.根据权利要求4所述的一种含金属铌刹车盘的制备方法，其特征在于：所述步骤六中热处理工艺还包括渗硼处理，将刹车盘半成品加热至1000℃，并放在600℃的硼铁合金粉中，保温2-6h。
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| CN116005064A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-04-25 | 陕西特装科技有限公司 | 石墨烯增强型阀门及制备方法 |
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