CN112725685B - 一种基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料，由其制备的制动部件及制法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铁基合金材料领域，涉及一种基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料，由其制备的制动部件及制法。具体而言，该制动部件材料包括以重量份计的下列成分：回炉料400～1000份、废旧轮胎中的钢丝1000～1600份、增碳剂70～110份、孕育剂1.4～1.8份、硅铁10～25份、锰铁2.5～9.0份、铬铁5.0～7.5份和铜3.0～5.5份。基于上述材料并通过包括配料、熔炼、孕育、浇注、落砂、抛丸清理、机械加工等步骤的方法可以制备相应的制动部件(例如刹车盘、制动鼓)，其耐磨性能显著优于现有技术中的同类型制动部件。另外，废钢丝的采购成本比生铁低，还可适当降低生产成本。

Description

一种基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料，由其制备的制 动部件及制法
技术领域
本发明属于铁基合金材料领域，涉及一种基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料，由该制动部件材料制备的制动部件，以及该制动部件的制备方法。
背景技术
从2008年以来，我国一直是全球最大的汽车消费市场，庞大的汽车总量在为人们的出行带来了方便的同时，也为社会带来了种种问题。众所周知，轮胎是一种消耗品，在达到一定行驶里程时，都会对车辆的轮胎进行更换。如果处理不当，被替换下来的大量废旧轮胎不仅会占用土地面积，还会造成环境污染。如何处理新生的“黑色污染”已成为社会讨论和关注的热点。
轮胎中的主要材质是橡胶，通过化学方法使废旧轮胎中的橡胶脱硫，从而得到再生橡胶，是回收利用废旧轮胎中橡胶部分的有效方法。然而，为了实现某些特定功能，通常还需要向车辆轮胎中引入使用钢丝的结构，例如，为了保持轮胎形状以及增加胎体强度，需要向胎体中引入钢丝带束层结构。按照强制性国家标准的要求，例如“GB/T 27691钢帘线用盘条”和“GB/T11181子午线轮胎用钢帘线”，轮胎用钢丝为镀铜的70#～90#钢丝(市场上实际大多为80#钢丝)，成分一致性较好。因此，回收利用废旧轮胎中的钢丝部分同样具有重要的生态价值和经济价值。
制动盘(又称刹车盘)和制动鼓(又称刹车鼓)是车辆制动系统中的常见零部件，前者应用于盘式制动器，后者应用于鼓式制动器。现有的刹车盘和刹车鼓的材质大多以低合金灰铸铁为主，采用铸造用生铁、废钢为主要原材料，并添加少量铜、铬等合金，材料成份与性能和灰铁系列的HT150、HT200、HT250、HT300相近，但其耐磨性能一般，做高负荷耐久台架试验时仅在六七十个循环以内。
通过检索现有文献发现，有关利用废旧轮胎中的钢丝制备具有高耐磨性能的制动盘或制动鼓的报道较为少见。
发明内容
发明要解决的问题
为了充分回收利用废旧轮胎中的钢丝，通过与多种组分制成合金材料，进一步得到具有高耐磨性能的制动部件。
用于解决问题的方案
一方面，本发明提供了一种基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料，其包括以重量份计的下列成分(优选由以重量份计的下列成分组成)：回炉料400～1000份、废旧轮胎中的钢丝1000～1600份、增碳剂70～110份、孕育剂1.4～1.8份、硅铁10～25份、锰铁2.5～9.0份、铬铁5.0～7.5份和铜3.0～5.5份。
优选地，所述制动部件材料包括以重量份计的下列成分(优选由以重量份计的下列成分组成)：回炉料400～1000份、废旧轮胎中的钢丝1000～1600份、增碳剂70～100份、孕育剂1.4～1.8份、硅铁10～25份、锰铁2.5～5.5份、铬铁5.0～7.5份和铜3.0～4.5份。
优选地，所述制动部件材料包括以重量份计的下列成分(优选由以重量份计的下列成分组成)：回炉料400～1000份、废旧轮胎中的钢丝1000～1600份、增碳剂85～110份、孕育剂1.4～1.8份、硅铁10～25份、锰铁5.5～9.0份、铬铁5.0～7.5份和铜4.0～5.5份。更优选地，所述制动部件材料还包括以重量份计的硫1.0～1.5份。
进一步地，所述增碳剂选自天然石墨、人造石墨(例如石墨化电极碎)、石墨化石油焦、非石墨化石油焦、煅煤中的任意一种或其任意比例的混合物，优选人造石墨(例如石墨化电极碎)、石墨化石油焦中的任意一种或其任意比例的混合物，更优选石墨化石油焦。
进一步地，所述孕育剂选自硅铁孕育剂、硅钡孕育剂中的任意一种或其任意比例的混合物，优选硅钡孕育剂，更优选硅钡长效孕育剂。
优选地，所述制动部件材料中各化学成分及其重量百分比如下：C：3.30～3.85％，Si：1.45～2.00％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.15～0.30％，Cu：0.20～0.40％，S：0.10％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
更优选地，所述制动部件材料中各化学成分及其重量百分比如下：C：3.30～3.50％，Si：1.60～2.00％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.15～0.30％，Cu：0.20～0.25％，S：0.10％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
更优选地，所述制动部件材料中各化学成分及其重量百分比如下：C：3.70～3.85％，Si：1.45～2.00％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.15～0.25％，Cu：0.20～0.40％，S：0.08％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
另一方面，本发明提供了一种制动部件，其由上述基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料制得。
再一方面，本发明提供了一种上述制动部件的制备方法，其包括下列步骤：
1)向熔炼炉中混合投入配方量的废旧轮胎中的钢丝和增碳剂；逐步升温，待有铁液出现时，顺序加入配方量的硅铁、回炉料、铬铁、锰铁、铜和可选的硫；加料完毕后，升温至1500℃，保温3～5分钟；除渣、取样测定并调至成分合格后，升温至1550～1600℃，除渣，铁液出炉；
2)将铁液注入中转包，在注入过程中，使用配方量的孕育剂中的一部分对铁液进行一次孕育，除渣；将铁液转入浇注保温包，除渣；将铁液进行浇注，浇注温度为1400～1480℃，在浇注过程中，使用配方量的孕育剂的剩余部分对铁液进行二次孕育；
3)浇注完成后，落砂并对毛坯进行抛丸清理；毛坯检验合格后，按照需求进行机械加工及后处理，即得制动部件。
发明的效果
本发明以废旧轮胎破碎后分离出的废钢丝为主要原材料，添加回炉料、增碳剂、硅铁、锰铁、铬铁、铜等，再经孕育剂的孕育以及除渣处理，生产的合金制动部件，组织致密，热传导性好，耐磨性能在高负荷台架试验时可达100个循环以上。该合金材料能够提高制动部件(例如制动盘、制动鼓)的耐磨性能，使得有效使用寿命可达到30万公里。另外，废钢丝的采购成本比生铁低，还可适当降低生产成本。
附图说明
图1示出了实施例2中的高耐磨制动盘的局部片段。
图2示出了现有技术中的两种制动盘的裂纹强度测试结果。
图3示出了本发明中的两种高耐磨制动盘的裂纹强度测试结果，其中左侧为实施例2中的高耐磨制动盘，右侧为实施例6中的高耐磨制动盘。
具体实施方式
首先，本发明提供了一种基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料，其包括以重量份计的下列成分：回炉料400～1000份、废旧轮胎中的钢丝1000～1600份、增碳剂70～110份、孕育剂1.4～1.8份、硅铁10～25份、锰铁2.5～9.0份、铬铁5.0～7.5份和铜3.0～5.5份。优选地，上述制动部件材料由以重量份计的上述成分组成。
在本发明的一项实施方案中，以重量份计，上述制动部件材料包括以重量份计的下列成分：回炉料400～1000份、废旧轮胎中的钢丝1000～1600份、增碳剂70～100份、孕育剂1.4～1.8份、硅铁10～25份、锰铁2.5～5.5份、铬铁5.0～7.5份和铜3.0～4.5份。优选地，上述制动部件材料由以重量份计的上述成分组成。
在本发明的另一项实施方案中，以重量份计，上述制动部件材料包括以重量份计的下列成分：回炉料400～1000份、废旧轮胎中的钢丝1000～1600份、增碳剂85～110份、孕育剂1.4～1.8份、硅铁10～25份、锰铁5.5～9.0份、铬铁5.0～7.5份和铜4.0～5.5份。优选地，上述制动部件材料还包括以重量份计的硫1.0～1.5份。更优选地，上述制动部件材料由以重量份计的上述成分组成。
除非另有说明，本发明中的术语“回炉料”是指在铸造车间中送回熔炉进行重熔的炉料，通常包含废铸件、浇口、冒口、切屑等废金属材料。
除非另有说明，本发明中的术语“增碳剂”是指为了补足钢铁熔炼过程中烧损的碳含量而添加的含碳类物质。在钢铁产品的冶炼过程中，常常会因为冶炼时间、保温时间、过热时间较长等因素，使得铁液中碳元素的熔炼损耗量增大，造成铁液中的含碳量有所降低，导致铁液中的含碳量达不到炼制预期的理论值，因此需要添加增碳剂，以实现预期的效果。
在本发明的一项实施方案中，上述增碳剂选自天然石墨、人造石墨(例如石墨化电极碎)、石墨化石油焦、非石墨化石油焦、煅煤中的任意一种或其任意比例的混合物。
在本发明的一项优选的实施方案中，上述增碳剂选自人造石墨(例如石墨化电极碎)、石墨化石油焦中的任意一种或其任意比例的混合物。
在本发明的一项更优选的实施方案中，上述增碳剂为石墨化石油焦。
除非另有说明，本发明中的术语“孕育剂”是指在钢铁冶炼过程中加入的，能够促进石墨化、减少白口倾向、改善石墨形态和分布状况、增加共晶团数量、细化基体组织的物质。
在本发明的一项实施方案中，上述孕育剂选自硅铁孕育剂、硅钡孕育剂中的任意一种或其任意比例的混合物。
在本发明的一项优选的实施方案中，孕育剂为硅钡孕育剂。
在本发明的一项优选的实施方案中，孕育剂为硅钡长效孕育剂。
在本发明的一项实施方案中，上述制动部件材料中各化学成分及其重量百分比如下：C：3.30～3.85％，Si：1.45～2.00％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.15～0.30％，Cu：0.20～0.40％，S：0.10％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
在本发明的一项优选的实施方案中，上述制动部件材料中各化学成分及其重量百分比如下：C：3.30～3.50％，Si：1.60～2.00％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.15～0.30％，Cu：0.20～0.25％，S：0.10％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
在本发明的另一项优选的实施方案中，上述制动部件材料中各化学成分及其重量百分比如下：C：3.70～3.85％，Si：1.45～2.00％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.15～0.25％，Cu：0.20～0.40％，S：0.08％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
其次，本发明提供了一种制动部件，其由上述基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料制得。
再次，本发明提供了一种上述制动部件的制备方法，其包括下列步骤：
1)向熔炼炉中混合投入配方量的废旧轮胎中的钢丝和增碳剂；逐步升温，待有铁液出现时，顺序加入配方量的硅铁、回炉料、铬铁、锰铁、铜和可选的硫；加料完毕后，升温至1500℃，保温3～5分钟；除渣、取样测定并调至成分合格后，升温至1550～1600℃，除渣，铁液出炉；
2)将铁液注入中转包，在注入过程中，使用配方量的孕育剂中的一部分对铁液进行一次孕育，除渣；将铁液转入浇注保温包，除渣；将铁液进行浇注，浇注温度为1400～1480℃，在浇注过程中，使用配方量的孕育剂的剩余部分对铁液进行二次孕育；
3)浇注完成后，落砂并对毛坯进行抛丸清理；毛坯检验合格后，按照需求进行机械加工(例如车削、钻孔、开槽等)及后处理(例如打刻、质检、清洗、涂油、包装等)，即得制动部件。
以下将通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。除非另有说明，下列实施例中所使用的原料、设备、耗材等均可通过常规商业手段获得。
实施例1～4：生产基于废旧轮胎中的钢丝的高耐磨制动盘。
表1.生产高耐磨制动盘的配料单
Figure BDA0002829657430000061
1)按照表1中的物料用量，向熔炼炉中混合投入毛丝(即废旧轮胎中的钢丝)和增碳剂；逐步升温，待有铁液出现时，顺序加入硅铁、回炉料、铬铁、锰铁和铜；加料完毕后，升温至1500℃，保温3～5分钟；除渣、取样测定并调至成分合格后，升温至1550～1600℃，除渣，铁液出炉；
2)将铁液注入中转包，在注入过程中，按照表1中的物料用量，使用孕育剂中的一部分对铁液进行一次孕育，除渣；将铁液转入浇注保温包，除渣；将铁液进行浇注，浇注温度为1400～1480℃，在浇注过程中，使用孕育剂的剩余部分对铁液进行二次孕育；
3)浇注完成后，落砂并对毛坯进行抛丸清理；毛坯检验合格后，进行机械加工，即得高耐磨制动盘。
实施例2中的高耐磨制动盘的局部片段如图1所示。
实施例5～8：生产基于废旧轮胎中的钢丝的高耐磨制动盘。
表2.生产高耐磨制动盘的配料单
Figure BDA0002829657430000071
1)按照表2中的物料用量，向熔炼炉中混合投入毛丝(即废旧轮胎中的钢丝)和增碳剂；逐步升温，待有铁液出现时，顺序加入硅铁、回炉料、铬铁、锰铁、铜和硫；加料完毕后，升温至1500℃，保温3～5分钟；除渣、取样测定并调至成分合格后，升温至1550～1600℃，除渣，铁液出炉；
2)将铁液注入中转包，在注入过程中，按照表2中的物料用量，使用孕育剂中的一部分对铁液进行一次孕育，除渣；将铁液转入浇注保温包，除渣；将铁液进行浇注，浇注温度为1400～1480℃，在浇注过程中，使用孕育剂的剩余部分对铁液进行二次孕育；
3)浇注完成后，落砂并对毛坯进行抛丸清理；毛坯检验合格后，进行机械加工，即得高耐磨制动盘。
实施例9：基于废旧轮胎中的钢丝的高耐磨制动盘的化学成分检测。
按照GB/T 14203-93《钢铁及合金光电发射光谱分析通则》，采用ARL3460OES型直读光谱仪，在26℃、60％RH条件下，分别对实施例1～实施例8中的高耐磨制动盘进行化学成分检测，测试结果如表3所示。
表3.高耐磨制动盘的化学成分检测结果
Figure BDA0002829657430000081
实施例10：基于废旧轮胎中的钢丝的高耐磨制动盘的台架试验。
分别对实施例2和实施例6中的两种高耐磨制动盘以及市售可得的两种同类型制动盘进行台架试验，主要检测各自的裂纹强度(crack strength)，具体检测方法及标准如下：
(1)在测试台上组装制动盘及配套的制动器，并根据裂纹强度测试项目的要求进行测试前抛光。
(2)设定测试参数如下：初始制动速度为105km/h，终结制动速度为20km/h；恒定制动加速度为0.5g；每个循环的起始温度为80℃；每个循环包括4次停止；相邻两次停止之间的时间间隔(△t)为60s；当制动片的剩余厚度为3mm时，必须予以更换；在20、40、50、60、70、80、85、90、95、100个循环之后，必须目视检测裂纹。
(3)在100个制动循环后，制动盘的摩擦表面上没有贯穿裂纹。
仅经历64个制动循环，市面上现有的两种制动盘的摩擦表面上就出现了贯穿裂纹(如图2所示)，而在经历100个制动循环后，本发明的两种高耐磨制动盘的摩擦表面上仍未出现贯穿裂纹(如图3所示)，表明本发明的合金材料能够提高制动部件的耐磨性能，使得有效使用寿命得到延长。

Claims (8)

1.一种基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料，其包括以重量份计的下列成分：回炉料400～1000份、废旧轮胎中的钢丝1000～1600份、增碳剂70～110份、孕育剂1.4～1.8份、硅铁10～25份、锰铁2.5～9.0份、铬铁5.0～7.5份和铜3.0～5.5份；
所述增碳剂为石墨化石油焦；
所述孕育剂为硅钡孕育剂；
其中各化学成分及其重量百分比如下：C：3.30～3.85％，Si：1.45～2.00％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.15～0.30％，Cu：0.20～0.40％，S：0.10％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料，其包括以重量份计的下列成分：回炉料400～1000份、废旧轮胎中的钢丝1000～1600份、增碳剂70～100份、孕育剂1.4～1.8份、硅铁10～25份、锰铁2.5～5.5份、铬铁5.0～7.5份和铜3.0～4.5份；
所述增碳剂为石墨化石油焦；
所述孕育剂为硅钡孕育剂。
3.根据权利要求1所述的基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料，其包括以重量份计的下列成分：回炉料400～1000份、废旧轮胎中的钢丝1000～1600份、增碳剂85～110份、孕育剂1.4～1.8份、硅铁10～25份、锰铁5.5～9.0份、铬铁5.0～7.5份和铜4.0～5.5份；
所述增碳剂为石墨化石油焦；
所述孕育剂为硅钡孕育剂。
4.根据权利要求3所述的基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料，其特征在于，其还包括以重量份计的硫1.0～1.5份。
5.根据权利要求2所述的基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料，其特征在于，其中各化学成分及其重量百分比如下：C：3.30～3.50％，Si：1.60～2.00％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.15～0.30％，Cu：0.20～0.25％，S：0.10％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
6.根据权利要求3或4所述的基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料，其特征在于，其中各化学成分及其重量百分比如下：C：3.70～3.85％，Si：1.45～2.00％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.15～0.25％，Cu：0.20～0.40％，S：0.08％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
7.一种制动部件，其由根据权利要求1至6中任一项所述的基于废旧轮胎中的钢丝的制动部件材料制得。
8.一种根据权利要求7所述的制动部件的制备方法，其包括下列步骤：
1)向熔炼炉中混合投入配方量的废旧轮胎中的钢丝和增碳剂；逐步升温，待有铁液出现时，顺序加入配方量的硅铁、回炉料、铬铁、锰铁、铜和可选的硫；加料完毕后，升温至1500℃，保温3～5分钟；除渣、取样测定并调至成分合格后，升温至1550～1600℃，除渣，铁液出炉；
2)将铁液注入中转包，在注入过程中，使用配方量的孕育剂中的一部分对铁液进行一次孕育，除渣；将铁液转入浇注保温包，除渣；将铁液进行浇注，浇注温度为1400～1480℃，在浇注过程中，使用配方量的孕育剂的剩余部分对铁液进行二次孕育；
3)浇注完成后，落砂并对毛坯进行抛丸清理；毛坯检验合格后，按照需求进行机械加工及后处理，即得制动部件。
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Assignee: Shandong Hengruide Brake System Co.,Ltd.

Assignor: SHANDONG LUSIDE MACHINERY CO.,LTD.

Contract record no.: X2022980015353

Denomination of invention: A kind of brake component material based on steel wire in waste tires, brake component prepared therefrom, and manufacturing method

Granted publication date: 20211224

License type: Common License

Record date: 20220919