CN114341380A - 铸铁，特别地用于盘式制动器的部件 - Google Patents

铸铁，特别地用于盘式制动器的部件 Download PDF

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Abstract

本发明包括一种由碳、硅、钒、锰、镍、铬、钼、铜、硫、磷、锡和钛构成的灰铸铁，其中：碳按重量计的百分比为3.70％至3.90％；硅按重量计的百分比为1.30％至2.10％；钒按重量计的百分比为0.10％至0.15％；锰按重量计的百分比为0.60％至0.90％；镍按重量计的百分比为0.05％至0.50％；铬按重量计的百分比为0.20％至0.35％；钼按重量计的百分比不超过0.10％；铜按重量计的百分比不超过0.35％；硫按重量计的百分比低于0.10％；磷按重量计的百分比低于0.10％；锡按重量计的百分比低于0.10％；钛按重量计的百分比不超过0.01％；按重量计的其余组分为铁。

Description

铸铁，特别地用于盘式制动器的部件
技术领域
本发明涉及一种铸铁，特别地用于制造制动盘的铸铁，以及涉及用所述铸铁制造的盘式制动器的制动盘。
背景技术
众所周知，由灰铸铁制成的制动盘随着时间的推移会在制动带处经受磨损。不可避免地，这种现象会影响盘的持续时间。
因此，在汽车领域，特别地在高性能汽车领域，迫切感到需要制造由铸铁制成的具有高耐磨性的制动盘。
因此，提高耐磨性使得释放到环境中的金属粉末减少。
然而，必须考虑到制动盘所经受的高强度的机械和热应力，才能提高由灰铸铁制成的盘的耐磨性。这种应力使得制动带上达到高温，从而可以使制动性能下降，并且甚至在制动带上形成裂纹。
还感到需要由灰铸铁制成的具有高耐腐蚀性的制动盘，从而增加其持续时间。因此，提高耐磨性不能对耐腐蚀性产生负面影响。
在本技术领域，能够同时兼具高耐磨性以及在机械阻力、耐热性和耐腐蚀性方面具有高性能的灰铸铁解决方案还不为人知。
发明内容
本发明的目的是提供一种灰铸铁，它克服了参照现有技术所述的缺点。
根据权利要求1所述的灰铸铁克服了这样的缺点。
根据本发明的铸铁的其他实施方式在以下权利要求中描述。
本发明的其他特点和优点将从下面给出的对本发明的优选非限制性实施方式的描述中变得更加明显。
具体实施方式
根据一般的实施方式，本发明的灰铸铁以合金的方式包括：碳、硅、钒、锰、镍、铬、钼、铜、硫、磷、锡和钛。
这样的合金元素被包含在铸铁中，其按重量计的百分比范围占铸铁总重量如下：
-碳按重量计从3.70％至3.90％，
-硅按重量计从1.30％至2.10％，
-钒按重量计从0.10％至0.15％，
-锰按重量计从0.60％至0.90％，
-镍按重量计从0.05％至0.50％，
-铬按重量计从0.20％至0.35％，
-钼按重量计不超过0.10％，
-铜按重量计不超过0.35％，
-硫按重量计低于0.10％，
-磷按重量计低于0.10％，
-锡按重量计低于0.10％，
-钛按重量计不超过0.01％，
按重量计的其余组分为铁。
优选地，碳按重量计的百分比为3.70％至3.86％。
优选地，硅按重量计的百分比为1.40％至2.08％。
优选地，钒按重量计的百分比为0.12％至0.14％。
优选地，锰按重量计的百分比为0.63％至0.85％。
优选地，镍按重量计的百分比为0.06％至0.47％。
优选地，铬按重量计的百分比为0.21％至0.35％。
优选地，铜按重量计的百分比为0.19％至0.35％。
优选地，锡按重量计的百分比不超过0.09％。
优选地，钛按重量计的百分比为0.0079％至0.01％。
根据第一优选实施方式，灰铸铁具有以下成分：
-按重量计3.86％的碳；
-按重量计1.85％的硅；
-按重量计0.12％的钒；
-按重量计0.63％的锰；
-按重量计0.06％的镍；
-按重量计0.21％的铬；
-按重量计0.002％的钼；
-按重量计0.19％的铜；
-按重量计0.065％的硫；
-按重量计0.04％的磷；
-按重量计0.023％的锡；
-按重量计0.0079％的钛；
按重量计的其余组分为铁。
根据第二优选实施方式，灰铸铁具有以下成分：
-按重量计3.70％的碳；
-按重量计2.08％的硅；
-按重量计0.12％的钒；
-按重量计0.658％的锰；
-按重量计0.47％的镍；
-按重量计0.255％的铬；
-按重量计0.0312％的钼；
-按重量计0.238％的铜；
-按重量计0.0463％的硫；
-按重量计0.031％的磷；
-按重量计0.038％的锡；
-按重量计0.01％的钛；
按重量计的其余组分为铁。
有利地，灰铸铁可以另外地包括钨，其按重量计的百分比为0.10％至0.14％，并且优选地等于0.12％。
根据第三特别优选的实施方式，灰铸铁具有以下成分：
-按重量计3.75％的碳，
-按重量计1.40％的硅，
-按重量计0.14％的钒，
-按重量计0.12％的钨，
-按重量计0.85％的锰，
-按重量计0.1％的镍，
-按重量计0.35％的铬，
-按重量计0.1％的钼，
-按重量计0.35％的铜，
-按重量计<0.1％的硫，
-按重量计<0.1％的磷，
-按重量计0.09％的锡，
-按重量计0.01％的钛，
按重量计的其余组分为铁。
优选地，铸铁的铁基体是珠光体或细片状类型。特别地，珠光体按重量计的百分比为铁基体重量的不低于95％。
优选地，灰铸铁包括铁素体，其按重量计的百分比为铁基体重量的不超过5％。甚至更优选地，铁素体按重量计的百分比等于铁基体重量的1％。
特别地，灰铸铁包括渗碳体和游离碳化物，其按重量计的百分比为铁基体重量的不超过1％。
有利地，本发明的铸铁可以用于生产盘式制动器的部件。
例如，铸铁可以用于生产任何类型的盘式制动器中的制动盘的至少一个制动带。
***
已经进行了实验性的磨损测试，将由标准成分的灰铸铁制成的制动盘与由三种铸铁制成的三种制动盘进行比较，这三种铸铁具有落入本发明的三种不同成分。
比较示例
使用具有以下成分的灰铸铁获得了制动盘：按重量计3.74％的碳；按重量计1.65％的硅；按重量计0.55％的锰；按重量计0.1％的镍；按重量计0.15％的铬；按重量计0.1％的钼；按重量计0.2％的铜；按重量计<0.1％的硫；按重量计<0.08％的磷；按重量计0.023％的锡；按重量计0.09％的钛；按重量计的其余组分为铁。
铁基体由以下构成：按重量计1％的铁素体、按重量计98.5％的珠光体、和按重量计0.5％的碳化物。
由这种灰铸铁制成的制动盘将在下面被称为对比盘。
示例1
获得了与对比盘相同但使用了根据本发明的灰铸铁的第一制动盘，该灰铸铁具有以下第一成分：按重量计3.86％的碳；按重量计1.85％的硅；按重量计0.12％的钒；按重量计0.63％的锰；按重量计0.06％的镍；按重量计0.21％的铬；按重量计0.002％的钼；按重量计0.19％的铜；按重量计0.065％的硫；按重量计0.04％的磷；按重量计0.023％的锡；按重量计0.0079％的钛；按重量计的其余组分为铁。
铁基体由以下构成：按重量计1％的铁素体、按重量计98％的珠光体、和按重量计1％的碳化物。
由这种灰铸铁制成的制动盘在下面将被称为盘1。
示例2
获得了与对比盘相同但使用了根据本发明的灰铸铁的第二制动盘，该灰铸铁具有以下第二成分：按重量计3.70％的碳；按重量计2.08％的硅；按重量计0.12％的钒；按重量计0.658％的锰；按重量计0.47％的镍；按重量计0.255％的铬；按重量计0.0312％的钼；按重量计0.238％的铜；按重量计0.0463％的硫；按重量计0.031％的磷；按重量计0.038％的锡；按重量计0.01％的钛；按重量计的其余组分为铁。
铁基体由以下构成：按重量计1％的铁素体、按重量计98％的珠光体、和按重量计1％的碳化物。
由这种灰铸铁制成的制动盘在下面将被称为盘2。
示例3
获得了与对比盘相同但使用了根据本发明的灰铸铁的第三制动盘，该灰铸铁具有以下第三成分：按重量计3.75％的碳；按重量计1.40％的硅；按重量计0.14％的钒；按重量计0.12％的钨；按重量计0.85％的锰；按重量计0.1％的镍；按重量计0.35％的铬；按重量计0.1％的钼；按重量计0.35％的铜；按重量计<0.1％的硫；按重量计<0.1％的磷；按重量计0.09％的锡；和按重量计0.01％的钛；按重量计的其余组分为铁。
铁基体由以下构成：按重量计约1％的铁素体、按重量计97.5％的珠光体、和按重量计<1％的碳化物。
由这种灰铸铁制成的制动盘在下面将被称为盘3。
实验性测试
对比制动盘和根据本发明的三种制动盘(盘1、2和3)经受了五次重复的制动系统领域中众所周知的技术测试。在这样的测试结束时，发现这三种盘与参考盘相比重量损失减少了50％-55％。
从这些测试中可以看出，在同等条件下，根据本发明的制动盘(盘1、2和3)经历的重量损失明显低于对比盘所经历的重量损失。平均而言，根据本发明的制动盘(盘1、2和3)的重量损失与对比盘的重量损失相比小于50％。
这意味着根据本发明的灰铸铁比作为参考的标准灰铸铁具有更高的耐磨性。
从对测试结果的分析中还可以看出，盘3的重量损失与对比盘相比较明显地减少。由此可见，用于制造这种盘3的灰铸铁允许获得较明显的耐磨性。
相同的制动盘(对比盘、盘1、盘2和盘3)从机械的角度和功能参数的角度被进一步表征。结果示出在表1中：
Figure BDA0003485915740000081
表1
从表1所示的数据比较中可以看出，在机械阻力、耐热性和耐腐蚀性方面，盘1、2和3的性能与使用标准灰铸铁制造的制动盘的性能基本相当。
所有这些也通过以下事实被间接证实：与用于制造对比盘的标准灰铸铁相比，根据本发明的灰铸铁在碳(石墨)、硅的按重量计的百分比以及铬和钼按重量计的百分比总和的方面没有任何显著变化。
大量的碳(石墨)确保了根据本发明的铸铁具有很高的导热性，这允许在制动冲击期间进行高热交换。因此，由于热应力而产生裂纹的风险也会显著降低，即使在大量使用制动系统后。本发明的铸铁还具有较高的阻尼能力，这有助于提高对裂纹的形成和扩散的抵抗。
由于本发明的铸铁中含有一定比例的硅，达到了石墨化的效果，防止了渗碳体和碳化物的形成。
此外，铬和钼稳定了金属基体中片状珠光体的形成。
***
在为制动系统设计合适的制动盘期间使用的标准测试的五次重复结束时，接着还测量了与对比盘和盘1、2、3一起使用的衬垫的重量损失。
从数据比较中可以看出，盘1、2和3对衬垫造成的磨损与对比盘造成的磨损基本相当。因此，耐磨性的提高并没有使得与使用根据本发明的铸铁制造的盘相关联的衬垫的磨损增加。
从描述中可以看出，本发明的灰铸铁允许克服现有技术中出现的缺点。
特别地，根据本发明的铸铁以及由所述铸铁制成的相关制动盘比作为参考的标准灰铸铁的耐磨性显著提高。这样的提高并没有使得机械阻力、耐热性和耐腐蚀性的劣化。
事实上，根据本发明的灰铸铁制成的制动盘的性能与标准灰铸铁制成的制动盘的性能在机械阻力、耐热性和耐腐蚀性的方面是相当的。
还可以看出，根据本发明的灰铸铁所确保的耐磨性提高也没有显著改变衬垫的磨损。事实上，从重量损失得到的数据中可以看出，与盘1、2和3相关联的衬垫的磨损方式(就重量损失而言)和与对比盘相关联的衬垫的磨损方式基本相似。特别地，与对比盘相比，在盘3的情况下衬垫的磨损确实有所减少。
为了满足具体的、偶然的需要，本领域的技术人员可以对上述的铸铁和制动盘进行一些改变和变化，所有这些都被包含在由所附权利要求限定的发明范围内。

Claims (18)

1.灰铸铁，包括碳、硅、钒、锰、镍、铬、钼、铜、硫、磷、锡和钛，其中
-碳按重量计的百分比为3.70％至3.90％，
-硅按重量计的百分比为1.30％至2.10％，
-钒按重量计的百分比为0.10％至0.15％，
-锰按重量计的百分比为0.60％至0.90％，
-镍按重量计的百分比为0.05％至0.50％，
-铬按重量计的百分比为0.20％至0.35％，
-钼按重量计的百分比不高于0.10％，
-铜按重量计的百分比不高于0.35％，
-硫按重量计的百分比低于0.10％，
-磷按重量计的百分比低于0.10％，
-锡按重量计的百分比低于0.10％，
-钛按重量计的百分比低于0.01％，
按重量计的其余构成组分为铁。
2.根据权利要求1或2所述的铸铁，其中，碳按重量计的百分比为3.70％至3.86％。
3.根据权利要求1、2或3所述的铸铁，其中，硅按重量计的百分比为1.40％至2.08％。
4.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的铸铁，其中，钒按重量计的百分比在0.12％至0.14％之间。
5.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的铸铁，其中，锰按重量计的百分比为0.63至0.85。
6.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的铸铁，其中，镍按重量计的百分比在0.06％至0.47％之间。
7.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的铸铁，其中，铬按重量计的百分比在0.21％至0.35％之间。
8.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的铸铁，其中，铜按重量计的百分比在0.19％至0.35％之间。
9.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的铸铁，其中，锡按重量计的百分比不高于0.09％。
10.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的铸铁，其中，钛按重量计的百分比在0.0079％至0.01％之间。
11.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的铸铁，由以下构成：按重量计3.86％的碳；按重量计1.85％的硅；按重量计0.12％的钒；按重量计0.63％的锰；按重量计0.06％的镍；按重量计0.21％的铬；按重量计0.002％的钼；按重量计0.19％的铜；按重量计0.065％的硫；按重量计0.04％的磷；按重量计0.023％的锡；按重量计0.0079％的钛；按重量计的其余组分为铁。
12.根据权利要求1-10中的一项或更多项所述的铸铁，由以下构成：按重量计3.70％的碳；按重量计2.08％的硅；按重量计0.12％的钒；按重量计0.658％的锰；按重量计0.47％的镍；按重量计0.255％的铬；按重量计0.0312％的钼；按重量计0.238％的铜；按重量计0.0463％的硫；按重量计0.031％的磷；按重量计0.038％的锡；按重量计0.01％的钛；按重量计其余组分为铁。
13.根据权利要求1至10中的一项或更多项所述的铸铁，还包括钨，其中，钨的重量百分比在0.10％至0.14％之间，并且优选地是0.12％。
14.根据权利要求13所述的铸铁，由以下构成：按重量计3.75％的碳；按重量计1.40％的硅；按重量计0.14％的钒；按重量计0.12％的钨；按重量计0.85％的锰；按重量计0.1％的镍；按重量计0.35％的铬；按重量计0.1％的钼；按重量计0.35％的铜；按重量计<0.1％的硫；按重量计<0.1％的磷；按重量计0.09％的锡；和按重量计0.01％的钛；按重量计的其余组分为铁。
15.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的铸铁，其中，所述铸铁的基体是珠光体的或细片状的，其中，优选地珠光体按重量计的百分比为铁基体重量的不低于95％。
16.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的铸铁，包括铁素体，该铁素体按重量计的百分比为铁基体重量的不超过5％，并且优选地等于铁基体重量的1％。
17.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的铸铁，包括渗碳体和游离碳化物，该渗碳体和游离碳化物按重量计的百分比为铁基体重量的不高于1％。
18.用于盘式制动器的制动盘，包括由根据前述权利要求中的任一项所述的铸铁制成的制动表面。
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