CN116287960A - 高导热刹车盘及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于刹车盘制备技术领域，具体涉及一种高导热刹车盘及其制备方法。本发明所述的高导热刹车盘的主要化学成分及其重量百分比为：碳3.7‑4.0％，硅0.6‑1.2％，锰0.6‑0.8％，铬0.1‑0.3％，硼0.02‑0.12％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明的高导热刹车盘，具有良好的导热性、高温强度、高温耐磨性和抗热疲劳性能，可显著提高刹车盘制动的安全可靠性和使用寿命；并且其制备方法工艺合理。
Description
技术领域
本发明属于刹车盘制备技术领域，具体涉及一种高导热刹车盘及其制备方法。
背景技术
刹车系统的原理是将刹车盘同轮毂装配在一起，通过与制动衬片进行干摩擦，产生巨大的摩擦力，将高速行驶车辆的动能转化为热能，有时汽车从时速100km刹车到静止仅需要十几秒甚至更短，可见刹车系统承受着巨大的负荷。刹车盘是刹车系统中的一个重要部件，它的性能直接影响刹车效果的好坏，在刹车过程中，刹车盘一直承受着磨损和摩擦，压力过大，则会发生变形或开裂；其次，刹车是个循环不断的过程，使刹车盘一直处在冷热交替的过程中，易产生疲劳裂纹。汽车刹车盘在高温、热疲劳和磨损条件下使用，刹车盘材质应具有良好的导热性、耐热性、疲劳性能和抗磨性能，目前汽车刹车盘通常采用高强度灰铸铁生产，耐热、耐疲劳性能差，在使用过程中磨损后容易出现龟裂、裂痕等缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种高导热刹车盘，具有良好的导热性、高温强度、高温耐磨性和抗热疲劳性能，可显著提高刹车盘制动的安全可靠性和使用寿命；本发明还提供了其制备方法，工艺合理。
本发明所述的高导热刹车盘的主要化学成分及其重量百分比为：碳3.7-4.0％，硅0.6-1.2％，锰0.6-0.8％，铬0.1-0.3％，硼0.02-0.12％，其余为铁和不可避免的杂质。
碳是石墨形成元素，高的碳含量有利于提高导热性。
硅是促石墨化元素，有利于消除自由渗碳体，但硅含量过高会降低珠光体含量，降低强度及耐磨性。
锰促进珠光体形成，但含量过高易偏析，使塑性降低。
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，但锰含量过高，会促进自由渗碳体形成。
钛和硼均可促进形成碳化物和硼化物，提高强度、抗拉硬度、耐磨性和组织高温稳定性。
本发明所述的高导热刹车盘的制备方法，包括以下步骤：
(1)将熔炼主料废钢和回炉料与熔炼辅料增碳剂在中频感应电炉中熔炼；
(2)向中频感应电炉中加入锰合金、铬合金、硼合金熔炼，得到熔炼液；
(3)采用冲入法将熔炼液倒入浇注处理包中，进行随流孕育和型内孕育；
(4)孕育结束后，进行浇注，得到刹车盘。
优选的，熔炼主料中废钢的加入量占总重量的40％，回炉料的加入量占总重量的60％，熔炼辅料增碳剂的加入量为熔炼主料重量的2.3％；废钢为Q235普通碳素结构钢，回炉料为刹车盘回炉料，增碳剂为含碳量98.5％的石墨化增碳剂。
优选的，锰合金为FeMn63，其加入量为熔炼主料重量的0.3％；铬合金为FeCr55C4-0，其加入量为熔炼主料重量的0.2％；硼合金为FeB18C0.5A或FeB18C0.5B，其加入量为熔炼主料重量的0.5％-0.7％。
优选的，随流孕育剂为硅钡钙铁合金，其主要化学成分及其重量百分比为：硅60％、钙2％、铝1％、钡3％，其余为铁和不可避免的杂质，随流孕育剂加入量为熔炼液重量的0.3-0.4％。
优选的，型内孕育剂为硅锆合金，其主要化学成分及其重量百分比为：硅65％、锆7％，其余为铁和不可避免的杂质，型内孕育剂加入量为熔炼液重量的0.05-0.1％。
优选的，熔炼温度为1480-1520℃，浇注温度为1390-1410℃。
制备得到的刹车盘，其金相组织为：A型石墨>90％，其余为C型石墨；基体组织为：珠光体>95％，磷共晶<2％，碳化物<3％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述刹车盘力学性能表现较好，拉伸强度≥170MPa，硬度≥160HBW。
2、本发明所述刹车盘具有良好的导热性、高温强度、高温耐磨性和抗热疲劳性能，可显著提高制动安全性和使用寿命。
3、本发明所述刹车盘的制备方法，工艺合理，正常生产设备即可实现。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
需要说明的是：实施例中用到的所有原料除特殊说明外，均为市购。
实施例1
本发明所述的高导热刹车盘的主要化学成分及其重量百分比为：碳3.95％，硅0.98％，锰0.65％，铬0.25％，硼0.08％，其余为铁和不可避免的杂质。
其制备方法如下：
(1)将熔炼主料废钢和回炉料与熔炼辅料增碳剂在中频感应电炉中熔炼，熔炼温度为1480℃；
其中，熔炼主料中废钢的加入量占总重量的40％，回炉料的加入量占总重量的60％，熔炼辅料增碳剂的加入量为熔炼主料重量的2.3％；废钢为Q235普通碳素结构钢，回炉料为刹车盘回炉料，增碳剂为含碳量98.5％的石墨化增碳剂；
(2)向中频感应电炉中加入锰合金、铬合金、硼合金熔炼，得到熔炼液；
其中，锰合金为FeMn63，其加入量为熔炼主料重量的0.3％；铬合金为FeCr55C4-0，其加入量为熔炼主料重量的0.2％；硼合金为FeB18C0.5A，其加入量为熔炼主料重量的0.5％；
(3)采用冲入法将熔炼液倒入浇注处理包中，进行随流孕育和型内孕育，同时对熔炼液成分进行化验；
其中，随流孕育剂为硅钡钙铁合金，其主要化学成分及其重量百分比为：硅60％、钙2％、铝1％、钡3％，其余为铁和杂质，随流孕育剂加入量为熔炼液重量的0.3％；
型内孕育剂为硅锆合金，其主要化学成分及其重量百分比为：硅65％、锆7％，其余为铁和杂质，型内孕育剂加入量为熔炼液重量的0.06％；
(4)熔炼液成分化验合格后，进行浇注，浇注温度为1390℃，得到铸件，把铸件中的砂及砂箱中的填充砂清理干净，即得到本发明所述的刹车盘。
实施例2
本发明所述的高导热刹车盘的主要化学成分及其重量百分比为：碳3.75％，硅1.15％，锰0.73％，铬0.28％，硼0.11％，其余为铁和不可避免的杂质。
其制备方法如下：
(1)将熔炼主料废钢和回炉料与熔炼辅料增碳剂在中频感应电炉中熔炼，熔炼温度为1520℃；
其中，熔炼主料中废钢的加入量占总重量的40％，回炉料的加入量占总重量的60％，熔炼辅料增碳剂的加入量为熔炼主料重量的2.3％；废钢为Q235普通碳素结构钢，回炉料为刹车盘回炉料，增碳剂为含碳量98.5％的石墨化增碳剂；
(2)向中频感应电炉中加入锰合金、铬合金、硼合金熔炼，得到熔炼液；
其中，锰合金为FeMn63，其加入量为熔炼主料重量的0.3％；铬合金为FeCr55C4-0，其加入量为熔炼主料重量的0.2％；硼合金为FeB18C0.5B，其加入量为熔炼主料重量的0.7％；
(3)采用冲入法将熔炼液倒入浇注处理包中，进行随流孕育和型内孕育，同时对熔炼液成分进行化验；
其中，随流孕育剂为硅钡钙铁合金，其主要化学成分及其重量百分比为：硅60％、钙2％、铝1％、钡3％，其余为铁和杂质，随流孕育剂加入量为熔炼液重量的0.4％；
型内孕育剂为硅锆合金，其主要化学成分及其重量百分比为：硅65％、锆7％，其余为铁和杂质，型内孕育剂加入量为熔炼液重量的0.1％；
(4)熔炼液成分化验合格后，进行浇注，浇注温度为1410℃，得到铸件，把铸件中的砂及砂箱中的填充砂清理干净，即得到本发明所述的刹车盘。
实施例3
本发明所述的高导热刹车盘的主要化学成分及其重量百分比为：碳3.80％，硅0.85％，锰0.78％，铬0.15％，硼0.05％，其余为铁和不可避免的杂质。
其制备方法如下：
(1)将熔炼主料废钢和回炉料与熔炼辅料增碳剂在中频感应电炉中熔炼，熔炼温度为1500℃；
其中，熔炼主料中废钢的加入量占总重量的40％，回炉料的加入量占总重量的60％，熔炼辅料增碳剂的加入量为熔炼主料重量的2.3％；废钢为Q235普通碳素结构钢，回炉料为刹车盘回炉料，增碳剂为含碳量98.5％的石墨化增碳剂；
(2)向中频感应电炉中加入锰合金、铬合金、硼合金熔炼，得到熔炼液；
其中，锰合金为FeMn63，其加入量为熔炼主料重量的0.3％；铬合金为FeCr55C4-0，其加入量为熔炼主料重量的0.2％；硼合金为FeB18C0.5A，其加入量为熔炼主料重量的0.6％；
(3)采用冲入法将熔炼液倒入浇注处理包中，进行随流孕育和型内孕育，同时对熔炼液成分进行化验；
其中，随流孕育剂为硅钡钙铁合金，其主要化学成分及其重量百分比为：硅60％、钙2％、铝1％、钡3％，其余为铁和杂质，随流孕育剂加入量为熔炼液重量的0.35％；
型内孕育剂为硅锆合金，其主要化学成分及其重量百分比为：硅65％、锆7％，其余为铁和杂质，型内孕育剂加入量为熔炼液重量的0.05％；
(4)熔炼液成分化验合格后，进行浇注，浇注温度为1400℃，得到规定形状的铸件，把铸件中的砂及砂箱中的填充砂清理干净，即得到本发明所述的刹车盘。
对实施例1-实施例3制备得到的刹车盘进行检测：金相组织：A型石墨>90％，其余为C型石墨；基体组织：珠光体>95％，磷共晶<2％，碳化物<3％。同时，对刹车盘进行性能测试，并且与HT250进行了对比，结果见表1。
从对比结果可以看出，本发明的高导热刹车盘对比普通HT250，热导率大幅提高，裂纹循环次数提高，裂纹长度大幅缩短，提高了刹车盘使用寿命，刹车过热导致制动失效的概率降低，利于行车安全，达到了设计要求。
表1刹车盘性能测试数据表
Claims (10)
1.一种高导热刹车盘，其特征在于：其主要化学成分及其重量百分比为：碳3.7-4.0％，硅0.6-1.2％，锰0.6-0.8％，铬0.1-0.3％，硼0.02-0.12％，其余为铁和不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的高导热刹车盘的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将熔炼主料废钢和回炉料与熔炼辅料增碳剂在中频感应电炉中熔炼；
(2)向中频感应电炉中加入锰合金、铬合金、硼合金熔炼，得到熔炼液；
(3)采用冲入法将熔炼液倒入浇注处理包中，进行随流孕育和型内孕育；
(4)孕育结束后，进行浇注，得到刹车盘。
3.根据权利要求2所述的高导热刹车盘的制备方法，其特征在于：熔炼主料废钢的加入量占总重量的40％，回炉料的加入量占总重量的60％。
4.根据权利要求2所述的高导热刹车盘的制备方法，其特征在于：增碳剂的加入量为熔炼主料重量的2.3％。
5.根据权利要求2所述的高导热刹车盘的制备方法，其特征在于：锰合金加入量为熔炼主料重量的0.3％，铬合金加入量为熔炼主料重量的0.2％；硼合金加入量为熔炼主料重量的0.5％-0.7％。
6.根据权利要求2所述的高导热刹车盘的制备方法，其特征在于：随流孕育剂加入量为熔炼液重量的0.3-0.4％。
7.根据权利要求6所述的高导热刹车盘的制备方法，其特征在于：随流孕育剂为硅钡钙铁合金，其主要化学成分及其重量百分比为：硅60％、钙2％、铝1％、钡3％，其余为铁和不可避免的杂质。
8.根据权利要求2所述的高导热刹车盘的制备方法，其特征在于：型内孕育剂加入量为熔炼液重量的0.05-0.1％。
9.根据权利要求8所述的高导热刹车盘的制备方法，其特征在于：型内孕育剂为硅锆合金，其主要化学成分及其重量百分比为：硅65％、锆7％，其余为铁和不可避免的杂质。
10.根据权利要求2所述的高导热刹车盘的制备方法，其特征在于：熔炼温度为1480-1520℃，浇注温度为1390-1410℃。
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2022
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