CN1970808A - 一种轿车用前制动盘铸件及其制作方法 - Google Patents

一种轿车用前制动盘铸件及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轿车用前制动盘铸件及其制作方法，解决了现有技术中高碳硅当量和高珠光体含量不能共存的问题，本发明的轿车用前制动盘铸件，是由以下重量百分比的各原料组份制成，各组份以化学纯含量计其配比为：碳3.6－3.8％，硅1.7－1.9％，锰0.56－0.76％，铬0.14－0.18％，铜0.53－0.61％，钼0.30－0.36％，镍0.01－0.08％，其余为铁。本发明的轿车用前制动盘铸件，通过合理的选材和配比，使在高珠光体含量时同时具有高碳硅当量，同时铸件的机械性能不随珠光体含量的升高而升高，而是控制在一定范围内；制作工艺合理简单方便，成本低。

Description

一种轿车用前制动盘铸件及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种金属材料，尤其是一种汽车部件及其制作方法，更具体地说是一种轿车用前制动盘铸件及其制作方法。
背景技术
制动盘首先见于国外汽车上，就其使用的方法看，属于磨擦式制动器的范畴，即是通过摩擦使车辆的动能转换成热，再散发到大气中去的一种装置。与传统的鼓式散热器相比较，其散热性能好，适于高速行驶，对脚踏力有线性效果。因此，近年来在我国已得到部分采用，代表一种趋势，今后包括载重货车在内，将有一半以上的车辆使用盘式制动器即制动盘。制动盘作为一种易损件、保安件，其结构及材质对汽车的使用性能、安全性能是至关重要的。结构的设计是汽制动盘作为一种易损件、保安件，对其结构及材质都提出了很高的要求，尤其是材质。
目前轿车用前制动盘铸件或用灰铸铁或用蠕墨铸铁或用铝合金，但从成本考虑，大多仍用灰铸铁作为主原料，原因在于灰铸铁中的五大合金元素Mn(锰)、Cr(铬)、Cu(铜)、Sn(锡)、Mo(钼)能促进珠光体生成，同时这些合金元素的加入，在一定程度也能细化石墨，使基体中铁素体的量减少甚至消失，珠光体则在一定的程度上得到细化，而且其中的铁素体由于有一定量的合金元素而得到固溶强化，使铸铁总有较高的强度性能，而这正符合轿车用前制动盘铸件使用要求。以上只是好的制动盘铸件的前提，而围绕这一主原料合理调整各合金元素的配比以及合理的工艺才是核心。
据申请人了解，德国大众汽车公司轮毂铸件要求TL-VW048A标准为：
C(碳)≥3.6，Si(硅)≥1.6，Mn(锰)0.4-0.8，P(磷)≤0.10，S(硫)≤0.10，Cu≤0.6，Cr≤0.20，Mo≤0.60，Ni≤0.20，据此可以生产各种汽车轮毂，但在实际生产中，每一成份的控制精度要求很高，微小的成份区别对成品的性能都会产生很大的影响，甚至导致产品不合格。而从低成本考虑，各成份都要从低限考虑，同时对性能又有很高的要求，所以要求成份控制更精确；另外，作为轿车用前制动盘铸件，要求有高的碳硅当量、高珠光体含量，与之同时抗拉强度、楔压强度、布氏硬度则会随珠光体含量的升高而升高，导致铸件性能降低，甚至不合格。
据申请人检索发现，《材料工艺》P21-22，李存科、房瑞祥所作《高速列车特种铸铁制动盘铸造工艺研究》一文中提到RuT380的机械性能和化学成份：化学成份C(碳)3.6-3.8，Si(硅)2.2-3.0，Mn0.4-1.0，P(磷)≤0.07，S(硫)≤0.05，Cu0.4-0.9，Mo0.26-0.3，Ti(钛)0.1-0.2，Mg(镁)0.01-0.05，Re(稀土)0.01-0.035，该产品是作为高速列车用的特种铸铁制动盘，增加了钛、镁和稀土元素，成本高，而且也不适于在轿车上使用。
发明内容
针对上述存在问题，本发明提供一种轿车用前制动盘铸件，突破传统铸件性能界面，在高碳硅当量时保持高珠光体含量；同时铸件的机械性能(抗拉强度、楔压强度、布氏硬度)不随珠光体含量的升高而升高，而是控制在一定范围内。
为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案，本发明的轿车用前制动盘铸件，是由以下重量百分比的各原料组份制成，各组份以化学纯含量计其配比为：碳3.6-3.8％，硅1.7-1.9％，锰0.56-0.76％，铬0.14-0.18％，铜0.53-0.61％，钼0.30-0.36％，镍0.01-0.08％，其余为铁。
所述的硅组份的原料为硅铁，所述的锰组份的原料为锰铁，所述的钼组份的原料为钼铁，所述的铜组份的原料为电解铜，所述的碳和铬组份的原料为低碳铬，所述的镍组份的原料镍板。
本发明的轿车用前制动盘铸件的制作方法，主要步骤包括配料、熔炼、成分调整、孕育处理、浇铸和保温，具体步骤如下：
a、配料：按设计要求，严格计算各组份的化学纯含量和实际用量，并称量待用；
b、熔炼：把称量好的锰、钼、铜、铬和镍组份原料加入炉底，然后一次性加入新生铁和废钢，然后用750kg中频感应炉加热，功率从220KW逐步加大到350KW，旧铁逐步加入，保持感应炉满料，直到称量待用旧铁料全部加入为止，然后加入硅铁保温至全部炉料熔化完毕；在熔炼过程中要进行快速炉前分析和成分调整，即在熔炼过程中，取铁水快速炉前分析，测定碳当量，碳当量的计算方法为：碳当量CE＝C+(1/3)×Si，其中C为配料中碳的化学纯百分含量数、Si为配料中硅的化学纯百分含量数，控制碳硅当量在4.2～4.4；一般在在炉料加入时，有意控制加入量，留少量的新生铁，当碳当量低于4.2时，根据测定结果加生铁，否则如果造成碳当量高则无法控制；
d、孕育处理：全部炉料熔化完毕后，温度保持在1480-1520℃，并同时加入铁水重量0.4-0.5％的硅钡孕育剂进行孕育处理，硅钡孕育剂优选块状或粒状；
e、去渣：孕育处理后，继续加温，当炉温达到1510-1530℃时保温，使铁水过热2-3分钟，加入聚渣剂和去渣剂去渣；
f、浇铸并二次孕育处理：去渣后的铁水入模具箱中采用低温浇铸法浇铸，浇铸温度1330-1360℃，浇铸前加入铁水重量的0.10-0.15％硅钡孕育剂进行二次孕育处理，硅钡孕育剂优选粉状；
g、保温：浇铸完成后，在模具箱密封自然保温至少3小时，然后开箱，得毛坯。
由于本发明采用了以上技术方案，所以本发明所做的轿车用前制动盘铸件，通过合理的选材和配比，克服了高碳硅当量和高珠光体含量的矛盾，使在高珠光体含量时同时具有高碳硅当量，同时铸件的机械性能(抗拉强度、楔压强度、布氏硬度)不随珠光体含量的升高而升高，而是控制在一定范围内(抗拉强度180-230N/mm2、楔压强度126-156N/mm2、布氏硬度150-195HB))；再进行合理工艺处理，如孕育剂的选择和浇铸温度的控制等，使产品具有好的耐磨性、减震性、致密性以及抗疲劳、抗氧化、抗生长性能；另外本发明的轿车用前制动盘铸件成本也较低，制作方法及工艺合理简单方便，经济效益明显。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。
实施例一
本发明的一种轿车用前制动盘铸件，其各原料组份以化学纯含量计，各组份重量百分比的配比为：碳3.6％，硅1.9％，锰0.56％，铬0.14％，铜0.53％，钼0.36％，镍0.01％，其余为铁，组份原料为锰铁、钼铁、电解铜、低碳铬、镍板、新生铁、旧铁(回炉料)和废钢。
上述的一种轿车用前制动盘铸件，其制作方法为：
a、配料：按上述设计要求，首先测定各所需原料的化学组成及百分含量，然后根据化学纯含量计算所需原料的份量，并称量待用；
b、熔炼：把称量好的锰铁、钼铁、电解铜、低碳铬和镍板加入炉底，然后用750kg中频感应炉加热，功率从220KW逐步加大到350KW，加热后加入新生铁、旧铁(回炉料)和废钢，加入方法为：新生铁和废钢一次性加入，旧铁逐步加入，保持感应炉满料，直到称量待用旧铁料全部加入为止，然后加入硅铁保温至全部炉料熔化完毕；同时进行快速炉前分析，成分调整：在熔炼过程中，取铁水快速炉前分析，测得碳硅当量为4.3；
c、孕育处理：全部炉料熔化完毕后，温度保持在1480℃，并同时加入铁水重量的0.4％硅钡孕育剂(块状)(BS-IA型，无锡永新合金球铁厂提供)进行孕育处理；
d、去渣：孕育处理后，继续加温，当炉温达到1510℃时保温，使铁水过热2分钟，加入铸铁聚渣剂(铸铁聚渣剂1号，目数8，规格5mm，湖北省鄂州市华龙铸造材料有限公司)和去渣剂(天然小粒轻石カガラィト，日本カガラィト工业株式会社提供)去渣；
e、浇铸并二次孕育处理：采用低温浇铸法，浇铸温度1330℃，浇铸前加入铁水重量的0.1％硅钡孕育剂(粉状)(BS-IA型，无锡永新合金球铁厂提供)进行二次孕育处理；
f、保温：浇铸完成后，在模具箱密封自然保温3小时，然后开箱，得毛坯，测定结果见表1。
实施例二
同实施例一的一种轿车用前制动盘铸件，其不同之处在于各组份的重量百分比为：碳3.7％，硅1.8％，锰0.76％，铬0.16％，铜0.57％，钼0.33％，镍0.04％，其余为铁。
其制作方法同实施例一，不同之处在于：
去渣时当炉温达到1520℃时保温，使铁水过热2分钟后再加入聚渣剂和去渣剂去渣；
孕育处理时铁水的温度为1500℃，硅钡孕育剂的加入量为铁水重量的0.45％；
浇铸并二次孕育处理：采用低温浇铸法，浇铸温度1340℃，浇铸前加入铁水重量的0.12％硅钡孕育剂进行二次孕育处理；
保温：浇铸完成后，在模具箱密封自然保温4小时，然后开箱，得毛坯，测定结果见表1。
实施例三
同实施例一的一种轿车用前制动盘铸件，不同之处在于各组份的重量百分比为：碳3.8％，硅1.7％，锰0.66％，铬0.18％，铜0.60％，钼0.30％，镍0.08％，其余为铁。
其制作方法同实施例一，不同之处在于：
去渣时当炉温达到1530℃时保温，使铁水过热3分钟后再加入聚渣剂和去渣剂去渣；
孕育处理时铁水的温度为1520℃，硅钡孕育剂加入量为铁水重量的0.50％；
浇铸并二次孕育处理：采用低温浇铸法，浇铸温度1360℃，浇铸前加入铁水重量的0.15％硅钡孕育剂进行二次孕育处理；
保温：浇铸完成后，在模具箱密封自然保温5小时，然后开箱，得毛坯，测定结果见表1。
表1：测试结果
  测试项目   实施例一   实施例二   实施例三
  抗拉强度N/mm2     198     203     210
  楔压强度N/mm2     136     140     145
  布氏硬度HB     175     182     178
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1、一种轿车用前制动盘铸件，其特征在于由以下重量百分比的各原料组份制成，各组份以化学纯含量计其配比为：碳3.6-3.8％，硅1.7-1.9％，锰0.56-0.76％，铬0.14-0.18％，铜0.53-0.61％，钼0.30-0.36％，镍0.01-0.08％，其余为铁。
2、根据权利要求1所述的轿车用前制动盘铸件，其特征在于所述的硅组份的原料为硅铁，所述的锰组份的原料为锰铁，所述的钼组份的原料为钼铁，所述的铜组份的原料为电解铜，所述的碳和铬组份的原料为低碳铬，所述的镍组份的原料为镍板。
3、一种上述轿车用前制动盘铸件的制作方法，主要步骤包括配料、熔炼、成分调整、孕育处理、浇铸和保温，其特征在于：
a、配料：按设计要求，严格计算各组份的化学纯含量和实际用量，并称量待用；
b、熔炼：把称量好的锰、钼、铜、铬和镍组份原料加入炉底，再一次性加入新生铁和废钢，然后用750kg中频感应炉加热，功率从220KW逐步加大到350KW，加热后一次性加入新生铁和废钢，旧铁逐步加入，保持感应炉满料，直到称量待用旧铁料全部加入为止，然后加入硅铁保温至全部炉料熔化完毕；
c、孕育处理：全部炉料熔化完毕后，温度保持在1480-1520℃，并同时加入铁水重量0.4-0.5％的硅钡孕育剂进行孕育处理；
d、去渣：孕育处理后，继续加温，当炉温达到1510-1530℃时保温，使铁水过热2-3分钟，加入聚渣剂和去渣剂去渣；
e、浇铸并二次孕育处理：去渣后的铁水入模具箱中采用低温浇铸法浇铸，浇铸温度1330-1360℃，浇铸前加入铁水重量的0.10-0.15％硅钡孕育剂进行二次孕育处理；
f、保温：浇铸完成后，在模具箱密封自然保温至少3小时，然后开箱，得毛坯。
4、根据权利要求3所述的轿车用前制动盘铸件制作方法，其特征在于步骤c中所述的硅钡孕育剂为块状或粒状。
5、根据权利要求3所述的轿车用前制动盘铸件制作方法，其特征在于步骤d中所述的二次孕育处理时加入的硅钡孕育剂为粉状。
6、根据权利要求3所述的轿车用前制动盘铸件制作方法，其特征在于步骤b所述的熔炼过程中要进行快速炉前分析并进行成分调整，即在熔炼过程中，取铁水快速炉前分析，测定碳硅当量，根据测定结果调整碳硅成份含量，控制碳硅当量在4.2～4.4。
7、根据权利要求3所述的轿车用前制动盘铸件制作方法，其特征在于步骤如下：
a、配料：其各原料组份以化学纯含量计，各组份重量百分比的配比为：碳3.6％，硅1.9％，锰0.56％，铬0.14％，铜0.53％，钼0.36％，镍0.01％，其余为铁，组份原料为锰铁、钼铁、电解铜、低碳铬、镍板、新生铁、旧铁和废钢，并称量待用；
b、熔炼：把称量好的锰铁、钼铁、电解铜、低碳铬和镍板加入炉底，然后用750kg中频感应炉加热，功率从220KW逐步加大到350KW，加热后加入新生铁、旧铁和废钢，加入方法为：新生铁和废钢一次性加入，旧铁逐步加入，保持感应炉满料，直到称量待用旧铁料全部加入为止，然后加入硅铁保温至全部炉料熔化完毕；同时进行快速炉前分析，成分调整：在熔炼过程中，取铁水快速炉前分析，测得碳硅当量为4.3；
c、孕育处理：全部炉料熔化完毕后，温度保持在1480℃，并同时加入铁水重量的0.4％块状硅钡孕育剂进行孕育处理；
d、去渣：孕育处理后，继续加温，当炉温达到1510℃时保温，使铁水过热2分钟，加入铸铁聚渣剂和去渣剂去渣；
e、浇铸并二次孕育处理：采用低温浇铸法，浇铸温度1330℃，浇铸前加入铁水重量的0.1％粉状硅钡孕育剂进行二次孕育处理；
f、保温：浇铸完成后，在模具箱密封自然保温3小时，然后开箱，得毛坯。
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