[发明专利]一种高强韧铸铁重载汽车刹车鼓及其制作工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强韧铸铁材料，尤其涉及一种高强韧铸铁重载汽车刹车鼓及其制作工艺。

背景技术

重载汽车刹车鼓服役过程中承受着较大制动力和离心力，是在强摩擦、高热负荷、交替冷热作用等复杂工况下工作的关键部件，其综合性能的优劣决定了整个制动系统的可靠性，进而直接影响重载车辆的行车安全。因此，要求所使用的刹车鼓拥有较高的强度、塑性，良好的抗热疲劳性能和耐磨性，较高的摩擦系数、较低的摩擦系数衰减率，以保证其在重载运行时不破裂、对刹车蹄片的磨损较小，制动平稳、有效，有较长的使用寿命和较高的安全可靠性。

目前，国内外用于生产重载汽车刹车鼓的材料主要为三类铸铁材料：(1)珠光体灰铸铁，主要特点是导热性好，摩擦系数高且稳定。常采用HT250、HT300、钒钛铸铁和低合金铸铁等(基体中珠光体量大于90％，A型加少量D型片状石墨)；HT250、HT300、钒钛铸铁的强度、塑性、耐磨性和抗热疲劳性能较差，而低合金铸铁通常加入Cr、Mo、Cu、Ni等贵重合金元素，虽然在强度、耐磨性方面有一定提高，但抗热疲劳性能没有多少改善，且生产成本较高。(2)铁素体球墨铸铁(铁素体量大于80％，球化率1-3级)，其特点是强度、塑性、耐磨性和抗热疲劳性能较好，但导热性和抗变形能力差，摩擦系数较低且不稳定。(3)铁素体蠕铁或珠光体蠕铁(铁素体或珠光体量大于85％，蠕化率大于80％)。蠕墨铸铁既有灰口铸铁所具有的高热导率、高摩擦系数，也有球墨铸铁所具有的高强度、抗热疲劳性和耐磨性，伸长率和弹性模量介于灰铁和球铁两者之间，是制造高速重载汽车刹车鼓的较佳备选材料。

上述三类铸铁刹车鼓存在的主要问题：(1)珠光体灰铸铁强度、塑性和耐磨性相对较低，尤其是显微组织中存在具有尖角的片状石墨，割裂基体，引起应力集中，促进热疲劳裂纹的萌生与扩展，导致刹车鼓早期发生龟裂，甚至断裂，使用寿命偏低，安全可靠性差。(2)球墨铸铁的热导率低、摩擦系数小、屈强比低，所生产的汽车刹车鼓在重载、大制动力使用时变形严重，刹车面开裂处向内凸起严重撕扯、磨损刹车蹄片，制动的平稳性和可靠性差，用于载重量超过70吨的重载汽车，其使用寿命与普通HT250生产的刹车鼓相当。(3)蠕墨铸铁由于追求高的蠕化率和高含量单一基体(蠕化率大于80％，铁素体或珠光体量大于85％)，故蠕化范围窄，稳定控制难度大。铁素体蠕铁在重载工况下使用时强度和耐磨性不足，易变形，机加工时粘刀，表面光洁度差；珠光体蠕铁一般需加入Cr、Mo、Cu等合金元素或进行热处理，生产成本较高，其导热性也低于铁素体蠕铁。

以上问题的存在常常使刹车鼓由于热裂纹扩展、疲劳剥落、开裂掉底、变形失圆等而导致其失效，威胁到重载车辆的行驶安全，同时也给车辆保养带来了较大的经济负担。国内市场迫切需要一种强度高、导热性好、抗热疲劳、耐磨损、使用寿命长、安全可靠性好的新型刹车鼓。

发明内容

本发明为了解决现有技术的上述不足，提供了一种在铸态下直接使用的强度高、导热性好、抗热疲劳、耐磨损、使用寿命长、安全可靠性好，且工艺简单、质量稳定、成本低廉的微合金化双态石墨混合基体高强韧重载汽车刹车鼓及其制作工艺。

本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：

一种高强韧铸铁重载汽车刹车鼓，其特征在于：采用蠕虫状与球状双态石墨均匀分布在铁素体与珠光体混相基体上的高强韧铸铁材质，其化学成分按重量百分比为：C：3.55-3.85；Si：2.35-2.75；Mn：0.45-0.85；P：0.02-0.06；S：0.01-0.04；Ti：0.06-0.12；Sn：0.02-0.08；Sb：0.01-0.04；Mg：0.008-0.05；RE：0.015-0.035；其余为Fe。

一种高强韧铸铁重载汽车刹车鼓的制作工艺，包括以下步骤：

1)原材料及配比：20％-25％废钢，30％-35％回炉料，40％-50％生铁，0.6-1.0％增碳剂；通过原材料控制原铁水硫含量低于0.04wt.％、磷含量低于0.06wt.％；

2)合金熔炼：采用2.0吨中频感应电炉熔炼，铁水出炉温度1510-1530℃，铁水量由装在铁水包上的电子称精确称量，以保证蠕化剂和孕育剂加入量的准确性；

3)蠕化与孕育：自配蠕化剂RE-Mg-Si+Ti-Sn-Sb，加入量为0.45-0.75％；75％Si-Fe一次孕育，加入量约为铁水重量的1％，与蠕化剂一起采用包内冲入法加入；硅钡合金(71％Si，1.6％Ba，1.2％Ca、1.5％Al)二次孕育，加入量为小包内铁水重量的0.2％，采用倒包法冲入；