[发明专利]一种高强度薄壁灰铸铁件

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车刹车毂材料技术领域，更具体地，涉及一种高强度薄壁灰铸铁件。

背景技术

灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80％以上。灰铸铁的力学性能决定于其基体组织和片状石墨的分布状况。灰铸铁中的石墨片，有切割金属基体、破坏其连续性、使其强度降低的作用，尤其是过冷石墨对铸件危害极大，在使用过程中是铸件断裂的断裂源，故从强度考虑，应避免产生过冷型石墨。过冷石墨即D型石墨，它是在石墨的成核条件较差(如碳量较低)，冷却速度较大，造成较大的过冷情况下形成的，这种石墨是在共晶结晶过程中的奥氏体枝晶间形成的无方向性的点状、细片状石墨，常出现在壁薄的灰铁件中，控制灰铁件中石墨片的分布状况，是保证灰铸铁性能的关键。A型石墨是在铸铁的石墨生核能力较强、冷却速率较低、在过冷度很小的条件下发生共晶转变时形成的。在光学显微镜下观察时，石墨呈均匀分布的弯曲片状，无方向性，其长度则因铸铁的生核条件和冷却速率而不同。高品质的结构铸件，都希望其具有中等长度的A型石墨。

本领域技术人员通常将壁厚小于15mm的石墨铸件称为薄壁石墨铸件。薄壁铸件的应用在减轻机械重量、增加机械的灵巧性、节约金属原料方面有着重要的意义。但同时由于厚度较小，这种铸件在铸造中易出现白口及“B”和“D”型石墨，使铸件的性能显著下降，因此铸件的强度、硬度和耐磨性往往难以达到理想要求。

而目前现有的铸造工艺生产的刹车毂总是难以同时满足上述要求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高强度薄壁灰铸铁件，以解决现有技术薄壁灰铸铁在铸造过程中易出现过冷D型石墨而使铸件强度、硬度及耐磨性达不到理想要求的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种高强度薄壁灰铸铁件，其应用于汽车刹车毂，所述灰铸铁件中含有的化学成分按质量百分比计为：C 3.3～3.6％、Si 1.6～1.9％、Mn 0.6～0.9％、P≤0.1％、S≤0.04％、Cr 0.2～0.4％、Cu 0.25～0.5％、Ti 0.05％～0.15％、Ni≤0.1％、Sn 0.04％～0.08％、Pb≤0.0015％、As≤0.0013％、Al≤0.04％，余量为Fe。

碳：是铸铁中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化作用以提高铸铁的强度，为使铸铁的微观组织中有较多的石墨片，以保证其具有较高的热导率，乘用车制动鼓的碳含量应该在3.3％以上，但过高的碳量会造成较高的易脆性，故为保证较高强度和较高的热导率，将碳含量控制在3.3～3.6％之间。

硅：在铸铁中起固溶强化作用，并能提高钢质纯净度和脱氧，但含量太高会降低铸铁的韧性，而且容易使铸铁表面产生红铁皮等表面缺陷，在孕育处理和浇铸处理时，较高的碳量和较低的硅量能保证铁水良好的流动性，因此本发明Si含量控制在1.6～1.9％。

锰：可以溶入铁素体，提高铸铁的强度，还能与S形成MnS，以消除S的有害作用，同时也是重要的强韧性元素，Mn含量太高对铸件中心偏析有不利影响，有损于铸件的韧性。本发明Mn的含量控制在0.6～0.9％。

磷：为铸铁中的有害元素，形成磷共晶体，增加脆性，本发明中严格控制P≤0.1％。

硫：为铸铁中的有害元素，在铸铁中形成MnS、TiS等多种化合物，适量的硫具有改善孕育效果，促进A型石墨，本发明中严格控制S≤0.04％。

铬：可以提高铸铁的强度和硬度，含量过高易增加铸型难度和形成白口化，本发明的Cr含量控制在0.2～0.4％。

铜：能增加和稳定珠光体并促进石墨化，可抵消Cr元素的增大白口的不利影响，有利于保证铁水的铸造工艺性能，同时Cu是一种导热性能较好价格低廉的金属元素，能显著提高铸铁的热疲劳性和热导性能，在Cr含量为0.2～0.4％，本发明的Cu的较适合的范围为0.25～0.5％。

钛：是强碳化物的形成元素，可形成细微的TiC颗粒，细化晶粒；TiC能有效钉扎奥氏体晶界，有效控制奥氏体晶粒长大，而且TiC在晶粒内的析出能显著增强铸铁的强度；钛是成分过冷元素，若钛过高则促进过冷石墨形成，不利于提高A型石墨比例，降低导热性能，若钛量过低，则提高强度效果不明显，达不到强度要求。本发明的Ti含量控制在0.05～0.15％。