專利名稱：釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車制動鼓的制備方法，特別是一種釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方 法。
背景技術(shù)：
汽車制動鼓是最常見的制動裝置，也是汽車安全行駛的重要保證。隨著汽車技術(shù) 的發(fā)展，汽車不斷向高速、重載等方向發(fā)展，這對汽車制動性能及相應(yīng)制動系統(tǒng)的零部件的 性能提出了更高的要求。用于重型汽車上的制動鼓要求在重載下運行不破裂，有長的使用 壽命，對蹄片的磨損較小，滿足汽車的制動距離。因此制動鼓除要求較高的強度外，還特別 注重材料的耐磨性能和熱疲勞特性。近幾年我國汽車制造業(yè)和國民經(jīng)濟高速發(fā)展，人均擁有汽車數(shù)量呈直線上升趨 勢，而專業(yè)化的汽車制造廠大多數(shù)未配有制動鼓生產(chǎn)線，幾乎由社會上零星的鑄造廠為其 提供制動鼓。歐美國家大多不自己生產(chǎn)制動鼓，主要靠進口中國、印度、澳大利亞、俄羅斯、 巴西等國的制動鼓為其配套，故制動鼓的市場潛力較大。目前，制動鼓的材質(zhì)主要是采用 HT250、HT300、低合金鑄鐵和釩鈦鑄鐵，灰鑄鐵HT250、HT300及釩鈦鑄鐵的強度、耐磨性和 抗熱疲勞性能較差，而低合金鑄鐵是加入Cu、Cr、Ni、M0等合金，雖然可提高強度和耐磨性， 但生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓及其制備方法，本發(fā)明采用富含 V、Ti元素的原料，通過改進熔煉技術(shù)和蠕化處理工藝，在不加入其它合金元素的條件下，使 本發(fā)明所述蠕墨鑄鐵制動鼓的綜合性能優(yōu)于加入Ni、Mo合金元素的制動鼓和釩鈦鑄鐵制 動鼓。且本發(fā)明利用釩鈦磁鐵礦熔化后獲得的1320°C 1350°C高溫鐵水直接轉(zhuǎn)入中頻爐 進行熔煉，熔煉溫度大于150(TC，節(jié)省了二次熔化過程，提高了鐵水的質(zhì)量，極大地節(jié)省了 能源，使生產(chǎn)成本大大降低。本發(fā)明所述的一種釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，包括以下步驟a制備原料，將原料按重量百分比配置為以下組分碳為3. 4 3.9%，硅為2. 1 2. 8%，錳為 0. 5 0. 9%，磷彡 0. 10%，硫彡 0. 07%，釩為 0. 10 0. ；35%，鈦為 0. 10 0. 25%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；b將釩鈦磁鐵礦熔化后獲得的1320°C 1350°C高溫鐵水直接轉(zhuǎn)入中頻爐進行熔 煉，熔煉溫度大于1500°C ；c鐵水出爐前，將澆注處理包在300 450°C進行烘烤，然后將蠕化劑、2/3孕育劑 和覆蓋劑置于包底搗實；d鐵水爐前成分化驗合格后，于1450°C 1480°C出爐，采用沖入法將鐵水倒入澆 注處理包進行蠕化處理和孕育處理；e蠕化處理時將爐內(nèi)鐵水倒入澆注處理包，先倒入澆注包容量2/3的鐵水，待攪拌處理均勻后再倒入澆注包容量1/3的鐵水，同時將剩余的1/3孕育劑隨流加入，之后加入覆 蓋劑于鐵水表面，靜置2-aiiin后可用于澆注；澆注溫度為1340°C 1380°C ；f進行鑄造工藝設(shè)計時鑄造收縮率取0.9% 1.0%，采用底注式或半封閉式澆注 系統(tǒng)。把蠕化孕育后的鑄造鐵水澆注到鑄型殼中，澆注速度為9Kg/s，每一包鐵水的澆注時 間控制在15min以內(nèi)，得到規(guī)定形狀的鑄件，把鑄件中的砂及砂箱中的填充砂清理干凈，即 得本發(fā)明所述的制動鼓。根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其中，所述蠕化劑為稀土硅 鐵和稀土鎂硅鐵的混合物，且所述蠕化劑的加入量為鐵液重量的1. 2 1. 8%。根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其中，混合蠕化劑中稀土硅 鐵重量百分比為60% 80%，且稀土硅鐵和稀土鎂硅鐵以細(xì)小顆粒狀加入，稀土硅鐵顆粒 的粒度為5 10mm，稀土鎂硅鐵顆粒的粒度為10 15mm。根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其中，所述孕育劑為75SiFe， 且所述孕育劑的加入量為鐵液重量的0. 6 1. 2%。根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其中，所述覆蓋劑為聚渣或 草木灰。根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其中，所述75SWe的粒度為 5 IOmm0根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其中，所述b步驟的熔煉溫 度為 1500°C 1560°C。根據(jù)本發(fā)明的制備方法所制備的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的組分按重量百分比計為 碳為3. 4 3. 9%，硅為2. 1 2. 8%，錳為0. 5 0. 9%，磷彡0. 10%，硫彡0. 07%，釩為 0. 10 0. 35%，鈦為0. 10 0. 25%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓，其中，所述制動鼓的抗拉強度為 354MPa 421MPa，硬度為2；34 273HBW，金相組織中蠕化率在70% 95%，基體組織中珠 光體含量為60% 90%。


通過下面附圖的描述，本發(fā)明的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其 中圖1為本發(fā)明所述制動鼓零件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖加為實施例1所述的蠕墨鑄鐵制動鼓未腐蝕時放大100倍石墨形態(tài)金相組織 圖；圖2b實施例1所述的蠕墨鑄鐵制動鼓用4% HNO3酒精腐蝕后放大100倍基體組 織金相組織圖；圖3a為實施例2所述的蠕墨鑄鐵制動鼓未腐蝕時放大100倍石墨形態(tài)金相組織 圖；圖北實施例2所述的蠕墨鑄鐵制動鼓用4% HNO3酒精腐蝕后放大100倍基體組 織金相組織圖；圖如為實施例3所述的蠕墨鑄鐵制動鼓未腐蝕時放大100倍石墨形態(tài)金相組織圖；圖4b實施例3所述的蠕墨鑄鐵制動鼓用4% HNO3酒精腐蝕后放大100倍基體組 織金相組織圖。
具體實施例方式本發(fā)明的原料按重量百分比配置為以下組分碳為3.4 3.9%，硅為2. 1 2. 8%，錳為 0. 5 0. 9%，磷彡 0. 10%，硫彡 0. 07%，釩為 0. 10 0. ；35 % ；鈦為 0. 10 0. 25%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。其中碳和硅都是強烈促進石墨化的元素。碳和硅含量高，鑄件組織中石墨數(shù)量多。 對制動鼓這一性能特殊(耐熱、耐磨)的鑄件，組織中要求有一定數(shù)量的石墨，即有較高碳 當(dāng)量CE，其中CE = C+l/3(Si+P)。提高碳當(dāng)量有助于減小白口傾向，但是碳當(dāng)量CE不能過 高，否則組織中的珠光體數(shù)量不足，鐵素體含量增加，使力學(xué)性能(強度和硬度)降低，從而 達不到制品所要求的力學(xué)性能，因此蠕墨鑄鐵常用的CE = 4. 3% 4. 8%。碳的含量一般取3. 0% 4. 0%，在生產(chǎn)中一般將碳含量控制在3. 4 3. 9%范圍 內(nèi)，該范圍內(nèi)可使鐵水流動性好，易補縮，收縮小，可獲得優(yōu)良的鑄造性能。硅對基體影響十分顯著，主要用來防止白口，控制基體中珠光體數(shù)量。隨著硅量增 加，基體中珠光體量逐漸減少，鐵素體量增加。為了獲得較高的性能要求，需獲得珠光體基 體的蠕墨鑄鐵，此時，可以適當(dāng)減少硅量。由于蠕化劑中一般含有大量的硅，故配料時，原鐵 水必須低硅。硅的終含量可控制在2. 1 2. 8 %，最優(yōu)含量控制在2. 3 2. 7%。錳在常規(guī)含量內(nèi)對石墨蠕化無影響。錳在蠕墨鑄鐵中起穩(wěn)定珠光體的作用，由于 蠕墨鑄鐵中石墨分枝繁多導(dǎo)致錳的作用減弱。如果要求獲得韌性較高的鐵素體基體蠕墨鑄 鐵，則錳含量應(yīng)小于0.4%。在本發(fā)明中，為了適應(yīng)所需的強度性能要求，且基體中珠光體 的含量應(yīng)該在50%以上，因此選定錳含量范圍為0. 5% 0. 9 %，以便獲得較多的珠光體基 體。硫和所有蠕化元素(主要為鎂和稀土 )都有很大親和力，蠕化元素加入鐵液中首 先消耗于脫硫和脫氧，將鐵液中硫含量降至小于0. 03%，剩余蠕化元素才使石墨蠕化。原鐵 液含硫越多，消耗蠕化劑也越多。蠕化劑加入量越多，形成的硫化夾渣也越多，既不經(jīng)濟，又 危害材質(zhì)的性能，加速蠕化衰退。但是，硫在一定范圍內(nèi)有擴大蠕化劑加入量的作用，即在 較寬的蠕化劑加入量范圍內(nèi)均可獲得蠕墨鑄鐵。這是硫?qū)θ淠T鐵生產(chǎn)有利的一方面。綜 合考慮后本發(fā)明中硫含量控制在< 0. 07%。磷含量過高會形成磷共晶體，它降低沖擊韌度，提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，使鑄件易出現(xiàn) 縮松和冷裂。因此磷的含量一般宜控制在0. 08%以下。但一定量的磷所形成的磷共晶體彌 散分布有助于提高硬度，耐磨性能提高，故對于耐磨件可適當(dāng)提高磷的含量。綜合考慮后本 發(fā)明中磷含量控制在< 0. 10%。本發(fā)明中生鐵含有0. 30%左右的V和0. 25%的Ti，這有效地細(xì)化、穩(wěn)定珠光體，同 時釩和鈦元素與碳、氮元素有高的親和力，從而形成顯微硬度極高的硬化相釩鈦碳氮化合 物，因此釩鈦蠕墨鑄鐵除具有蠕墨鑄鐵的一般特性外，還擁有制動鼓性能所不可缺少的高 強度、高耐磨性能。另外，釩元素具有明顯的合金化作用，鈦元素能抑制石墨生長，有利于蠕 化處理，減少蠕化劑用量。釩和鈦元素增加了白口傾向，鈦屬于干擾元素即反球化元素，這樣可以適當(dāng)拓寬蠕化范圍。目前，獲得組織和性能穩(wěn)定的蠕墨鑄鐵鑄件比較困難，而本發(fā)明中的釩鈦蠕墨鑄 鐵制動鼓的制備方法穩(wěn)定可靠。具體制備方法為將原料放入化鐵爐進行熔煉，熔煉溫度大 于1500°C，得到鐵水，將鐵水倒入中頻爐微升溫直1500°C 1580°C。鐵水出爐前，將澆注處 理包在300 450°C進行烘烤，然后將蠕化劑、2/3孕育劑和覆蓋劑置于包底搗實。鐵水爐 前成分化驗合格后，于1450°C 1480°C出爐，采用沖入法將鐵水倒入澆注處理包進行蠕化 處理和孕育處理。蠕化處理時將爐內(nèi)鐵水倒入澆注處理包，先倒入澆注包容量2/3的鐵水， 待攪拌處理均勻后再倒入澆注包容量1/3的鐵水，同時將剩余的1/3孕育劑隨流加入，之后 加入覆蓋劑于鐵水表面，靜置2-;3min后可用于澆注。由于蠕墨鑄鐵鑄造收縮率和凝固膨脹力比灰鑄鐵略大，因此進行釩鈦蠕墨鑄鐵制 動鼓鑄造工藝設(shè)計時，鑄造收縮率取0.9% 1.0%，采用底注式和半封閉式澆注系統(tǒng)，澆 注系統(tǒng)尺寸比灰鑄鐵略大，造型時適當(dāng)提高鑄型的強度、剛度，增加吃砂量。蠕化孕育后的鑄造鐵水澆注到鑄型中，澆注速度為9Kg/s，每一包蠕化處理后鐵水 的澆注時間控制在15min以內(nèi)，得到規(guī)定形狀的鑄件，把鑄件中的砂及砂箱中的填充砂清 理干凈，即得本發(fā)明所述的制動鼓。該蠕化處理工藝簡單，孕育充分，蠕化反應(yīng)時間短，蠕化 劑利用率高，蠕化衰退慢。采用本發(fā)明中所述的熔煉工藝和蠕化處理工藝得到的釩鈦蠕墨 鑄鐵，其力學(xué)性能明顯高于釩鈦鑄鐵，耐磨性、抗熱疲勞性和抗熱裂性優(yōu)于釩鈦鑄鐵，壁厚 敏感性小于釩鈦鑄鐵。以下，參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例。實施例1實施例1的制動鼓制備方法如下按重量百分比配置為以下組分碳為3. 4%，硅 為2.8%，錳為0.9%，磷為0. 10%，硫為0. 07%，釩為0. 10%;鈦為0. 10%，余量為鐵和不可 避免的雜質(zhì)。將釩鈦磁鐵礦熔化后獲得的1320°C高溫鐵水直接轉(zhuǎn)入中頻爐進行熔煉，熔煉 溫度為1560°C。鐵水出爐前，將澆注處理包在300°C進行烘烤，然后將蠕化劑、2/3的75SWe 和聚渣置于包底搗實；其中蠕化劑為稀土硅鐵和稀土鎂硅鐵的混合物，蠕化劑中稀土硅鐵 的重量百分比為60%，稀土硅鐵與稀土鎂硅鐵的具體成分如表1和表2所示，所述蠕化劑的 加入量為鐵液質(zhì)量的1. 8% ；孕育劑為75SiFe，其加入量為鐵液重量的0. 6%，粒度為5mm。 稀土硅鐵和稀土鎂硅鐵以細(xì)小顆粒狀加入，稀土硅鐵顆粒的粒度為5mm，稀土鎂硅鐵顆粒的 粒度為10mm。鐵水爐前成分化驗合格后，于1480°C出爐，采用沖入法將鐵水倒入澆注處理 包進行蠕化處理和孕育處理；蠕化處理時將爐內(nèi)鐵水倒入澆注處理包，先倒入澆注包容量 2/3的鐵水，待攪拌處理均勻后再倒入澆注包容量1/3的鐵水，同時將剩余的1/3孕育劑隨 流加入，之后加入覆渣覆蓋劑于鐵水表面，靜置anin后可用于澆注，澆注溫度為1340°C。進 行鑄造工藝設(shè)計時鑄造收縮率取0. 9%，采用底注式澆注系統(tǒng)。把蠕化孕育后的鑄造鐵水澆 注到鑄型殼中，澆注速度為9Kg/s，鐵水的澆注時間為9min，得到規(guī)定形狀的鑄件，把鑄件 中的砂及砂箱中的填充砂清理干凈，即得本發(fā)明所述的制動鼓。該制動鼓的形狀如圖1所示，圖加為本實施例中得到的蠕墨鑄鐵制動鼓未腐蝕 時放大100倍石墨形態(tài)金相組織圖，由圖可知，該釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的石墨形態(tài)為蠕蟲 狀和球狀，蠕蟲狀石墨端部較圓鈍，蠕蟲狀石墨長寬比為8 10，球狀石墨球徑較小，其中 蠕化率為85%左右；圖2b為本實施例中得到蠕墨鑄鐵制動鼓用4% HNO3酒精腐蝕后放
6大100倍基體組織金相組織圖，由圖可知，基體組織主要為珠光體和鐵素體的混合物，金相 圖片中白色為鐵素體，深色為珠光體，其中珠光體含量在65%左右。對于汽車制動鼓的性 能指標(biāo)，現(xiàn)在沒有具體實施標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)JB 531-1984和QC/T 485-1999規(guī)定的技術(shù)要求 都已作廢)。JB 531-1984中提及的制動鼓材料為HT15-33(HT150)、HT20-40(HT200)和 HT25-47 (HT250)，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，目前制動鼓的材料主要為HT250、HT300、合金鑄鐵 以及釩鈦鑄鐵等，根據(jù)表3可知，該實施例中釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的性能明顯優(yōu)于目前普 通制動鼓。表1稀土硅鐵合金牌號及化學(xué)成分(按照GB/T 4137-2004執(zhí)行)
權(quán)利要求
1.一種釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其特征在于包括以下步驟a制備原料，將原料按重量百分比配置為以下組分碳為3.4 3.9%，硅為2. 1 2.8%，錳為 0. 5 0. 9%，磷≤ 0. 10%，硫≤ 0. 07%，釩為 0. 10 0. ；35%，鈦為 0. 10 0. 25%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；b將釩鈦磁鐵礦熔化后獲得的1320°C 1350°C高溫鐵水直接轉(zhuǎn)入中頻爐進行熔煉，熔 煉溫度大于1500°C ；c鐵水出爐前，將澆注處理包在30(TC 450°C進行烘烤，然后將蠕化劑、2/3孕育劑和 覆蓋劑置于包底搗實；d鐵水爐前成分化驗合格后，于1450°C 1480°C出爐，采用沖入法將鐵水倒入澆注處 理包進行蠕化處理和孕育處理；e蠕化處理時將爐內(nèi)鐵水倒入澆注處理包，先倒入澆注包容量2/3的鐵水，待攪拌處理 均勻后再倒入澆注包容量1/3的鐵水，同時將剩余的1/3孕育劑隨流加入，之后加入覆蓋劑 于鐵水表面，靜置2-aiiin后可用于澆注，澆注溫度為1340°C 1380°C ；f進行鑄造工藝設(shè)計時鑄造收縮率取0. 9% 1. 0%，采用底注式或半封閉式澆注系 統(tǒng)。把蠕化孕育后的鑄造鐵水澆注到鑄型殼中，澆注速度為9Kg/s，每一包鐵水的澆注時間 控制在15min以內(nèi)，得到規(guī)定形狀的鑄件，把鑄件中的砂及砂箱中的填充砂清理干凈，即得 本發(fā)明所述的制動鼓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其特征在于所述蠕化劑為 稀土硅鐵和稀土鎂硅鐵的混合物，且所述蠕化劑的加入量為鐵液重量的1. 2 1. 8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其特征在于混合蠕化 劑中稀土硅鐵重量百分比為60% 80%，且稀土硅鐵和稀土鎂硅鐵以細(xì)小顆粒狀加入，稀 土硅鐵顆粒的粒度為5 10mm，稀土鎂硅鐵顆粒的粒度為10 15mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其特征在于所述孕育劑為 75SWe，且所述孕育劑的加入量為鐵液重量的0. 6 1. 2%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其特征在于所述覆蓋劑為 聚渣或草木灰。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其特征在于所述 75SiFe的粒度為5 10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的制備方法，其特征在于所述b步驟的 熔煉溫度為1500°C 1560°C。
8.—種釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓，其特征在于所述制動鼓的組分按重量百分比計為碳為3.4 3. 9%，硅為2. 1 2.8%，錳為0.5 0.9%，磷彡0. 10%，硫彡0. 07%，釩為0. 10 0. 35%，鈦為0. 10 0. 25%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓，其特征在于所述制動鼓的抗拉強度為 354MPa 421MPa，硬度為2；34 273HBW，金相組織中蠕化率在70% 95%，基體組織中珠 光體含量為60% 90%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓及其制備方法，該釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的組分按重量百分比計為碳為3.4～3.9％，硅為2.1～2.8％，錳為0.5～0.9％，磷≤0.10％，硫≤0.07％，釩為0.10～0.35％，鈦為0.1～0.25％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明所述釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的抗拉強度在354MPa～421MPa，布氏硬度為234～273HBW，金相組織中蠕化率在70％～95％，基體組織中珠光體含量為60％～90％。本發(fā)明所述釩鈦蠕墨鑄鐵制動鼓的各項性能指標(biāo)都優(yōu)于目前灰鑄鐵、釩鈦鑄鐵和合金鑄鐵，具有良好的市場前景。
文檔編號C22C33/10GK102071352SQ20111000910
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者劉寧, 宋東波, 李華基, 薛寒松, 饒勁松, 馬昌恒 申請人:攀枝花市大西南實業(yè)有限公司, 重慶大學(xué)