一种铌合金铸铁制动盘材质，其特征在于该材质具有以下的化学成分及其质量百分比：３．７～３．９％的碳、１．８～２．２％的硅、０．５～０．８％的锰、≤０．０９％的磷、≤０．１０％的硫、≤０．６０％的铜、≤０．２０％的镍、≤０．０５％的钒、≤０．０５％的锡、≤０．０５％的钛、≤０．２５％的铬钼、０．０８～０．３％的铌，铁余量；该材料的组织特征为珠光体＋石墨（Ａ３～５）＋少量铁素体，其性能特征为：硬度ＨＢ≥１５０，抗拉强度≥１７０Ｎ／ｍｍ↑［２］。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铌合金铸铁制动盘材质及其生产工艺，属高碳当量过共晶灰铸铁 生产
技术介绍
铌在铸铁中的应用属于一项新兴技术，至少与铌在钢中的应用相比是这样。在 1981年召开的"铌一国际学术会议"中还未涉及到含铌铸铁这一主题。近年来，铌 在各种铸铁中的应用己得到较大的发展，迄今为止，铌在铸铁中的一些最重要的应用 主要包括两个方面， 一是汽车工业，如气缸盖、活塞环及制动器等；二是冶金工业， 如轧辊等高温耐磨材料。铌在灰口铸铁、白口铸铁及麻口铸铁中都已有应用，尤其在 灰铸铁、冷硬铸铁、球铁等领域应用相对比较广泛。制动盘(附图l)作为铌在铸铁中的应用对象，其广泛应用各种车辆的制动系 统中，因其常常承受强烈的摩擦作用和热疲劳冲击，制动盘材料应当具有良好的耐磨 损性能和吸热、散热性能。灰铸铁因具有良好的机械性能和耐热性能，成为制动盘的 传统制造材料。随着汽车速度的提高、负载的增加和制动距离的限制，对制动盘提出 了更高要求，传统灰铸铁很难满足要求。开发具有良好制动性能的制动盘成为各国专 家的研究内容，这包括提高传统铸铁的性能和寻找新型制动盘材料(比如金属基复合 材料、陶瓷复合材料和碳/碳复合材料等)。但是复杂的制备工艺、昂贵的制造成本和 不稳定的使用性能制约了这些新型材料在制动盘中广泛应用，铸铁因具有良好减震性 能、高传热性能、良好的磨损性能、稳定磨损系数、易于制造和成本低廉等特点，至 今仍然是制动盘的主要使用材料。目前人们正通过优化化学成分、改进热处理工艺和 添加合金元素的方法来提高铸铁的耐磨损性能，以拓宽其使用范围。众多研究表明， 微量元素铌在铸铁中能够生成极高硬度的Nb (C、 N)硬质相(约为2400HV)并能够提高其组织的高温稳定性，从而提高了铸铁的室温和高温机械性能，因此铌铸铁有望 用来制造高品质的制动盘
技术实现思路
本专利技术的目的是提供和开发一种优质的灰铸铁材质，并提供该材质的制备工艺。 本专利技术为一种铌合金铸铁制动盘材质，其特征在于该材质具有以下的化学成分及 其质量百分比该材质由3.7 3.9%的碳、1.8 2.2%的硅、0. 5 0. 8%的锰、《0.09% 的磷、《0. 10%的硫、《0.60%的铜、《0.20%的镍、《0.05°/。的钒、《0.05%的锡、《 0.05%的钛、《0.25%的铬钼、0.08 0.3%的铌，以及铁余量构成。该材料的组织特征为珠光体+石墨(A3 5) +少量铁素体，其性能特征为硬度 》150，抗拉强度》170 N/謹2。 本专利技术的工艺过程和步骤如下(1) 铸造工艺釆用铸造生铁、低碳废钢、同类回炉铁、锰、铜、铌等合金材料为原材料，按上 述质量百分比配料，采用中频炉熔化，加料顺序及铸造工艺如下-部分炉料(回炉铁+废钢)一生铁一铁屑一增碳剂+碳化硅+锰、铜、铌等合金材料一 其余炉料(回炉铁+废钢)一升温至140(TC取光谱试样一根据分析结果调整炉前成分 —升温至150(TC出炉一孕育处理(孕育量为0.15 0.35%) —1400士20。C开始浇注(浇 注时间不超过5分钟)(2) 成分检验工艺为确保成分可靠，出炉前对铁水化学成分进行检验，检验工艺如下-炉料全部熔化后，升温到140(TC取适量铁水浇注于光谱试样模中，光谱试样模 型腔尺寸为4)45mmX4mm;铁水在光谱试样模中激冷，得到全白口的分析试样，通过SPECTROLAB直读 光谱仪进行成分分析检验，根据分析结果进一步调整铁水化学成分。本专利技术是在原合金铸铁中加入铌铁精矿得到改良后的灰铸铁材质。加入铌元素 后，铸铁中的石墨趋于细化、分布均匀(附图2和3)、珠光体共晶团及片层间距都 趋于细小(附图4 6)，同时，在珠光体基体中均匀析出Y型、V型、条棒型、块状 富铌相质点(附图8)，其显微硬度达到2300 2500HV，并与基体牢固结合在一起， 摩擦不易脱落。当铌含量较低<0.3%时，Y型、V型、条棒型为主，随着铌含量继续增 加，块状富铌相的数量也在增多，当铌含量超过1%时，富铌相以较大的块状式存在， 由于铌具有净化晶界的作用，使得共晶团相互间的结合力提高，此外铌的加入还使得材料的硬度、抗弯强度、楔压强度(附图7)都得到了提高。 附图说明图1为制动盘的结构示意图图2为合金铸铁的金相图石墨较粗，分布不均匀 图3为铌合金铸铁的金相图石墨细化，分布均匀 图4为铌对灰铸铁中珠光体共晶团大小及数量的影响 图5为灰铸铁中珠光体片层间距随着铌含量变化的金相图图6为0.042% 1.48%Nb范围内珠光体片层细化曲线 图7为楔压强度检测示意图图8为灰铸铁中常见块状、Y型、渗碳体型、V型、条棒型富铌相的存在形态图9制动盘-磨擦环处的温度交变-裂纹 具体实施例方式现将本专利技术的具体实施叙述于后。(1) 铸造工艺根据制动盘性能以及铸造工艺要求，实验用铸铁材料的基础成分(机.％)如下3.80 3. 84%C; 2. 03 2. 08%Si; 0. 71 0. 74%Mn; 0. 073 0. 077% S; 0. 08 0. 09% P; Nb在0.042 1.48。/。之间递增；CE: 4.51-4.56%。具体成分表1所示。采用球铁生 铁、低碳废钢、同类回炉铁、锰、铜、铌等合金材料为原材料，实验用铌铁为65%的 标准铌铁，经破碎后粒度为3 5mm。按成分配料后在lt中频感应炉中熔炼。加料顺 序及铸造工艺如下部分炉料(回炉铁+废钢)一生铁一铁屑一增碳剂+碳化硅+锰、铜、铌等合金材 料一其余炉料(回炉铁+废钢)一升温至140(TC取光谱试样一根据分析结果调整炉前 成分—升温至1500"C出炉一孕育处理(孕育量为0.15 0.35%) —142(TC开始浇注(浇 注时间不超过5分钟)，采用湿型砂模；实验共分10组成分进行，分别浇注制动盘铸 件。(2) 成分检验工艺为确保成分可靠，出炉前对铁水化学成分进行检验，检验工艺如下炉料全部熔化后，升温到140(TC取适量铁水浇注于光谱试样模中，光谱试样模 型腔尺寸为4)45mmX4mm;铁水在光谱试样模中激冷，得到全白口的分析试样，通过SPECTRO LAB直读 光谱仪进行成分分析检验，根据分析结果进一步调整铁水化学成分。通过JSM-6700F场发射高分辨扫描电子显微镜对金相组织做高倍观察。_表l实验用铸铁材料的化学成分(wt.y。)_编号碳C 硫S 硅Si 锰Mn磷P铬Cr 铜Cu Mo钼锡Sn 镍Ni钛Ti钒V 铌Nb1 3.82 0.073 2.05 0.73 0.08 0. 18 0. 13 0.02 0.03 0.03 0.02 0.01 0.0422 3.80 0.076 2.07 0.74 0.09 0. 18 0. 13 0,02 0.03 0.03 0.02 0.01 0. 143 3.83 0.075 2.08 0.74 0.09 0.18 0.13 0.02 0.03 0.03 0.02 0.01 0. 294 3.84 0.074 2.08 0.74 0.09 0. 18 0. 13 0.02 0.03 0.03 0.02 0.01 0, 445 3.82 0.076 2.05 0.73 0.09 0. 18 0. 13 0.02 0.03 0.0本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铌合金铸铁制动盘材质，其特征在于该材质具有以下的化学成分及其质量百分比：３．７～３．９％的碳、１．８～２．２％的硅、０．５～０．８％的锰、≤０．０９％的磷、≤０．１０％的硫、≤０．６０％的铜、≤０．２０％的镍、≤０．０５％的钒、≤０．０５％的锡、≤０．０５％的钛、≤０．２５％的铬钼、０．０８～０．３％的铌，铁余量；该材料的组织特征为珠光体＋石墨（Ａ３～５）＋少量铁素体，其性能特征为：硬度ＨＢ≥１５０，抗拉强度≥１７０Ｎ／ｍｍ↑［２］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周文彬，征灯科，翟启杰，华勤，
申请(专利权)人：上海大学，上海汇众汽车制造有限公司，
类型：发明
国别省市：31
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