一种用于重型卡车刹车盘的球墨铸铁制造技术

本发明专利技术公开了一种用于重型卡车刹车盘的球墨铸铁，是由重量百分比为０．５％－０．６％的钼，０．００８％－０．０２％的锑，３．６％－３．８％的碳，２．０％－２．５％硅，０－０．４％的锰，０－０．０２％的硫，０－０．０４％的磷，０．０３％－０．０６％的镁，０．０２％－０．０５％的稀土，余量为铁组成，本发明专利技术具有在冷热循环使用条件下的热疲劳性能和耐磨性能高、延长重型卡车刹车盘的使用寿命、强度高、碳化物含量低、韧性好、热应力小、热疲劳强度大大提高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于刹车盘用球墨铸铁
，尤其是涉及一种用于重型卡车刹车盘的含有钼锑合金的球墨铸铁。
技术介绍
汽车刹车盘是汽车盘式制动器的主要零部件，它与刹车衬片作为一对摩擦副，依 靠摩擦衬片对刹车盘的夹紧和摩擦，使汽车减速或停车。刹车盘要承受摩擦衬片对它的轴 向夹紧力和二者的摩擦力。汽车自重及载荷越大、速度越快，减速及制动时刹车盘的受力 越大。汽车每次制动，行车动能都转换为热能，其中90%的热量被刹车盘本体吸收。频繁 地制动刹车，与刹车衬片相互摩擦的刹车盘摩擦面处的温度将持续升高。尤其汽车在高 原、山地等下坡路较长的地段超载行驶，刹车系统连续工作，刹车盘的表面温度能够达到 400-60(TC，颜色呈暗红色的高温状态。铸铁材料具有热胀冷縮的特性，刹车盘盘面温度升 高之处的材料具有自发向外膨胀的趋势，但刹车盘零件是一个整体，这个膨胀的趋势受到 其它低温部位的抑制，即其它部位阻碍它的向外膨胀，因此盘面处于高温状态时受到一个 压应力。盘面温度越高，这种压应力越大。当汽车行车停止或平路和上坡行车时，刹车频率 下降，刹车盘的盘面温度下降，该处的材料又产生自发收縮的趋势，这个收縮的趋势同样受 到其它部位的抑制，盘面处又受到一个拉应力。到达常温，随着降温而产生的拉应力最终不 能与材料高温时受到的压应力相抵消，最终在刹车盘中形成残余拉应力。伴随着汽车的行 驶过程，刹车盘的盘面温度处于由低到高，再由高到低的循环变化中，刹车盘中的残余拉应 力也就不断积累增大。刹车盘在行车过程中长期处于高温状态，还引起材料组相中晶界上 的碳化物和珠光体中的碳化物分解成，使材料的体积膨胀，在盘体中产生相变应力。拉应 力、相变应力和刹车盘受到的轴向夹紧而产生的扭力共同作用，使盘面上与摩擦衬片相互 作用的部位不断产生沿径向弯曲且不连续的细小的疲劳裂纹。这些微小的裂纹在盘面上均 匀分布，并随着行车里程的增加呈扩展变长的趋势。 一旦这些合成力超过材料的强度极限， 必然导致刹车盘从盘面强度最薄弱的地方断裂。 无论是轻型车还是重型车的刹车盘发生断裂失效都是由于材料热疲劳造成的。重 型卡车载重量大、连续行车距离长、相对行车路况差、刹车盘连续工作时间长的行车特点， 使它使用盘式制动器刹车盘更易发生断裂失效，不仅刹车盘使用寿命短，而且影响行车安 全，制约了盘式制动器在重型卡车上的推广。目前全世界范围内，重型卡车刹车盘都采用较 高的碳含量和以铜、铬、钼、等合金化元素低合金化的高碳灰铸铁为材料。高碳灰铸铁具有 高的导热率、低的线膨胀系数和弹性模量。高的导热率利于减小刹车盘工作时盘面与其它 低温部分的温差，加速热量向风道地传递，降低盘面温度，避免局部过热。低的线膨胀系数 和弹性模量，能够减小材料因温度变化而产生的胀縮量，由此减小刹车盘中的残余拉应力。 铜、铬、钼、等合金化元素促进珠光体的形成，提高高碳材料的抗拉强度，提高刹车盘的耐磨 性能。但灰铸铁属于脆性材料，其中的石墨呈片状对基体产生割裂作用，所以其抗拉强度 低。片状石墨的尖端或边缘易产生应力集中，引起脆性解理或界面断裂，成为裂纹的根源。3灰铸铁的这种物理特性决定了即使这种高碳低合金化的材质也难以满足重型卡车刹车盘 的使用要求。球墨铸铁石墨呈球形，减小了应力集中对基体的割裂作用，基体强度的利用率 可达70% -90%，所以其常温和高温的力学性能都明显优于灰铸铁，疲劳强度也大大优于 灰铸铁。但由于球墨铸铁的导热性能比灰铸铁差，线膨胀系数和弹性模量比灰铸铁高，所以 高温下抗蠕变能力差，变形倾向大，在有约束力的情况下，将导致较大的内应力，促使裂纹 的产生和扩展，因此由球墨铸铁制造的重型卡车刹车盘在冷热循环的使用条件下，尤其在 急冷急热的情况下，其耐热性与灰铸铁材料相比，优势不明显。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改进已有技术的不足而提供一种在冷热循环使用条件下的热 疲劳性能和耐磨性能高、延长重型卡车刹车盘的使用寿命、强度高、碳化物含量低、韧性好、 热应力小、热疲劳强度大大提高的用于重型卡车刹车盘的球墨铸铁。 本专利技术的目的是这样实现的，一种用于重型卡车刹车盘的球墨铸铁，其特点是由 重量百分比为O. 5% -0. 6%的钼，0. 008% -0. 02%的锑，3. 6% -3. 8%的碳，2. 0% -2.5% 硅，O-O. 4%的锰，0-0. 02%的硫，0-0. 04%的磷，0. 03% -0. 06%的镁，0. 02% -0. 05%的稀 土，余量为铁组成。 为了进一步实现本专利技术的目的，可以是锑的重量百分比含量根据碳、硅的重量百 分比含量用以下函数公式来确定f(Sb) = 9. 35x10—3x(C+0. 67Si)-3. 62x10—2，其中f(Sb) 为锑重量百分比含量，C为碳重量百分比含量，Si为重量百分比含量。 本专利技术与已有技术相比具有以下显著特点和积极效果本专利技术是在普通球墨铸铁 的基础上，复合添加钼(Mo)和锑(Sb)两种元素，提高材料在冷热循环使用条件下的热疲劳 性能和耐磨性能，延长重型卡车刹车盘的使用寿命；本专利技术球墨铸铁的抗拉强度> 580N/ 咖2，断后伸长率> 3X，硬度HBS170-230，基体组织中珠光体含量40X —70%。 钼(Mo)元素在铸铁中能够促进碳化物和珠光体形成，它一部分溶解在铁素体和 渗碳体中，另一部分以碳化物的形式出现。钼溶解在铁素体中，可以强化铁素体，从而提高 铁素体和珠光体的显微硬度。钼与碳有较强的亲和力，碳化物主要是MoC、Mc^C、以及溶于渗 碳体所形成的(Fe，Mo)3C。这些碳化物与铬、锰等促进球墨铸铁中碳化物和珠光体形成的元 素所形成的碳化物相比，它们是在高于铸铁凝固温度之上形成，熔点高、热稳定性好，不易 分解，所以高温下使用含钼球墨铸铁刹车盘的相变应力相对最小。球墨铸铁中含钼量小于 0.3%时，钼有轻微促进铁素体的作用。当含钼量逐渐增高时，钼则促进珠光体的形成。当 含钼量为0. 8% -1. 0%时，会形成贝氏体和马氏体的混合组织，对力学性能不利。所以作为 重卡刹车盘的球墨铸铁含钼量确定为0. 5% -0. 8%。钼在球墨铸铁中促进珠光体的形成能 力相对于铬和锰较弱，但它能细化珠光体，也能细化石墨球，所以它提高球墨铸铁的抗拉强 度和热疲劳强度的作用比铬和锰强。对于铸铁而言，在提高抗热疲劳强度及抗蠕变和抗裂 纹生长等方面，钼都是最有效的合金元素。 锑(Sb)强烈促进珠光体，它在铸铁中以锑化铁(FeSb)和二锑化铁(FeSb2)的形态存在于铁素体-渗碳体相界面上，二锑化铁的熔点为ioorc，在共析转变温度范围(奥氏体、铁素体、石墨共存温度)不能分解，阻止铁素体从奥氏体中析出，促使珠光体转变，并 具有明显稳定珠光体的作用。锑元素在凝固时被吸附在石墨与金属相界面上，如同隔离膜形成障碍层，对碳原子过晶界向石墨扩散产生阻碍作用，因而使石墨变小，基体组织向 Fe-Fe3C转变，使体素体数量减少，珠光体数量增加。锑与铬、锰、钼等促进珠光体形成的元 素相比，它不形成碳化物，高温下不存在因碳化物分解产生的相变应力，因此含锑球墨铸铁 不仅常温下机械性能好，而且一定的高温下它的热强度和耐磨性也比普通球墨铸铁高。 球墨铸铁中复合加入钼、锑两种元素，较普通球墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于重型卡车刹车盘的球墨铸铁，其特征是由重量百分比为０．５％－０．６％的钼，０．００８％－０．０２％的锑，３．６％－３．８％的碳，２．０％－２．５％硅，０－０．４％的锰，０－０．０２％的硫，０－０．０４％的磷，０．０３％－０．０６％的镁，０．０２％－０．０５％的稀土，余量为铁组成。

【技术特征摘要】
一种用于重型卡车刹车盘的球墨铸铁，其特征是由重量百分比为0.5％-0.6％的钼，0.008％-0.02％的锑，3.6％-3.8％的碳，2.0％-2.5％硅，0-0.4％的锰，0-0.02％的硫，0-0.04％的磷，0.03％-0.06％的镁，0.02％-0.05％的稀土，余量为铁组成。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：韩国强，盛龙海，王占海，沈建国，杨彬，谢庆智，王晓东，
申请(专利权)人：莱州华汽机械有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]