一种钒钛灰铸铁制动鼓及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种汽车用高强度高耐磨性钒钛铸铁制动鼓制造技术，具体为一种钒钛灰铸铁制动鼓的制备方法，该制备方法包括以下步骤：熔制原铁水：以钒钛生铁、废钢、回炉料、增碳剂、硅铁、锰铁、铬铁为炉料，将增碳剂加入炉底，用中频感应炉对炉料进行熔炼制得原铁水，待铁水熔清后升温过热净化铁水，然后在1520～1530℃保温；然后进行扒渣，扒渣后在其表面加聚渣剂进行保温，然后再加入少量回炉料，调整铁水成分等。本发明采取熔炼后期加入少量回炉料增加异质核心工艺，以减轻铁水白口倾向，提高铁水石墨化能力，改善孕育效果；采用出铁槽和浇口杯二次孕育处理工艺，以提高孕育效果，改善石墨形态，消除碳化物和铁素体，提高珠光体含量。
【专利说明】一种钒钛灰铸铁制动鼓及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铸造金属材料领域，涉及一种汽车用高强度高耐磨性钒钛铸铁制动鼓制造技术，具体为一种钒钛灰铸铁制动鼓的制备方法。
【背景技术】
[0002]汽车制动鼓在热疲劳和磨损条件下使用，因此，要求制动鼓材质具有良好的耐热疲劳性能和耐磨性能。汽车制动鼓普遍采用高强度灰铸铁生产，其材质发展方向为高导热性和高强度。一般通过提高含碳量和改善石墨形态提高导热性，通过加入合金元素提高强度。普通铸铁制动鼓材质牌号为HT250，含碳量3.2-3.5%，加入0.3-0.6%铜、铬合金化处理，要求A型石墨为主，珠光体95%以上，强度大于250MPa。
[0003]铸铁制动鼓生产工艺流程包括:配料、熔炼、孕育处理、浇注、打箱、清理、机加工、检验、包装。
[0004]普通铸铁制动鼓抗热疲劳性差，其失效形式一般为热疲劳裂纹扩展导致开裂。抗热疲劳性能取决于导热性和强度，即导热性和强度越高，抗热疲劳性越好。改善抗热疲劳性可从两方面采取措施，一是提高含碳量以形成更多石墨和改善石墨形态，从而提高导热性；二是通过合金化等方法提高强度。由于增加含碳量会显著降低强度，因此，为兼顾导热性和强度，需将碳控制在合适范围内。为提高强度，常用N1、Cr、Mo、Cu等元素合金化。目前，采用最多的是加Cr、Cu，Cr价格便宜，提高强度效果好，但加入量不能过多，否则使材质变脆，Cu相比N1、Mo价格便宜，且属于石墨化兀素，对石墨形态有利，成为常用提闻强度的合金化元素。N1、Mo价格昂贵，较少使用。普通铸铁制动鼓耐热疲劳性和耐磨性差，使用寿命低，且需加入贵重合金,制造成本高。
[0005]钒钛在铸铁中以固溶、析出相和块状化合物形式存在，具有细化石墨改善石墨形态分布和细化强化基体提高强度和耐磨性的作用。钒钛在铸铁中形成弥散分布的细小颗粒状高硬度碳氮化钒和碳氮化钛(VC — HV2800、TiC一3300)，对提高耐磨性发挥重要作用。钒钛铸铁的组织特点是在强韧化的基体上弥散分布着极高硬度的细小质点，使其具有耐磨性好且磨损均匀的特性。钒钛通过提高铸铁常温和高温强度来提高其耐热疲劳性，且钒钛提高铸铁高温强度的效果更为显著。与普通铸铁制动鼓加入贵重合金提高强度不同，本发明钒钛铸铁制动鼓采用价格便宜的钒钛生铁为原料，利用钒钛生铁带入的钒钛元素合金化，不但合金化效果好，而且生产成本低。因此，本发明钒钛铸铁制动鼓较普通铸铁制动鼓具有更高的耐热疲劳性和耐磨性，使用寿命更高，且具有成本优势。 [0006]国内曾有过钒钛铸铁制动鼓研究和生产先例，攀钢大修厂曾经生产过钒钛铸铁制动鼓，但其成分中含有0.3%的钥，成本高，采用冷型覆砂造型工艺，工艺复杂，且未能大批量生产。专利“高强度汽车制动轮毂铸造配方及工艺”(申请号:200610051293.1)所述制动轮毂成分中含铬0.5~0.8 %，钒0.05~0.09 %，钛0.05~0.09 %，虽属于钒钛铸铁制动鼓，但以铬为主要合金元素，成分范围与本发明有显著差异，且未见批量生产。
【发明内容】
[0007]本发明正是基于以上技术问题，提供成本低廉，通过钒钛独特合金化作用，提高铸铁制动鼓的耐热疲劳性和耐磨性，从而提闻铸铁制动鼓的使用寿命的一种f凡钦灰铸铁制动鼓的制备方法。
[0008]本发明的技术方案为:
[0009]一种钒钛灰铸铁制动鼓其组分按质量百分比计为:C:3.2~3.6%，S1:1.6~
1.9%, Mn:0.6 ~0.9%，P ≤ 0.10%, S:0.07 ~0.12%, V:0.15 ~0.20%, Ti:0.07 ~0.12%, Cr:0.25~0.35%，余量为Fe及其它不可避免的杂质。
[0010]所述的钒钛灰铸铁制动鼓的抗拉强度为280~320MPa，硬度为HB200~220，其金相组织为:A型石墨85%以上，石墨长度3~5级，珠光体≥98%,碳化物+磷共晶< 2%。
[0011]一种钒钛灰铸铁制动鼓的制备方法，包括以下步骤:
[0012]I)熔制原铁水:以钒钛生铁、废钢、回炉料、增碳剂、硅铁、锰铁、铬铁为炉料，将增碳剂加入炉底，然后用中频感应炉进行熔炼原铁水，待原铁水熔清后升温过热并净化铁水，然后在温度为1520~1530°C的条件下保温10分钟；过热后加聚渣剂并扒渣，然后加入铁水重量3~5%的制动鼓回炉料，最后调整铁水成分，使铁水中各化学成分的重量百分比达到:C:3.2 ~3.6%，S1:1.3 ~1.6%，Μη:0.6 ~0.9%，P ≤ 0.10%，S:0.07 ~0.12%，V:0.15~0.20%, T1:0.07~0.12%, Cr:0.25~0.35%，余量为Fe及其它不可避免的杂质；本方法中所采用的增碳剂为石墨化增碳剂，所采用的聚渣剂为膨胀珍珠岩，膨胀珍珠岩中的成分及其百分含量为:Si02: 68~74%、Ai2O3:10~16%，余量为Na2O、K2O、CaO、MgO、Fe2O3 和 H2O。
[0013]2)铁水孕育及浇注:将步骤I)中熔制得到的铁水倒入浇包，同时将称量好的孕育剂均匀加入铁水流中冲入包内，进行第一次孕育，出铁后扒洛，铁水包运至浇注车浇注制动鼓，在浇注的过程中，随流再次加入孕育剂，进行第二次孕育；其中铁水倒入浇包的出铁温度为1450~1480°C，铁水浇入铸型的浇注温度为1350~1380°C ;所述的第一次孕育所采用的孕育剂为硅钡合金，其含有的成分及其百分含量为:S1:60~70%，Ba:2~6%，Ca:0.5~2.0% ,Al:1~2%，余为铁，第一次孕育的孕育剂的添加量为铁水质量的0.3~0.4%，粒度3~8mm ;第二次孕育所使用的孕育剂为Fe_Si75，其所含有的成分及其百分含量为:S1:70~75%，余量为铁，二次孕育孕育剂的添加量为铁水质量的0.1~0.2%，其粒度为0.5~1.0mm。
[0014]3)打箱清理:浇注的制动鼓冷却至200°C以下打箱，经悬链在空气中自然冷却至室温后，经抛丸机抛丸清理。
[0015]4)加工检验:清理后的制动鼓毛坯送机加车间加工，加工后检验，检验合格后包装即可。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0017](一 )、合理的成分设计:适宜的钒钛含量，在提高强度的同时，减轻钛对石墨形态和钒对加工性能的不利影响；硫作为有益元素使用，控制适宜的硫，以改善孕育效果，促进石墨化，改善石墨形态，提闻强度；适宜的络，以提闻强度。
[0018]( 二)、先进的工艺:采取熔炼后期加入少量回炉料增加异质核心工艺，以减轻铁水白口倾向，提高铁水石墨化能力，改善孕育效果；采用出铁槽和浇口杯二次孕育处理工艺，以提闻孕育效果，改善石墨形态，消除碳化物和铁素体，提闻珠光体含量。
[0019](三)、技术指标优于普通铸铁制动鼓:本发明钒钛铸铁制动鼓与普通铸铁制动鼓技术指标对比如表1。前者抗拉强度显著高于后者，且硬度范围更合理，即本发明钒钛铸铁制动鼓技术指标优于普通铸铁制动鼓。
[0020]表1、技术指标对比
[0021]
【权利要求】
1.一种钒钛灰铸铁制动鼓，其特征在于:在该制动鼓中采用了灰铸铁，其中灰铸铁含有的组分按质量百分比计为:c:3.2~3.6%, S1:1.6~1.9%,Mn:0.6~0.9%, P ^ 0.10%,S:0.07 ~0.12%, V:0.15 ~0.20%, Ti:0.07 ~0.12%, Cr:0.25 ~0.35%，余量为 Fe 及其它不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的钒钛灰铸铁制动鼓，其特征在于所述的制动鼓的抗拉强度为280~320MPa，硬度为HB200~220，其金相组织为:A型石墨85%以上，石墨长度3~5级，珠光体> 98%，碳化物+磷共晶< 2%。
3.—种钒钛灰铸铁制动鼓的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)熔制原铁水:以钒钛生铁、废钢、回炉料、增碳剂、硅铁、锰铁、铬铁为炉料，将增碳剂加入炉底，用中频感应炉对炉料进行熔炼制得原铁水，待铁水熔清后升温过热净化铁水，然后在1520~1530°C保温；然后进行扒渣，扒渣后在其表面加聚渣剂进行保温，然后再加入少量回炉料，调整铁水成分；使铁水中各化学成分的重量百分比为:C:3.2~3.6%，Si:1.3 ~L 6%, Mn: 0.6 ~0.9%, P^0.10%, S:0.07 ~0.12%, V:0.15 ~0.20%, Ti:0.07 ~0.12%，Cr:0.25~0.35%，余量为Fe及其它不可避免的杂质； 2)铁水孕育及浇注:将步骤I)中熔制的铁水倒入浇包，同时将称量好的孕育剂均匀加入铁水流中冲入包内，进行第一次孕育；出铁后扒渣，铁水包运至浇注车浇注制动鼓，在浇注的过程中，随流再次加入孕育剂，进行第二次孕育；其中铁水倒入浇包的出铁温度为1450~1480°C，铁水浇入铸型的浇注温度为1350~1380°C ； 3)打箱清理:将浇注出的制动鼓冷却至200°C以下打箱，经悬链在空气中自然冷却至室温后，经抛丸机抛丸清理； 4)加工检验:清理后的制动鼓毛坯送机加车间加工，待加工检验合格后包装即可。
4.根据权利要求3所述的钒钛灰铸铁制动鼓的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述的第一次孕育，所使用的孕育剂为硅钡孕育剂，其含有的成分及其百分含量为:S1:60~70%，Ba: 2~6%, Ca: 0.5~2.0%, Al:1~2%，余为铁，第一次孕育的孕育剂添加量为铁水质量的0.3-0.4%，粒度为3~8mm ;第二次孕育的孕育剂为Fe_Si75，其含有的成分及其百分含量为:S1:70~75%，余量为铁，第二次孕育的孕育剂的添加量为铁水质量的0.1~0.2%，其粒度为0.5~1.0mm。
5.根据权利要求3所述的钒钛灰铸铁制动鼓的制备方法，其特征在于:步骤(1)中所述的聚渣剂为膨胀珍珠岩。
6.根据权利要求3所述的钒钛灰铸铁制动鼓的制备方法，其特征在于:所述的增碳剂为石墨化增碳剂，石墨化增碳剂中固定碳所占的质量百分含量为90~93%，S < 0.4%，粒度为3~6mm。
【文档编号】B22D3/00GK103993221SQ201410225523
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】陈国 , 武广波, 陈艳 申请人:四川省富邦钒钛制动鼓有限公司