提高汽车制动鼓耐磨性的研究

作者：信息来源:模具 2008-6-25

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摘要：通过分析汽车提速后制动鼓耐磨性下降的原因，选用成分w(%)为：3。6Cu的合金材质制作汽车制动鼓以提高其耐磨性，改进后的汽车制动鼓组织中珠光体量＞95%，硬度为200～220 HB，耐磨性良好。关键词：制动鼓。耐磨性。...

摘　要：　通过分析汽车提速后制动鼓耐磨性下降的原因，选用成分w(%)为：3.2～3.3C，1.9～2. 1Si，0.8～1.0Mn，0.3～0.4Cr，0.4～0.6Cu的合金材质制作汽车制动鼓以提高其耐磨性，改进后的汽车制动鼓组织中珠光体量＞95%，硬度为200～220 HB，耐磨性良好。
　　关键词：　制动鼓；耐磨性；合金铸铁
　　中图分类号：TG251.2　　　文献编码：A　　　文章编号：1001-3814(2000) 03-0028-02

Study on Increasing Wear-resistant of Automobile Brake Drum

CHEN Yi-qing　SU Yong　HUANG Bin
（College of Material Science and Engineering,Hefei Univ.of Tech.）
YE Tian-han
（Jianghuai Foundry Co.Ltd.）

　　Abstract：　Though analysing the cause of poor resistance to wear in automobile brake drum f or automobile sped up,new alloy material,whose composition(mass,%)was:3.2～3.3C ,1.9～2.1Si,0.8～1.0Mn,0.3～0.4Cr,0.4～0.6Cu,was chosen to make automobile brake drum to increase the wear-resistance.The amount of pearlite of the micros tructure in the improved automobile brake drum was more than 95%,and hardness 2 00～220 HB.The wear-resistance of the brake drum had been improved greatly.
　　Key words：　brake drum, wear-resistance, cast iron with alloy

　　随着汽车向高速重载方向发展，普通灰铁材质制动鼓的耐磨性能逐渐不能满足要求。对汽车制动器摩擦材料的摩擦磨损性能的研究表明^［1］：汽车提速后，使得汽车制动器摩擦副的滑动速度和比压增加，因此在制动过程中使得汽车制动鼓的温度上升，导致汽车制动鼓磨损加剧，摩擦系数下降，影响汽车的制动性能和安全。诚然，增加汽车制动鼓的硬度可提高其耐磨性，但过高的硬度会降低制动鼓的摩擦系数，为了兼顾二者，对制动鼓的材料成分、组织及性能应进行正确设计和选定。据有关资料介绍^［1］：当制动鼓的硬度满足190～210 HB，金相组织为95%以上的珠光体时，其摩擦磨损综合性能较理想。我们采用铬、铜低合金铸铁，通过合理选定成分和孕育工艺，成功地生产了耐磨性优良的汽车制动鼓，满足了汽车提速后对制动鼓耐磨性的要求。

1　化学成分的选定

1.1　碳、硅及碳当量
　　C、Si均属石墨化元素。碳当量(CE)低，铸件孕育效果好，可提高铸件的力学性能，但对汽车制动鼓等薄壁件，CE过低会增大白口倾向，并使铸造性能和加工性能变差。综合相关资料分析^［2.3］，对于CE控制在3.8%～4.0%，加入Cr0.3%～0.5%、Cu0.6%～0.8 %的铸铁，高Si/C的耐磨性显著增加，并可改变低Si/C铬铜铸铁的白口倾向大的缺点^［4］，因此我们将C、Si成分w(%)确定为：3.2～3.3C，1.9～2.1Si；Si/C为0.6～0.7。
1.2　锰、磷
　　锰阻碍共析转变时石墨化元素，同时锰也有效地降低奥氏体向珠光体转变的温度，因此，锰具有增加和细化珠光体的作用。孕育铸铁的含锰量一般较高，为0.8%～1.0%。
　　当铸铁平均含磷量超过0.06%时，在铸铁组织中就会形成二元磷共晶或三元磷共晶。断续网状并均匀分布的二元磷共晶具有良好的减摩作用，但三元磷共晶极为硬脆，使铸铁脆性增加。由于磷共晶的形式及其分布状态一般生产上难以控制，因此从汽车制动鼓力学性能的要求出发，磷应限制在0.15%以下。
1.3　铬、铜
　　铬是阻碍石墨化元素，加入适量的铬，可阻碍铁素体的形成，增加珠光体的数量，均有利于汽车制动鼓在制动过程中的耐磨、制动性能。但在减摩铸铁中，一般铬含量均在0.5%以下，以免出现游离碳化物。
　　铜能增加珠光体的含量，同时有细化珠光体及强化珠光体中铁素体的功能，此外铜还可减少对断面的敏感性，因而铜能增加铸铁的硬度和强度。在减摩铸铁中，铬常与铜复合使用以提高其强度、耐磨、耐热等综合性能。结合经济上的考虑，确定铜加入量在0.4%～0.6%，铬含量＜0.5%。

2　生产工艺

2.1　造型工艺
　　采用自带砂芯砂型铸造，顶部设冒口，采用顶浇。
2.2　熔炼、浇注工艺
　　用3t/h冲天炉熔炼，炉料为生铁、回炉料、废钢。合金元素铬通过铬铁(碳素铬铁，含铬＞5 0%)的形式在炉后加入。为了保证铬能均匀溶解，铬铁预先制成10～20 mm颗粒状，预热后加入。熔炼温度为1450～1500℃，出铁温度为1450℃左右。铜在浇包中加入，搅拌均匀后静置片刻，进行浇注。
2.3　孕育处理
　　孕育处理是生产优质铸铁产品的一种重要手段。通过孕育处理可以促使得到A型石墨，防止表层和薄壁转角处游离渗碳体的形成，改善铸铁对断面的敏感性，获得均匀组织，提高力学性能，并改善切削加工性。生产中的孕育处理工艺如下：出铁时，将0.3%粒度为4～5 mm的75SiFe撒入出铁槽，随流冲入浇包。采用炉前三角试样检验孕育效果，并调整75SiFe加入量。为避免孕育衰退，要求铁水在15～20 min内浇完。

3　铸件组织与性能

　　采用上述工艺生产的汽车制动鼓，依照GB7216-87评定，其珠光体量＞95%，石墨形态为A型，有时有少量B型石墨，石墨度4～6级，二元磷共晶＜3%，如图1所示。工作区域硬度为190～220 HB，制动鼓综合摩擦磨损性能大大提高且质量稳定。

图1　改进后制动鼓典型组织　300×

4　结论

　　(1)通过分析汽车提速后制动鼓耐磨性下降的原因，采用铬铜低合金铸铁制造汽车制动鼓以提高其耐磨性，其主要化学成分w(%)为：3.2～3.3C，1.9～2.1Si,0.8～1.0Mn， 0.07～0.11P,0.06～0.10S，0.3～0.4Cr,0.4～0.6Cu。
　　(2)金相分析表明，改进后的汽车制动鼓组织中珠光体＞95%，硬度为190～220 HB，符合耐磨制动鼓的组织和性能要求。

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