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提高高碳当量灰铸铁刹车盘机械性能的方法.doc

提高高碳当量灰铸铁刹车盘机械性能的方法

蓝色双鱼的秋天
2019-05-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《提高高碳当量灰铸铁刹车盘机械性能的方法doc》,可适用于工程科技领域

提高高碳当量灰铸铁刹车盘机械性能的方法引言刹车盘是汽车制动系统中的基础零件行车过程中能否保证可靠的制动起关键性作用。刹车盘(鼓)出口大部分是配件市场客户订货品种多、批量小但其对质量及性能的要求日趋严格。由于高碳当量刹车盘较强的吸震能力良好的整体散热能力更好的预防瞬间受热产生的裂纹和变形而愈来愈受到客户的青睐。近年来随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高制动盘的安全、可靠性备受重视。灰铸铁是刹车盘常用的材料。作为刹车盘材料的灰铸铁应具有高的强度、良好的导热性和耐磨性。高碳当量灰铸铁导热性和铸造性能较好是刹车盘材料的发展方向但高碳当量灰铸铁因组织中有较多粗大的石墨存在强度通常较低。本文将对如何稳定提高高碳当量灰铸铁刹车盘的硬度、抗拉强度进行探讨。普通高碳当量刹车盘的化学成分、金相组织、机械性能的要求普通高碳当量刹车盘的化学成分C=~、Si=~、Mn=~、S≤、P≤、Ni≤、Cr=~、Cu=~、Mo≤、Sn≤、V≤、Ti≤普通高碳当量刹车盘的金相组织珠光体含量≥主要是A形石墨石墨长度~级。普通高碳当量刹车盘的机械性能要求硬度:~HBW抗拉强度σb≥Nmm。高碳当量刹车盘炉料配比(使用中频感应电炉)感应电炉具有升温、保温、纯净铁水的优点不仅可以使粗大的石墨变得细化同时感应电炉强大的电磁搅拌力还可以使铁水中各种细小的固态杂质得以熔解或成渣除去使铁水净化给随后的孕育处理带来方便。为保证刹车盘的机械性能达到客户要求优质的铁水是获得高强度灰铸铁的必要条件炉料配比尤为重要生铁最好不使用一般配比为废钢:回炉料=:(废钢为普通碳素钢)增碳剂、铬铁、锰铁、硅铁随炉料一同加入。废钢、增碳剂最好先加入炉内。铁水熔化温度控制及铁水化学成分检验由于高碳盘的含碳量较高在合金元素一定量的前提下较高的碳当量必然导致铸件的硬度、抗拉强度降低因此保证制作的光谱分析试样能准确反映铁水化学成分的真实状况至关重要实际操作中应该注意以下几方面的控制。铁水温度达到℃在炉内保温分钟(这是较为重要的一个环节目的为使增碳剂能较好的熔解)再进行扒渣处理清理掉铁水表面的杂质及未充分熔解的增碳剂然后用采样勺在电炉内舀取铁水制作光谱分析试样。舀取铁水时采样勺凹面朝下伸入电炉铁水内上下搅动次采样勺伸入液面下mm左右舀取铁水。制作的光谱分析试样必须白口化。由于铸铁中的碳以游离的石墨状态存在直接用于光谱分析时导致激发不良另外由于有石墨的存在不同激发点的成分偏差很大分析结果难以稳定因此要将试样白口化使石墨转化为FeC的组织结构。若光谱仪检验铁水成分不符合要求重新添加炉料调整成分以后不能马上舀取铁水制作光谱分析试样检验此时铁水在炉内还没有充分的搅匀检验出来的化学成分是虚值正确的做法是在保温的状态下使铁水在炉内翻滚~分钟待铁水成分均匀以后再取光谱分析试样这样检验出的数据才是真值。光谱仪做好类型标准化。光谱仪检验试样时最少激发两点如果这两点数据相差较大必须激发第三点删除异常点余下两点各化学元素的平均值为该试样的检验值。铁水成分检验合格后提温至℃出炉。铁水孕育处理为了使铸件达到较好的机械性能、金相组织要对铁水进行孕育处理因为灰铸铁的机械性能主要取决于基体组织及石墨型态一般情况下灰铸铁的基体组织和片状石墨都较粗大因而强度较低塑性较差另外灰铸铁对冷却速度十分敏感在同一铸件上的不同厚度的界面处往往得到不同的组织石墨的大小和分布也不均匀这就使铸件的各部分性能很不一致为改变以上缺点常采用“孕育处理”的方法使铁水同时生成大量均匀的晶核降低过冷度改变了铁水的结晶条件促进A型石墨生长同时获得细晶粒的珠光体基体和细片状石墨组织故对提高铸铁强度有利。常用的孕育剂是含硅的硅铁其加入量一般为铁水重经过孕育处理的铁水要在分钟之内用完否则孕育衰退。影响铸件性能的主要因素:化学成分、冷却速度。碳当量的高低对铸件机械性能影响明显。化学成分的上下限是客户验收产品的极限位在铁水中合金元素含量、铸件冷却速度、造型硬度一定的前提下碳当量的高低直接影响铸件的硬度、抗拉强度通过实验一般碳当量控制在CE=CSi=之间高碳当量刹车盘的机械性能完全能够满足客户要求。碳当量每增加单铸试棒的抗拉强度降低~Mpa。合金元素对铸件性能的影响合金元素价格都较高加入量的多少将直接影响到产品的成本因此在满足客户要求的前提下尽可能少量使用合金元素。下图为合金元素加入量对铸件抗拉强度的影响(摘自:新型高碳当量高强度灰铸铁组织与性能的研究)Mn在灰铸铁中是促进珠光体和稳定渗碳体元素是阻碍石墨化的元素。Mn能降低共晶温度和共析温度因此提高铁水中的含Mn量可有效地降低共晶转变温度有利于增加奥氏体枝晶的数量从而促进珠光体的形成。另外奥氏体向珠光体的转变在较低温度下进行使珠光体片间距减小促进珠光体片细化。Mn是强碳化物形成和稳定碳化物元素Mn置换了FeC中的Fe形成(FeMn)C构成更强更硬的珠光体。Mn能无限固溶于奥氏体强化基体改善灰铸铁的性能。Mo是提高灰铸铁强度最有效的合金元素之一。它是较温和的反石墨化元素对石墨有阻碍作用可以细化珠光体亦能细化石墨从而改善石墨片改善灰铸铁的性能。同时Mo具有较温和的碳化物形成作用且形成的复合碳化物极为稳定尤其在高温状态下。钼是优异的合金元素但价格昂贵尽量不选用。当Mo<%时它稳定碳化物的作用比较温和主要作用在于细化珠光体亦能细化石墨对提高铸件抗拉强度效果较为明显。Cr是强烈的反石墨化元素具有促进珠光体形成并细化珠光体的作用。因此铸件中加入一定量的Cr可以提高灰铸铁的强度。Cr加入量不当会增加铸件的缩松、缩孔倾向。为了避免其负面影响铁水中应该加入适量的Cr以%~%为宜。Cu为了抵消Cr增大白口的不利影响在添加Cr的同时往往组合添加一定量的Cu。而且有研究显示Cu和Cr复合加入时的强度优于其单独加入。Cu是较温和的促进石墨化元素它能细化石墨并使石墨均匀分布有效抵消Cr元素增大白口的倾向。Cu也是一种稳定珠光体的合金元素因此Cu的加入可以增加和稳定基体中珠光体组织改善灰铸铁的机械性能。另外Cu的加入可有效的提高灰铸铁的耐磨性和耐蚀性也可提高铁水的流动性显著改善铸造性能。但Cu含量也不是越多越好大量的Cu和Cr、Sn在一起会使基体中产生大量的索氏体影响铸件的切削性能。Sn是灰铸铁件中的微量元素之一。当Sn<时能增加稳定珠光体的含量其作用倍于Cu提高铸件的硬度。Sn在金属基体中的溶解度很有限加入量不可过多否则会使铸铁脆化冲击韧性下降同时增加铸件成本。结论在铁水中合金元素含量、铸件冷却速度、型腔硬度一定的前提下控制碳当量CE=CSi=铁水中的C高、Si低一点C低Si高一点控制碳当量在一定范围内保证铸件的硬度、抗拉强度满足客户要求。适量加入合金元素达到提高铸件珠光体含量、细化石墨的目的。为得到铁水化学成分的真值尤其是C、Si含量的真值熔化铁水温度达到℃以后要保温~分钟、扒渣处理后再取光谱分析试样向炉内添料调整铁水成分后不要马上用采样勺舀取铁水制作光谱分析试样应使铁水在电炉内翻滚~分钟待铁水成分均匀以后再舀取铁水制作光谱分析试样检验化学成分。光谱分析试样必须白口化。光谱分析仪做好类型标准化。光谱仪检验试样时最少激发两点如果这两点数据相差较大必须激发第三点删除异常点余下两点各化学元素的平均值为该试样的检验值。铁水进行孕育处理。烟台胜地汽车零部件制造有限公司吕新波日期    

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