本發(fā)明涉及合金鋼材料
技術(shù)領(lǐng)域：
：，尤其涉及一種汽車制動盤用合金灰鑄鐵材料、汽車制動盤及其制備方法。
背景技術(shù)：
：：汽車制動盤在剎車過程中，承受著巨大的摩擦力和壓力且處在冷熱交替的狀態(tài)下，容易變形開裂。灰鑄鐵由于其優(yōu)良的耐磨性、導熱性及減振性是制造汽車制動盤的理想材料。隨著汽車性能的提高，對汽車制動盤的質(zhì)量要求也越來越高，傳統(tǒng)的非合金灰鑄鐵已經(jīng)不能滿足要求，急需開發(fā)出一種新型的合金灰鑄鐵來代替原有的材料。以一汽車制動盤直徑400mm為例，其最小壁厚為8.6mm，鑄件質(zhì)量為14kg。根據(jù)美國汽車配件標準sae-j431，要求汽車制動盤金相組織中a+b型石墨總數(shù)大于等于85％，石墨長度級別為4～6，珠光體含量大于90％，鐵素體含量小于10％，抗拉強度大于等于250mpa，本體硬度為hb207～255，成品組織中不得出現(xiàn)c型和e型石墨，汽車制動盤的化學成分如下表1所示。表1汽車制動盤的主要化學成分table1themainchemicalcompositionofbrakediscwb/％按照表1所示的化學成分，采用現(xiàn)有技術(shù)中熔煉工藝制成汽車制動盤，采用dns-100電子萬能試驗機對該汽車制動盤附鑄試塊進行拉伸試驗，萊卡dmi－3000m倒置金相顯微鏡進行金相組織的觀察，hbe－3000布氏硬度計測量鑄件的硬度。測試結(jié)果請參照圖1和圖2，圖1是現(xiàn)有技術(shù)中汽車制動盤未腐蝕的金相照片，圖2是現(xiàn)有技術(shù)中汽車制動盤腐蝕后的金相照片。由圖1可以看出，組織中大部分為a型石墨，并伴有粗大片狀的c型石墨，由于鐵液中的碳含量較高，而汽車制動盤在型腔內(nèi)冷卻速度較慢，初生石墨從鐵液中析出后，所 受阻力較小，便會生長成較粗的片狀c型石墨，由于石墨粗大，汽車制動盤的力學性能顯著下降。圖2中，顏色較深的組織為石墨，基體為珠光體，呈白色小條狀和鏈狀分布的為磷共晶，且在部分白色磷化鐵上分布著奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，同時在白色基體上出現(xiàn)空白區(qū)。鏈狀分布的堅硬耐磨的磷共晶作為抗磨骨架可以顯著提高汽車制動盤的耐磨性，延長其服役壽命。但是磷共晶是脆性相，大量的磷共晶會導致汽車制動盤的脆性增加，切削加工性能惡化。在不添加合金元素的情況下，汽車制動盤的組織為a+c型石墨，長度級別為1～2級，基體有較多的磷共晶。經(jīng)力學性能檢測，鑄件抗拉強度為226.2mpa，基體硬度為hb208。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題：隨著汽車性能的提高，所需要的汽車制動盤的標準要求也越來越高，現(xiàn)有的汽車制動盤的已經(jīng)不能滿足要求。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的汽車制動盤的不能滿足高性能汽車的要求。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一汽車制動盤用合金灰鑄鐵材料，所述合金灰鑄鐵材料按質(zhì)量百分比如下：c含量為3.5％～3.6％，mn含量為0.5％～0.6％，cr含量為0.25％～0.35％，cu含量為0.6％～0.8％，nb含量為0.4％～0.5％，si含量為1.8％～2.0％，p含量為≤0.2％，s含量為≤0.12％，其余的為鐵?？蛇x地，所述合金灰鑄鐵材料按質(zhì)量百分比如下：c含量為3.5％～3.6％，mn含量為0.5％～0.6％，cr含量為0.25％，cu含量為0.7％，nb含量為0.5％，si含量為1.8％，p含量為≤0.2％，s含量為≤0.12％，其余的為鐵?？蛇x地，所述合金灰鑄鐵材料按質(zhì)量百分比如下：c含量為3.5％～3.6％，mn含量為0.5％～0.6％，cr含量為0.35％，cu含量為0.6％，nb含量為0.5％，si含量為1.8％，p含量為≤0.2％，s含量為≤0.12％，其余的為鐵?？蛇x地，所述合金灰鑄鐵材料按質(zhì)量百分比如下：c含量為3.5％～3.6％，mn含量為0.5％～0.6％，cr含量為0.35％，cu含量為0.8％，nb含量為0.4％，si含量為1.8％，p含量為≤0.2％，s含量為≤0.12％，其余的為鐵。本發(fā)明另提供一種汽車剎車盤，其制作材料為如前所述的合金灰鑄鐵材料。本發(fā)明還提供了一種汽車制動盤的制備方法，包括：將鐵原料按權(quán)利要求1至4中任一項的質(zhì)量百分比裝入坩堝爐膛中，然后送入中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉；待所述鐵原料完全熔化后，按權(quán)利要求1至4中任一項的質(zhì)量百分比加入c、mn、cr、cu、nb、si、p、s和孕育劑；出鐵后，將鐵水出爐進行澆注，澆注溫度1400℃～1500℃?？蛇x地，所述孕育劑為75sife?？蛇x地，所述澆注溫度為1450℃?？蛇x地，出鐵溫度為1470℃～1570℃。可選地，所述出鐵溫度為1520℃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：通過添加合金元素可以改善高碳當量制動盤的石墨形態(tài)并使之細化，使得制動盤具有良好的熱傳導性和耐磨性等綜合性能，從而符合高性能汽車所需要的高標準制動盤，解決了現(xiàn)有的汽車制動盤的不能滿足高性能汽車的要求的問題。附圖說明圖1是現(xiàn)有技術(shù)中汽車制動盤未腐蝕的金相照片。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中汽車制動盤腐蝕后的金相照片。圖3是本發(fā)明汽車制動盤未腐蝕的金相照片。圖4是本發(fā)明汽車制動盤腐蝕后的金相照片。圖5為本發(fā)明汽車制動盤的制備方法于一實施例中的流程示意圖。具體實施方式在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，所述示意圖只是實例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護的范圍。實施例一由于現(xiàn)有的制動盤碳、磷含量較高，金相組織中存在粗大的c型石墨和較多的磷共晶，導致其性能遠遠達不到要求，故需進行合金化設(shè)計?；诣T鐵常添加的合金元素有鉻、釩、鉬、鈮、銅等。鉻是碳化物形成元素，在鐵液凝固過程中有85％固溶于奧氏體，促進亞穩(wěn)定系共晶反應(yīng)的發(fā)生，細化珠光體，提高灰鑄鐵的強度。釩促進珠光體的形成并能使之細化，提高灰鑄鐵的強度和硬度，鑄件在經(jīng)過高溫石墨化退火之后，會在鐵素體中出現(xiàn)彌散分布的細微粒狀析出物，強度和硬度反而提高。鉬降低穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變溫度，能細化共晶團，但鉬會溶于滲碳體并與磷化物結(jié)合，使磷共晶量增加。鈮與鐵液中的碳形成穩(wěn)定的碳化物，少量的鈮會提高灰鑄鐵的強度和硬度，且鈮能顯著提高灰鑄鐵常溫和高溫磨損能力。銅有較弱的石墨化作用，固溶的銅原子累積于奧氏體和石墨界面附近，阻礙碳在奧氏體中擴散，有利于珠光體的細化。綜合上述分析并考慮生產(chǎn)成本等因素，我們作了這樣的選擇：選定鉻cr含量0.15％～0.35％，銅cu含量0.6％～0.8％，鈮nb含量0.3％～0.5％的范圍內(nèi)進行正交試驗(見表2和表3)，并利用jmatpro進行試樣的抗拉強度、硬度 和熱導率的模擬。表2正交試驗因素水平table2thefactorsandlevelsoftheorthogonaltest表3正交試驗設(shè)計表table3theorthogonaltestdesignwb/％表4試樣的模擬結(jié)果table4thesimulationresultsofsamples從表4的模擬結(jié)果可以看出，當cr的添加量在0.25％以下時，試樣的抗拉強度全部不符合要求。對于4～9號試樣而言，cu的添加量在0.6％時，只有 7號試樣的抗拉強度滿足要求，cu的添加量在0.8％時，除9號試樣外，其余試樣均不滿足要求。由此可知，銅的含量0.6％～0.8％，更進一步地，優(yōu)選為0.7％～0.8％。nb的添加量在0.3％時，所有試樣均不滿足要求，nb的添加量在0.4％時，只有9號試樣滿足要求，nb的添加量在0.5％時，除3號試樣外其余試樣均滿足要求。除試樣1外，其余所有試樣的布氏硬度均滿足要求，且所有試樣的100℃的熱導率均在55～56之間，相差不大?？紤]到軟件的計算誤差和生產(chǎn)成本，選取5、6、7、8、9號的化學成分進行生產(chǎn)驗證。實際生產(chǎn)中，鑄件的化學成分并不是一成不變的而是在一個范圍內(nèi)變動，所以在第一實施例中，所述合金灰鑄鐵材料按質(zhì)量百分比如下：c含量為3.5％～3.6％，mn含量為0.5％～0.6％，cr含量為0.25％～0.35％，cu含量為0.6％～0.8％，nb含量為0.4％～0.5％，si含量為1.8％～2.0％，p含量為≤0.2％，s含量為≤0.12％，其余的為鐵。按照1.1所述進行熔煉澆注，并對試樣進行理化性能檢測。試樣的抗拉強度為252.43mpa，布氏硬度為hb209.37。圖3是本發(fā)明汽車制動盤未腐蝕的金相照片，由圖3可以看出，添加合金元素后，組織中的石墨呈a型石墨分布，且無粗大的c型石墨，石墨長度級別為4～6級，相較于原先的金相組織，添加合金元素不僅能消除高碳當量制動盤中粗大的c型石墨，而且能細化石墨，確保制動盤的組織合格。圖4是本發(fā)明汽車制動盤腐蝕后的金相照片，由圖4可以看出，組織中原先的鏈狀磷共晶減少，使得基體的脆性降低。但是制動盤的摩擦性能卻未降低，這是因為彌散于基體中的nbc顆粒充當了耐磨骨架，nbc顆粒很小，且呈非連續(xù)性存在，并不會破壞基體組織的連續(xù)性，也不會影響制動盤的切削加工性能。實施例二所述合金灰鑄鐵材料按質(zhì)量百分比如下：c含量為3.5％～3.6％，mn含量為0.5％～0.6％，cr含量為0.25％，cu含量為0.7％，nb含量為0.5％，si含量為1.8％，p含量為≤0.2％，s含量為≤0.12％，其余的為鐵。實施例三所述合金灰鑄鐵材料按質(zhì)量百分比如下：c含量為3.5％～3.6％，mn含量為0.5％～0.6％，cr含量為0.35％，cu含量為0.6％，nb含量為0.5％，si含量為1.8％，p含量為≤0.2％，s含量為≤0.12％，其余的為鐵。實施例四所述合金灰鑄鐵材料按質(zhì)量百分比如下：c含量為3.5％～3.6％，mn含量為0.5％～0.6％，cr含量為0.35％，cu含量為0.8％，nb含量為0.4％，si含量為1.8％，p含量為≤0.2％，s含量為≤0.12％，其余的為鐵。實施例五請參照圖5，本發(fā)明還提供了一種汽車制動盤的制備方法，包括以下步驟：步驟s1，將鐵原料按實施例一至四中任一項的質(zhì)量百分比裝入坩堝爐膛中，然后送入中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉；步驟s2，待所述鐵原料完全熔化后，按實施例一至四中任一項的質(zhì)量百分比加入c、mn、cr、cu、nb、si、p、s和孕育劑；步驟s3，出鐵后，將鐵水出爐進行澆注，澆注溫度1400℃～1500℃。較佳地，在步驟s2中加入的所述孕育劑為75sife(75硅鐵)。較佳地，在步驟s3中，所述澆注溫度優(yōu)選為1440℃～1460℃，更優(yōu)為1450℃。進一步地，出鐵溫度為1470℃～1570℃，進一步地，出鐵溫度優(yōu)選為1510℃～1530℃，更優(yōu)為1520℃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：通過添加合金元素可以改善高碳當量制動盤的石墨形態(tài)并使之細化，使得制動盤具有良好的熱傳導性和耐磨性等綜合性能，從而符合高性能汽車所需要的高標準制動盤，解決了現(xiàn)有的汽車制動盤的不能滿足高性能汽車的要 求的問題。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。當前第1頁12當前第1頁12