高碳制動(dòng)盤機(jī)械性能的試驗(yàn)研究

楊金煌

摘要：我司在批量生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在符合工藝設(shè)定條件的情況下，制動(dòng)盤的機(jī)械性能存在不合格、不穩(wěn)定的情況，因而采用了調(diào)整化學(xué)成分的方案，成功的穩(wěn)定了機(jī)械性能，有效保證了批量生產(chǎn)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)盤、機(jī)械性能、化學(xué)成分

1、前言

1.1 制動(dòng)盤產(chǎn)品介紹

制動(dòng)盤是我司近幾年開發(fā)的新產(chǎn)品，多應(yīng)用于罐裝車輛，其在車軸中與蹄片相互摩擦從而起剎車作用，是車軸中的重要安全件。

此產(chǎn)品牌號(hào)為HT150，抗拉強(qiáng)度要求≥150Mpa，硬度要求150-210HBW5/750，石墨形態(tài)： A-型石墨含量≥80%，B型石墨含量≤15%，D+E型石墨含量≤5%，C型石墨不允許出現(xiàn)，石墨長(zhǎng)度以3-4級(jí)為主，部分允許2級(jí);鐵素體含量：≤5%;碳化物含量：≤1%;基體組織：應(yīng)以細(xì)片狀珠光體為主、中等片狀珠光體和粗大片狀珠光體含量不應(yīng)超過(guò)20%。不允許出現(xiàn)Nb（鈮）Ti（鈦）的混合組織。注：邊緣的不允許出現(xiàn)連續(xù)脫碳，且局部脫碳在邊緣的覆蓋面積不應(yīng)超過(guò)整個(gè)檢查視場(chǎng)的30%，脫碳深度不超過(guò)0.3mm;整個(gè)鑄件不允許存在縮松，本體取樣檢驗(yàn)，成品需經(jīng)過(guò)疲勞試驗(yàn);制動(dòng)盤鑄件質(zhì)量為43kg，高度為180mm，外徑為430mm

1.2 產(chǎn)品性能不穩(wěn)定情況概述

調(diào)整化學(xué)成分前，其抗拉強(qiáng)度在130-190Mpa之間，硬度在150-190HB之間，主要體現(xiàn)為抗拉強(qiáng)度不合格，當(dāng)抗拉強(qiáng)度低于150時(shí)，其硬度接近指標(biāo)下限，總體來(lái)說(shuō)，其呈強(qiáng)度下降、硬度也隨之下降的趨勢(shì)，如下表1

2、理論分析

由于灰鑄鐵中片狀石墨長(zhǎng)且薄，表面平坦，端部尖銳，在承受載荷時(shí)尖銳部位易引起應(yīng)力集中，成為灰鑄鐵破壞的起點(diǎn)，造成鑄件的強(qiáng)度和韌性的下降，石墨雖然是優(yōu)良的固體潤(rùn)滑劑，能防止劇烈磨損，但其平坦的表面易造成石墨的脫落，同時(shí)尖銳端部產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展，反而引起磨損的加劇，所以由于片狀石墨的存在，使得為了繼續(xù)提高灰鑄鐵的強(qiáng)度、硬度等綜合性能變得極為困難。類似于我司研究開發(fā)的高碳制動(dòng)盤，其對(duì)制動(dòng)盤疲勞壽命要求高，這不僅意味著對(duì)制動(dòng)盤的耐磨性要求高，而且還對(duì)制動(dòng)盤的力學(xué)性能、金相組織、內(nèi)在缺陷等有極高的要求。

抗拉強(qiáng)度和硬度是制動(dòng)盤綜合性能中最為重要的指標(biāo)，其受化學(xué)成分、石墨形態(tài)、鋼基體組織狀態(tài)、內(nèi)部缺陷等眾多因素影響，比如碳當(dāng)量過(guò)高;片狀石墨長(zhǎng)短粗細(xì)不均勻;金相中含有過(guò)多磷共晶、碳化物或者其他氧化物夾雜;內(nèi)部有較多顯微縮松甚至是縮孔等都會(huì)顯著降低鑄件的抗拉強(qiáng)度，因此對(duì)鑄件進(jìn)行金相分析是非常必要的。

金相圖片中顯示的片狀石墨長(zhǎng)短粗細(xì)不均勻，腐蝕后的鐵素體含量約占視場(chǎng)5-10%，超出我們的接收標(biāo)準(zhǔn)，有較少的可接受的顯微縮松，金相組織受化學(xué)成分的影響大，因此對(duì)該鑄件進(jìn)行成分分析，如下表2

從表2中可得出目前設(shè)置的碳當(dāng)量相對(duì)較高，為4.27-4.53，對(duì)于灰鑄鐵而言，碳當(dāng)量太高時(shí)石墨數(shù)量增加且石墨粗大，加深其對(duì)基體的割裂作用，另外硅含量偏高導(dǎo)致鐵素體增加，從而降低了制動(dòng)盤的抗拉強(qiáng)度和硬度;因此，筆者認(rèn)為碳當(dāng)量太高是降低制動(dòng)盤的抗拉強(qiáng)度的主要原因。

3、改進(jìn)方案

適當(dāng)?shù)卣{(diào)整碳當(dāng)量，如下表3

改進(jìn)后，碳當(dāng)量區(qū)間值為4.18-4.28，并且為了穩(wěn)定過(guò)程質(zhì)量，適當(dāng)縮短了控制區(qū)間。

4、試驗(yàn)分析

按照改進(jìn)方案進(jìn)行試制，只調(diào)整碳硅值，分別生產(chǎn)4種成分的產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)證，碳硅值與性能如下表4

按以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，由于其余元素波動(dòng)變化不大，因此忽略其余元素，僅顯示碳硅值以便對(duì)比判斷，可以看出碳硅值在范圍內(nèi)，其抗拉強(qiáng)度及硬度有較大提升，并且碳含量越低時(shí)，制動(dòng)盤的強(qiáng)度、硬度越高;抽樣進(jìn)行金相分析，發(fā)現(xiàn)石墨均勻、鐵素體占比相對(duì)較少，這些是強(qiáng)度硬度提升的具體表現(xiàn)。因此，我們認(rèn)為適當(dāng)降低碳當(dāng)量能提升制動(dòng)盤的綜合性能。

5.結(jié)論

1、制動(dòng)盤中片狀石墨粗大容易加劇其割裂基體組織的程度，進(jìn)而導(dǎo)致強(qiáng)度硬度的下降;同理，鐵素體作為軟韌相，不宜過(guò)多的存在于制動(dòng)盤中，以免降低力學(xué)性能;

2、降低碳硅含量能有效提升制動(dòng)盤的強(qiáng)度硬度，偏高的碳當(dāng)量容易導(dǎo)致石墨粗大，催生鐵素體等降低灰鑄鐵力學(xué)性能的不良組織，在生產(chǎn)中應(yīng)采取合適的碳當(dāng)量，才能生產(chǎn)出綜合力學(xué)性能良好的制動(dòng)盤。

參考文獻(xiàn)

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