专利名称：一种合金蠕墨铸铁材料的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料冶金领域，涉及一种用于铁路机车车辆制动盘的合金蠕墨铸铁材料。
背景技术：
由于灰铸铁材料的铸造性能好、耐磨性好、使用成本低等优点，目前在摩擦制动材料中尤其是铁路机车车辆制动盘材料中得到了广泛运用；但普通灰铸铁制动盘的物理力学性能、机械强度、耐低温性能及抗热疲劳性能在列车重载和提速运用背景下的使用效果难以令人满意，而且在使用过程中容易出现热裂纹和磨损快的现象，造成一定的安全隐患。因此，从运营成本及安全性角度出发，开发具有机械强度高，导热性能好、抗热疲劳性能优良、不易出现热裂纹、耐低温等综合性能优良的新型合金蠕墨铸铁材料来代替灰铸铁材料具有重要的工程应用价值和现实意义。
200510017968.6号发明专利申请公开了一种抗热裂蠕墨铸铁制动材料。在该发明专利申请公开的技术方案中，以C、Si、Mn三大元素为主要元素。该公开的材料虽具有一定的抗热裂性能，且珠光体含量较高，但其由于添加了较多的锰元素而降低了材料的塑性，且材料中珠光体组织尺寸较大，对于材料的强度和塑性等具有不利的影响。
因此，研究开发一种具有良好的导热性能、较高耐磨性、良好的抗热疲劳性能以及较高强度、塑性等等综合性能良好的合金蠕墨铸铁材料仍是铁路机车车辆领域的重要课题之一。
发明内容
本发明提供了一种制动盘用合金蠕墨铸铁材料，是一种用于铁路机车车辆制动盘的合金蠕墨铸铁材料，该材料具有良好的导热性能、抗拉强度高、热疲劳性能好、耐磨性强以及低温性能好等优点。
以重量百分比计，蠕墨铸铁材料的化学组成为 碳3.1-3.6％，硅2.1-2.85％，锰0.91-1.25％，镍1.05-1.45％，钼0.10-0.25％，钛0.10-0.20％，镁0.01-0.04％，磷＜0.05％，硫＜0.07％，余为铁。
在上述化学组成中，主要成分有碳、硅、锰、镍等四大主要元素；提高性能的成分有钼、钛等；而镁则是在出炉时往铁水中加入稀土镁钛合金蠕化剂而带入材料中的，其中加入蠕化剂按质量百分比约占合金蠕墨铸铁总量的0.7～1.1％；磷、硫为杂质成分。
本发明的化学成分与200510017968.6号发明专利公开的材料化学成分相比，除了碳、硅、锰三大元素外，把镍元素也作为主要元素之一，即主要由四大元素组成，同时添加钼、钛等元素以提高蠕墨铸铁材料物理力学性能及耐热疲劳性能。
本发明合金蠕墨铸铁中各种成分的作用和具体含量如下 (1)碳和硅 碳和硅是促进石墨化的元素。C、Si的含量越高，铸铁中石墨化越容易进行，但含量过高，将会导致石墨多而粗大，组织中铁素体量增多，珠光体量减少，从而导致材料力学性能的降低。综合考虑，本发明中控制C含量为3.1-3.6％，Si含量为2.1-2.85％。
(2)锰 蠕墨铸铁中加入锰元素能够提高珠光体含量，并能提高合金蠕墨铸铁的强度和硬度，但会使其塑性降低，因此控制Mn含量一般为0.91-1.25％。
(3)镍 镍为石墨化元素，共晶期间促进石墨化，能够显著细化晶体组织，促进增加珠光体含量，同时还能提高材料机械强度，提高耐腐蚀、耐高温磨损和耐热龟裂性能。本发明中镍含量为1.05-1.45％。
(4)钼和钛 钼和钛可以提高蠕墨铸铁材料物理力学性能及耐热疲劳性能，本发明中控制钼和钛的含量分别为0.10-0.25％和0.10-0.20％。
(5)镁材料中的镁主要是加入乳化剂带进来的，它同时起到脱硫剂的作用，镁的含量为0.01-0.04％。
(6)硫和磷 硫和磷是蠕墨铸铁中不可避免的杂质成分。尤其是磷含量，由于制动盘有低温要求，其含量尽量加以控制。因此，硫元素含量控制在0.07％以下，而磷含量则一般控制在0.05％以下。
发明的优点和效果与现有技术相比，本发明提供的合金蠕墨铸铁具有良好的导热性能、具有抗热裂、耐磨、耐腐蚀、耐低温以及较高强度等良好的综合性能，1∶1制动动力台架实物试验表明制动盘与所配对的摩擦副摩擦系数稳定，制动盘表面无热斑及热裂纹出现，且无明显磨损现象，从而能够保证制动盘具有较长的使用寿命。该材料适合用于制造铁路机车车辆制动盘，能够很好地保证铁路机车车辆的营运安全。
具体实施例方式 本发明将通过以下实施例作进一步的说明。
实施例1-2 表1和表2所显示的是实施例1与实施例2提供的合金蠕墨铸铁的成分以及所制成的制动盘的机械性能。
表1、制动盘化学成分(wt.％) 表2 制动盘的机械性能参数 对实施例1和2制备的制动盘分别在1∶1制动动力台架上进行200km/h速度级的试验。
试验工况为车轮直径为840mm，制动盘直径为640mm，制动盘载荷为7.25t，闸片压力为48.0kN，紧急制动初速度为200km/h，试验瞬时摩擦系数见表3。
表3 1∶1摩擦试验瞬时摩擦系数 注μ1、μ2分别表示实施例1、实施例2的瞬时摩擦系数 表2表明，由实施例1和2提供的合金蠕墨铸铁材料制成的制动盘具有良好的导热性能、较高的抗拉强度以及较强的耐热裂性能和耐腐蚀性能；表3表明制动盘与所配对的摩擦副摩擦系数稳定，制动盘表面无热斑及热裂纹出现，且无明显磨损现象，从而能够保证制动盘具有较长的使用寿命。
综上所述，本发明提供的合金蠕墨铸铁具有较高机械力学性能、良好的导热性能、较强的耐热裂性能和耐腐蚀性能以及非常稳定的瞬时摩擦系数，由其制成的制动盘使用寿命长，能够满足铁路机车车辆平稳调速、平稳制动及运行舒适度和安全性要求。
权利要求
1.一种合金蠕墨铸铁材料，其特征是以重量百分比计，其化学组成为碳3.1-3.6％，硅2.1-2.85％，锰0.91-1.25％，镍1.05-1.45％，钼0.10-0.25％，钛0.10-0.20％，镁0.01-0.04％，磷＜0.05％，硫＜0.07％，余为铁。
全文摘要
一种合金蠕墨铸铁材料，其特征是以重量百分比计，其化学组成为碳3.1-3.6％，硅2.1-2.85％，锰0.91-1.25％，镍1.05-1.45％，钼0.10-0.25％，钛0.10-0.20％，镁0.01-0.04％，磷＜0.05％，硫＜0.07％，余为铁；本发明提供的合金蠕墨铸铁具有良好的导热性能、具有抗热裂、耐磨、耐腐蚀、耐低温、较高强度等良好的综合性能，1∶1制动动力台架实物试验表明制动盘与所配对的摩擦副摩擦系数稳定，制动盘表面无热斑及热裂纹出现，且无明显磨损现象，从而能够保证制动盘具有较长的使用寿命，该材料适合用于制造铁路机车车辆制动盘。
文档编号C22C37/10GK101818295SQ201010128379
公开日2010年9月1日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者胡万华 申请人:华东交通大学