本发明涉及合金钢材料
技术领域：
：，尤其涉及一种汽车制动盘用合金灰铸铁材料、汽车制动盘及其制备方法。
背景技术：
：：汽车制动盘在刹车过程中，承受着巨大的摩擦力和压力且处在冷热交替的状态下，容易变形开裂。灰铸铁由于其优良的耐磨性、导热性及减振性是制造汽车制动盘的理想材料。随着汽车性能的提高，对汽车制动盘的质量要求也越来越高，传统的非合金灰铸铁已经不能满足要求，急需开发出一种新型的合金灰铸铁来代替原有的材料。以一汽车制动盘直径400mm为例，其最小壁厚为8.6mm，铸件质量为14kg。根据美国汽车配件标准sae-j431，要求汽车制动盘金相组织中a+b型石墨总数大于等于85％，石墨长度级别为4～6，珠光体含量大于90％，铁素体含量小于10％，抗拉强度大于等于250mpa，本体硬度为hb207～255，成品组织中不得出现c型和e型石墨，汽车制动盘的化学成分如下表1所示。表1汽车制动盘的主要化学成分table1themainchemicalcompositionofbrakediscwb/％按照表1所示的化学成分，采用现有技术中熔炼工艺制成汽车制动盘，采用dns-100电子万能试验机对该汽车制动盘附铸试块进行拉伸试验，莱卡dmi－3000m倒置金相显微镜进行金相组织的观察，hbe－3000布氏硬度计测量铸件的硬度。测试结果请参照图1和图2，图1是现有技术中汽车制动盘未腐蚀的金相照片，图2是现有技术中汽车制动盘腐蚀后的金相照片。由图1可以看出，组织中大部分为a型石墨，并伴有粗大片状的c型石墨，由于铁液中的碳含量较高，而汽车制动盘在型腔内冷却速度较慢，初生石墨从铁液中析出后，所 受阻力较小，便会生长成较粗的片状c型石墨，由于石墨粗大，汽车制动盘的力学性能显著下降。图2中，颜色较深的组织为石墨，基体为珠光体，呈白色小条状和链状分布的为磷共晶，且在部分白色磷化铁上分布着奥氏体转变产物，同时在白色基体上出现空白区。链状分布的坚硬耐磨的磷共晶作为抗磨骨架可以显著提高汽车制动盘的耐磨性，延长其服役寿命。但是磷共晶是脆性相，大量的磷共晶会导致汽车制动盘的脆性增加，切削加工性能恶化。在不添加合金元素的情况下，汽车制动盘的组织为a+c型石墨，长度级别为1～2级，基体有较多的磷共晶。经力学性能检测，铸件抗拉强度为226.2mpa，基体硬度为hb208。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：随着汽车性能的提高，所需要的汽车制动盘的标准要求也越来越高，现有的汽车制动盘的已经不能满足要求。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是现有的汽车制动盘的不能满足高性能汽车的要求。为了解决上述问题，本发明提供了一汽车制动盘用合金灰铸铁材料，所述合金灰铸铁材料按质量百分比如下：c含量为3.5％～3.6％，mn含量为0.5％～0.6％，cr含量为0.25％～0.35％，cu含量为0.6％～0.8％，nb含量为0.4％～0.5％，si含量为1.8％～2.0％，p含量为≤0.2％，s含量为≤0.12％，其余的为铁。可选地，所述合金灰铸铁材料按质量百分比如下：c含量为3.5％～3.6％，mn含量为0.5％～0.6％，cr含量为0.25％，cu含量为0.7％，nb含量为0.5％，si含量为1.8％，p含量为≤0.2％，s含量为≤0.12％，其余的为铁。可选地，所述合金灰铸铁材料按质量百分比如下：c含量为3.5％～3.6％，mn含量为0.5％～0.6％，cr含量为0.35％，cu含量为0.6％，nb含量为0.5％，si含量为1.8％，p含量为≤0.2％，s含量为≤0.12％，其余的为铁。可选地，所述合金灰铸铁材料按质量百分比如下：c含量为3.5％～3.6％，mn含量为0.5％～0.6％，cr含量为0.35％，cu含量为0.8％，nb含量为0.4％，si含量为1.8％，p含量为≤0.2％，s含量为≤0.12％，其余的为铁。本发明另提供一种汽车刹车盘，其制作材料为如前所述的合金灰铸铁材料。本发明还提供了一种汽车制动盘的制备方法，包括：将铁原料按权利要求1至4中任一项的质量百分比装入坩埚炉膛中，然后送入中频感应熔炼炉中熔炼；待所述铁原料完全熔化后，按权利要求1至4中任一项的质量百分比加入c、mn、cr、cu、nb、si、p、s和孕育剂；出铁后，将铁水出炉进行浇注，浇注温度1400℃～1500℃。可选地，所述孕育剂为75sife。可选地，所述浇注温度为1450℃。可选地，出铁温度为1470℃～1570℃。可选地，所述出铁温度为1520℃。与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：通过添加合金元素可以改善高碳当量制动盘的石墨形态并使之细化，使得制动盘具有良好的热传导性和耐磨性等综合性能，从而符合高性能汽车所需要的高标准制动盘，解决了现有的汽车制动盘的不能满足高性能汽车的要求的问题。附图说明图1是现有技术中汽车制动盘未腐蚀的金相照片。图2是现有技术中汽车制动盘腐蚀后的金相照片。图3是本发明汽车制动盘未腐蚀的金相照片。图4是本发明汽车制动盘腐蚀后的金相照片。图5为本发明汽车制动盘的制备方法于一实施例中的流程示意图。具体实施方式在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。实施例一由于现有的制动盘碳、磷含量较高，金相组织中存在粗大的c型石墨和较多的磷共晶，导致其性能远远达不到要求，故需进行合金化设计。灰铸铁常添加的合金元素有铬、钒、钼、铌、铜等。铬是碳化物形成元素，在铁液凝固过程中有85％固溶于奥氏体，促进亚稳定系共晶反应的发生，细化珠光体，提高灰铸铁的强度。钒促进珠光体的形成并能使之细化，提高灰铸铁的强度和硬度，铸件在经过高温石墨化退火之后，会在铁素体中出现弥散分布的细微粒状析出物，强度和硬度反而提高。钼降低稳定系共晶转变温度，能细化共晶团，但钼会溶于渗碳体并与磷化物结合，使磷共晶量增加。铌与铁液中的碳形成稳定的碳化物，少量的铌会提高灰铸铁的强度和硬度，且铌能显著提高灰铸铁常温和高温磨损能力。铜有较弱的石墨化作用，固溶的铜原子累积于奥氏体和石墨界面附近，阻碍碳在奥氏体中扩散，有利于珠光体的细化。综合上述分析并考虑生产成本等因素，我们作了这样的选择：选定铬cr含量0.15％～0.35％，铜cu含量0.6％～0.8％，铌nb含量0.3％～0.5％的范围内进行正交试验(见表2和表3)，并利用jmatpro进行试样的抗拉强度、硬度 和热导率的模拟。表2正交试验因素水平table2thefactorsandlevelsoftheorthogonaltest表3正交试验设计表table3theorthogonaltestdesignwb/％表4试样的模拟结果table4thesimulationresultsofsamples从表4的模拟结果可以看出，当cr的添加量在0.25％以下时，试样的抗拉强度全部不符合要求。对于4～9号试样而言，cu的添加量在0.6％时，只有 7号试样的抗拉强度满足要求，cu的添加量在0.8％时，除9号试样外，其余试样均不满足要求。由此可知，铜的含量0.6％～0.8％，更进一步地，优选为0.7％～0.8％。nb的添加量在0.3％时，所有试样均不满足要求，nb的添加量在0.4％时，只有9号试样满足要求，nb的添加量在0.5％时，除3号试样外其余试样均满足要求。除试样1外，其余所有试样的布氏硬度均满足要求，且所有试样的100℃的热导率均在55～56之间，相差不大。考虑到软件的计算误差和生产成本，选取5、6、7、8、9号的化学成分进行生产验证。实际生产中，铸件的化学成分并不是一成不变的而是在一个范围内变动，所以在第一实施例中，所述合金灰铸铁材料按质量百分比如下：c含量为3.5％～3.6％，mn含量为0.5％～0.6％，cr含量为0.25％～0.35％，cu含量为0.6％～0.8％，nb含量为0.4％～0.5％，si含量为1.8％～2.0％，p含量为≤0.2％，s含量为≤0.12％，其余的为铁。按照1.1所述进行熔炼浇注，并对试样进行理化性能检测。试样的抗拉强度为252.43mpa，布氏硬度为hb209.37。图3是本发明汽车制动盘未腐蚀的金相照片，由图3可以看出，添加合金元素后，组织中的石墨呈a型石墨分布，且无粗大的c型石墨，石墨长度级别为4～6级，相较于原先的金相组织，添加合金元素不仅能消除高碳当量制动盘中粗大的c型石墨，而且能细化石墨，确保制动盘的组织合格。图4是本发明汽车制动盘腐蚀后的金相照片，由图4可以看出，组织中原先的链状磷共晶减少，使得基体的脆性降低。但是制动盘的摩擦性能却未降低，这是因为弥散于基体中的nbc颗粒充当了耐磨骨架，nbc颗粒很小，且呈非连续性存在，并不会破坏基体组织的连续性，也不会影响制动盘的切削加工性能。实施例二所述合金灰铸铁材料按质量百分比如下：c含量为3.5％～3.6％，mn含量为0.5％～0.6％，cr含量为0.25％，cu含量为0.7％，nb含量为0.5％，si含量为1.8％，p含量为≤0.2％，s含量为≤0.12％，其余的为铁。实施例三所述合金灰铸铁材料按质量百分比如下：c含量为3.5％～3.6％，mn含量为0.5％～0.6％，cr含量为0.35％，cu含量为0.6％，nb含量为0.5％，si含量为1.8％，p含量为≤0.2％，s含量为≤0.12％，其余的为铁。实施例四所述合金灰铸铁材料按质量百分比如下：c含量为3.5％～3.6％，mn含量为0.5％～0.6％，cr含量为0.35％，cu含量为0.8％，nb含量为0.4％，si含量为1.8％，p含量为≤0.2％，s含量为≤0.12％，其余的为铁。实施例五请参照图5，本发明还提供了一种汽车制动盘的制备方法，包括以下步骤：步骤s1，将铁原料按实施例一至四中任一项的质量百分比装入坩埚炉膛中，然后送入中频感应熔炼炉中熔炼；步骤s2，待所述铁原料完全熔化后，按实施例一至四中任一项的质量百分比加入c、mn、cr、cu、nb、si、p、s和孕育剂；步骤s3，出铁后，将铁水出炉进行浇注，浇注温度1400℃～1500℃。较佳地，在步骤s2中加入的所述孕育剂为75sife(75硅铁)。较佳地，在步骤s3中，所述浇注温度优选为1440℃～1460℃，更优为1450℃。进一步地，出铁温度为1470℃～1570℃，进一步地，出铁温度优选为1510℃～1530℃，更优为1520℃。与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：通过添加合金元素可以改善高碳当量制动盘的石墨形态并使之细化，使得制动盘具有良好的热传导性和耐磨性等综合性能，从而符合高性能汽车所需要的高标准制动盘，解决了现有的汽车制动盘的不能满足高性能汽车的要 求的问题。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。当前第1页12当前第1页12