本发明属于汽车制动材料领域，具体涉及一种蠕墨铸铁制动材料的制备方法，适用于将蠕墨铸铁制动材料的蠕化率稳定的控制在80％以上，提高材料的力学性能和耐磨性能。
背景技术：
根据制动鼓的使用条件，其材料必须具有足够的力学性能、耐磨性能和抗热疲劳性能。长期以来制动鼓的材质主要为灰铸铁，其力学性能较低，难以满足重型商用车的使用要求。蠕墨铸铁具有比灰铸铁更高的强度和韧性，又拥有较高的热导率和高摩擦系数，在制动鼓领域有广泛的应用前景。
传统的蠕墨铸铁材料通常铁素体含量较大，硬度偏低，耐磨性不足，在其冷热循环并长期制动过程中会影响其使用寿命，难以满足制动鼓耐磨需求。另外，蠕墨铸铁还存在着铸造生产难点，如专利公布号cn1928141a、专利公布日2007年3月14日的发明专利公开的一种抗热裂蠕墨铸铁制动材料及由其制备而成的蠕墨铸铁制动盘，其化学成分按重量百分比计为：c3.4％～3.6％、si2.35％～2.65％、mn1.4％～1.6％、s0％～0.02％，p0％～0.05％，该发明存在以下缺陷：
1、虽然其通过添加较高含量的mn元素提高了蠕墨铸铁的强度和硬度，但会使材料的塑形降低；
2、该发明采用re-mg-ti-ca蠕化剂，用冲入法进行铁液处理来控制蠕墨铸铁，由于蠕墨铸铁稳定区很小，该平台区还会根据生产条件的变化而不断变化，虽然该发明能够制备得到蠕化率达80％的蠕墨铸铁材料，但却难以稳定的控制其蠕化率保持在80％以上。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术中存在的难以将材料的蠕化率稳定的控制在80％以上的问题，提供一种能够将材料的蠕化率稳定的控制在80％以上的蠕墨铸铁制动材料的制备方法。
为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种蠕墨铸铁制动材料的制备方法，依次包括以下步骤：
蠕化前处理：先将熔炼得到的铁水置于蠕化处理包内进行烫包，再将蠕化剂倒入蠕化处理包的底部捣实，并依次用孕育剂、铁板进行覆盖压实，其中，所述铁水中s元素的质量百分比含量小于0.015％，所述蠕化剂为稀土镁钛蠕化剂，其原料组成及质量百分比含量为：re6％～12％、mg5％～10％、ti5％～10％、si40％～50％、ca<4％，余量为fe和不可避免杂质，所述蠕化剂、孕育剂、铁水的质量比为0.4％～0.7％:0.3％～0.5％:1；
蠕化处理：先将烫包后的铁水平均分成两份，再采用冲入法，向蠕化处理包内快速倒入一份铁水，使倒入的铁水迅速覆盖蠕化剂，然后将另一份铁水缓慢倒入蠕化处理包内，并在铁水表面加入覆盖剂后静置以完成蠕化；
浇注孕育处理：对蠕化后的铁水进行浇注，同时加入随流孕育剂进行随流孕育，得到蠕墨铸铁制动材料，其中，所述随流孕育剂与铁水的质量比为0.1％～0.2％:1。
所述蠕化前处理步骤中，烫包之前在蠕化处理包的底部加入sn和cu，其中，所述sn、cu、铁水的质量比为0.05％～0.1％:0.5％～0.7％:1。
所述蠕化前处理步骤中，孕育剂为75sife，铁水中活性氧的质量百分比含量小于0.01％；
所述蠕化处理步骤中，随流孕育剂为75sife。
所述蠕化处理步骤中，铁水蠕化后的出炉温度为1460～1550℃，静置时间为1～3min；
所述浇注孕育处理步骤中，浇注温度为1390～1430℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种蠕墨铸铁制动材料的制备方法一方面控制铁水中s元素的质量百分比含量小于0.015％，并设定蠕化剂的原料组成及质量百分比含量为：re6％～12％、mg5％～10％、ti5％～10％、si40％～50％、ca<4％，余量为fe和不可避免杂质，蠕化剂、孕育剂、铁水的质量比为0.4％～0.7％:0.3％～0.5％:1，通过控制s和ti的含量，不仅降低了re、mg等元素的消耗，将活性镁的含量范围由0.005％～0.015％扩展到0.005％～0.025％，使材料具有高于80％的蠕化率，保证材料的热导性能，而且有利于稳定控制材料的蠕化率，另一方面，该设计通过优化蠕化处理和浇注等工艺，保证得到质量稳定、蠕化率稳定的蠕墨铸铁制动材料。因此，本发明将蠕墨铸铁材料的蠕化率稳定的控制在80％以上。
2、本发明一种蠕墨铸铁制动材料的制备方法通过在烫包之前向蠕化处理包的底部加入与铁水的质量比分别为0.05％～0.1％、0.5％～0.7％的sn和cu，在较低的成本下使材料具有较高的珠光体含量，提高了材料的力学性能和耐磨性能。因此，本发明不仅提高了材料的力学性能和耐磨性能，而且成本较低。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
一种蠕墨铸铁制动材料的制备方法，依次包括以下步骤：
蠕化前处理：先将熔炼得到的铁水置于蠕化处理包内进行烫包，再将蠕化剂倒入蠕化处理包的底部捣实，并依次用孕育剂、铁板进行覆盖压实，其中，所述铁水中s元素的质量百分比含量小于0.015％，所述蠕化剂为稀土镁钛蠕化剂，其原料组成及质量百分比含量为：re6％～12％、mg5％～10％、ti5％～10％、si40％～50％、ca<4％，余量为fe和不可避免杂质，所述蠕化剂、孕育剂、铁水的质量比为0.4％～0.7％:0.3％～0.5％:1；
蠕化处理：先将烫包后的铁水平均分成两份，再采用冲入法，向蠕化处理包内快速倒入一份铁水，使倒入的铁水迅速覆盖蠕化剂，然后将另一份铁水缓慢倒入蠕化处理包内，并在铁水表面加入覆盖剂后静置以完成蠕化；
浇注孕育处理：对蠕化后的铁水进行浇注，同时加入随流孕育剂进行随流孕育，得到蠕墨铸铁制动材料，其中，所述随流孕育剂与铁水的质量比为0.1％～0.2％:1。
所述蠕化前处理步骤中，烫包之前在蠕化处理包的底部加入sn和cu，其中，所述sn、cu、铁水的质量比为0.05％～0.1％:0.5％～0.7％:1。
所述蠕化前处理步骤中，孕育剂为75sife，铁水中活性氧的质量百分比含量小于0.01％；
所述蠕化处理步骤中，随流孕育剂为75sife。
所述蠕化处理步骤中，铁水蠕化后的出炉温度为1460～1550℃，静置时间为1～3min；
所述浇注孕育处理步骤中，浇注温度为1390～1430℃。
本发明材料的原理说明如下：
本发明提供了一种能够稳定获得高蠕化率、高珠光体含量的蠕墨铸铁制动材料的制备方法，通过稳定的控制工艺，使制动鼓材料拥有稳定的较高的蠕化率和较高的珠光体含量(蠕化率>80％，珠光体含量>80％)，在较低的成本下提高了蠕墨铸铁制动材料的力学性能(抗拉强度>450mpa，硬度180～250hb)、耐磨性能和抗热疲劳性能，从而提高其使用寿命。
s：s和蠕化元素(主要为mg和re)有很大的亲和力，将蠕化元素加入铁水中首先会消耗于脱硫和脱氧，将铁水中s含量控制在小于0.015％的范围内，可实现在保证石墨蠕化所需的蠕化元素含量充足的同时可有效避免过多硫化夹渣的形成，既经济又能保证材料的性能，同时有利于稳定控制材料的蠕化率。
cu：cu在铸铁共晶凝固中促进石墨化，能减小白口化倾向。在共析过程中促进珠光体的形成，能减小断面敏感性。sn是促进珠光体形成的有效元素，能提高珠光体的热稳定性。锡不促进形成游离渗碳体，但易于在共晶团边界形成fesn2偏析化合物而引起脆性。
蠕化剂：本发明所述蠕化剂采用稀土镁钛合金。蠕化剂中的re含量为蠕化效果的一项重要衡量要素，在蠕墨铸铁的生产中适宜的re含量可提高蠕虫状石墨数并降低蠕化衰退，避免出现片状石墨。当re含量过高时，由于蠕墨铸铁本身具有较强的收缩性，会进一步加剧铸件的收缩倾向，因此本发明将蠕化剂中的re含量控制在6％～12％。同时，本发明将蠕化剂中mg的含量控制在5％～10％，使活性镁的含量范围达到0.005％～0.025％，通过均衡蠕化剂中mg和re的含量，可以带来最小的断面敏感性和较高的蠕化率。ti元素能够抑制石墨生长，属于干扰元素即反球化元素，适当的拓宽了蠕化范围，有利于蠕化处理，同时ti与c、n元素具有高的亲和力，形成的化合物具有很高硬度，在一定程度上提高零件的耐磨性能和强度，但ti具有明显的白口倾向，因此将其含量控制在5％～10％。
蠕化前处理：为了避免蠕化剂反应过早或过晚引起蠕化剂烧损或未反应形成蠕化不良，压包过程中优先加入蠕化剂，随后加入压包孕育剂和铁板，目的为了防止蠕化剂烧损和促进蠕化过程中石墨核心的形成，同时将孕育剂和铁板压实，避免过早反应，防止铁液浇入后将蠕化剂和孕育剂冲起至铁液表面，造成蠕化剂的损耗。
蠕化处理：该步骤将铁水平均分成两份依次加入，先快速倒入一份铁水使铁水迅速覆盖蠕化剂，一方面可减少蠕化剂的烧损，另一方面，蠕化处理过程中铁水翻腾，使铁水自行搅拌，可保证铁水蠕化均匀，同时防止蠕化处理时铁液较多而溢出；之后缓慢加入另一份铁水，使蠕化剂所占铁水比重控制在一定范围内，保证蠕化率稳定。
孕育剂：孕育剂的作用是消除球化元素mg和re引起的白口倾向，阻碍碳化物的形成，同时孕育剂还具有细化组织、改善性能和延缓蠕化衰退。本发明采用压包孕育+随流孕育的孕育工艺，为了消除结晶过冷倾向和增加石墨晶核，延缓蠕化衰退，将孕育剂的加入量控制在0.3％～0.5％，随流孕育剂的加入量控制在0.1％～0.2％。
实施例1：
一种蠕墨铸铁制动材料的制备方法，依次包括以下步骤：
蠕化前处理：先在蠕化处理包的底部加入sn和cu，然后将采用中频炉熔炼得到的铁水置于蠕化处理包内进行烫包，再将蠕化剂倒入蠕化处理包的底部捣实，并依次用孕育剂、铁板进行覆盖压实，其中，所述sn、cu、铁水的质量比为0.1％:0.6％:1，所述铁水中s元素的质量百分比含量为0.01％，铁水中活性氧的含量为0.0062％，所述蠕化剂为稀土镁钛蠕化剂，其原料组成及质量百分比含量为：re10％、mg8％、ti8％、si45％、ca3％，余量为fe和不可避免杂质，所述孕育剂为75sife，所述蠕化剂、孕育剂、铁水的质量比为0.6％:0.4％:1；
蠕化处理：先将烫包后的铁水平均分成两份，再采用冲入法，向蠕化处理包内快速倒入一份铁水，使倒入的铁水迅速覆盖蠕化剂，然后将另一份铁水缓慢倒入蠕化处理包内，并在铁水表面加入覆盖剂后静置2min以完成蠕化，其中，所述铁水蠕化后的出炉温度为1500℃；
浇注孕育处理：对蠕化后的铁水进行浇注，同时加入随流孕育剂进行随流孕育，得到蠕墨铸铁制动材料，其中，所述浇注温度为1410℃，所述随流孕育剂为75sife，其与铁水的质量比为0.1:1。
实施例2：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述蠕化前处理步骤中，sn、cu、铁水的质量比为0.07％:0.7％:1，蠕化剂的原料组成及其质量百分比含量为：re6％、mg5％、ti5％、si50％、ca3％，余量为fe和不可避免杂质，蠕化剂、孕育剂、铁水的质量比为0.7％:0.3％:1。
所述蠕化处理步骤中，静置时间为1min，铁水蠕化后的出炉温度为1550℃；
所述浇注孕育处理步骤中，浇注温度为1430℃，随流孕育剂与铁水的质量比为0.2:1。
实施例3：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述蠕化前处理步骤中，sn、cu、铁水的质量比为0.05％:0.5％:1，蠕化剂的原料组成及其质量百分比含量为：re12％、mg10％、ti10％、si40％、ca3.5％，余量为fe和不可避免杂质，蠕化剂、孕育剂、铁水的质量比为0.4％:0.5％:1。
所述蠕化处理步骤中，静置时间为3min，铁水蠕化后的出炉温度为1460℃；
所述浇注孕育处理步骤中，浇注温度为1390℃。
为检测本发明材料的各项性能，以本发明实施例材料、中蠕化率制动鼓以及灰铸铁制动材料为样品，进行热疲劳性能试验以及摩擦磨损性能试验。结果如下：
1、热疲劳性能试验
试验条件：喷水水压：0.1mpa；加热时间：60s；喷水时间：50s；最低温度：50℃；最高温度：600℃。
表1不同蠕化率的制动材料组织及热疲劳性能结果
以上结果表明，本发明蠕墨铸铁制动材料的热循环次数远高于中蠕化率蠕铁制动材料和灰铸铁制动材料，表现出了优异的抗热疲劳性能。
2、摩擦磨损性能试验
试验条件：参照dfmc—638-2003《重型车用无石棉制动器衬片》，摩擦片采用同一牌号的霍尼韦尔摩擦片，在相同试验条件下考察摩擦盘的摩擦磨损性能。
表2不同珠光体含量的制动材料摩擦磨损性能结果
磨损率：(1×10﹣8cm3/n.m)
由上述检测结果能够看出，本发明实施例2所述的高珠光体含量的蠕墨铸铁制动材料的耐磨损性能显著优于中珠光体制动材料，与珠光体含量为98％的灰铸铁制动材料相当。