一种抗高热疲劳的商用车制动盘的材料及制备方法与流程

1.本发明涉及汽车技术领域，具体的说是一种抗高热疲劳的商用车制动盘的材料及制备方法。


背景技术：

2.制动盘在中重型卡车上的应用越来越得到国家的重视，其具有良好的制动稳定性，行业经过大量试验数据发现，盘式制动器与鼓式制动器对比，在重型卡车和挂车上盘式制动器的制动距离比鼓式制动器缩短30％左右。国家交通部法规gb 7258明确要求，2019年9月1日起，最高车速大于90km/小时，吨位大于12吨牵引车按照盘式制动器。但盘式制动器的制动盘在高热负荷下的使用寿命比较低，目前行业内通常采用铜、锡、铬等常规合金化工艺方法进行生产，这种制动盘抗疲劳性差，制动系统寿命低。现有的熔炼工艺采用铜、锡、铬等常规合金化工艺，虽然产品抗拉强度、硬度满足要求，但耐热疲劳寿命始终达不到要求。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种抗高热疲劳的商用车制动盘的材料及制备方法，能提升制动盘耐热疲劳寿命的效果，解决了现有盘式制动器的制动盘在高热负荷下的使用寿命比较低的问题。
4.本发明技术方案结合附图说明如下：
5.一种抗高热疲劳的商用车制动盘的材料，所述材料的原料组成及其重量百分比含量为：废钢61-78％、回炉料17-33％、钼铁合金0.25-0.7％、碳化硅1.4-2.0％、增碳剂1.7-2.5％、铜0.24-0.5％、锰铁0.10-0.25％、铬铁0.17-0.45％、硫铁0.15-0.2％。
6.一种抗高热疲劳的商用车制动盘的材料的制备方法，包括以下步骤：
7.步骤一、配料；
8.步骤二、加料熔化；
9.步骤三、熔炼铁水成分；
10.步骤四、出炉孕育处理；
11.步骤五、浇注。
12.步骤一配料具体方法如下：
13.按照重量称取如下原材料配比：废钢61-78％、回炉料17-33％、钼铁合金0.25-0.70％、碳化硅1.4-2.0％、增碳剂1.7-2.5％、铜0.24-0.5％、锰铁0.10-0.25％、铬铁0.17-0.45％、硫铁0.15-0.2％。
14.步骤二加料熔化的具体方法如下：
15.21)将20％的废钢加入中频炉中熔炼；
16.22)将增碳剂1.7-2.5％、碳化硅1.4-2.0％、锰铁0.1-0.25％、铬铁0.17-0.45％加入中频炉中熔炼；
17.23)将41-58％吨的废钢加入中频炉中熔炼；
18.24)将回炉料17-33％加入中频炉中熔炼；
19.25)将硫铁0.15-0.2％、铜0.24-0.5％、钼铁0.25-0.70％合金加入中频炉中熔炼；
20.26)将原材料加入完毕直至完全融化为铁水；
21.27)静置保温后升高出炉温度。
22.步骤21)-步骤26)的熔炼功率为：6000-8000kw。
23.步骤27)，熔炼温度逐步升高达到1450-1500℃时，熔炼功率转换为保温功率，静置保温10-15分钟，再次调整温度至出炉温度1480-1500℃。
24.采用碳硅热分析仪和直读光谱仪检测的步骤三熔炼铁水成分如下，铁水成分：碳c 3.35-3.50％、硅si 1.50-1.60％、锰mn 0.60-0.65％、磷p＜0.03％，硫s 0.08-0.12％，铬cr0.25-0.30％，铜cu 0.40-0.50％，钼mo 0.33-0.38％，余量为铁fe和杂质。
25.所述步骤四的具体方法如下：
26.41)在铁水运输包中，预先加入0.30-0.45％铁水重量的75硅铁孕育剂、0.5％的变质剂、0.06％锡；
27.42)再将步骤三制备的铁水倒入铁水运输包中，出水重量为1100
±
30kg；
28.43)铁水转运至浇注包处扒渣，扒渣后再将转运包铁水倒入浇注包；
29.步骤43)，孕育后浇注包铁水通过直读光谱仪检测：si1.70-1.95％、sn0.05-0.07％、n:0.01-0.018％。
30.所述步骤五的具体方法如下：
31.将孕育处理后的铁水浇注至制动盘的型腔中，浇注温度为1370-1430℃，且在浇注过程中进行随流孕育，采用硅锶锆随流孕育剂，孕育量为10
±
2g/s，浇注冷却后用于加工成抗高热疲劳制动盘。
32.本发明的有益效果为：
33.本发明包括熔炼、孕育、浇注三个过程，在熔炼及孕育处理过程中，控制铁水中若干种元素的含量，可达到提升制动盘耐热疲劳寿命的效果。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
35.图1为采用实施例一的原材料制备的制动盘进行台架试验的检测结果通知单示意图；
36.图2为采用实施例二的原材料制备的制动盘进行台架试验的检测结果通知单示意图；
37.图3为采用实施例三的原材料制备的制动盘进行台架试验的检测结果通知单示意图。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描
述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
39.一种抗高热疲劳的商用车制动盘的材料，所述材料的原料组成及其重量百分比含量为：废钢61-78％、回炉料17-33％、钼铁合金0.25-0.7％、碳化硅1.4-2.0％、增碳剂1.7-2.5％、铜0.24-0.5％、锰铁0.10-0.25％、铬铁0.17-0.45％、硫铁0.15-0.2％。
40.实施例一
41.取废钢61％、回炉料33％、钼铁合金0.25％、碳化硅1.4％、增碳剂1.7％、铜0.24％、锰铁0.10％、铬铁0.17％、硫铁0.15％的原材料。
42.一种抗高热疲劳的商用车制动盘的材料的制备方法，包括以下步骤：
43.步骤一、配料；
44.按照重量称取如下原材料配比：废钢61％、回炉料33％、钼铁合金0.25％、碳化硅1.4％、增碳剂1.7％、铜0.24％、锰铁0.10％、铬铁0.17％、硫铁0.15％的原材料。
45.步骤二、加料熔化；
46.加料熔化的具体方法如下：
47.21)将20％的废钢加入中频炉中熔炼；
48.22)将增碳剂1.7％、碳化硅1.4％、锰铁0.10％、铬铁0.17％加入中频炉中熔炼；
49.23)将41％吨的废钢加入中频炉中熔炼；
50.24)将回炉料33％加入中频炉中熔炼；
51.25)将硫铁0.15％、铜0.24％、钼铁合金0.25％加入中频炉中熔炼；
52.26)将原材料加入完毕直至完全融化为铁水；
53.27)静置保温后升高出炉温度。
54.其中，步骤21)-步骤26)的熔炼功率为6000kw。
55.步骤27)，熔炼温度逐步升高达到1450℃时，熔炼功率转换为保温功率，静置保温10分钟，再次调整温度至出炉温度1480℃。
56.步骤三、检测熔炼铁水的成分；
57.采用碳硅热分析仪和直读光谱仪检测的步骤三熔炼铁水成分如下，铁水成分：碳c 3.35-3.50％、硅si 1.50-1.60％、锰mn 0.60-0.65％、磷p＜0.03％，硫s 0.08-0.12％，铬cr0.25-0.30％，铜cu 0.40-0.50％，钼mo 0.33-0.38％，余量为铁fe和不可避免的杂质。
58.步骤四、出炉孕育处理；
59.41)在铁水运输包中，预先加入0.30-0.45％铁水重量的75硅铁孕育剂、0.5％的变质剂、0.06％锡；
60.42)再将步骤三制备的铁水倒入铁水运输包中，出水重量为1100
±
30kg；
61.43)铁水转运至浇注包处扒渣，扒渣后再将转运包铁水倒入浇注包；
62.步骤43)，孕育后浇注包铁水通过直读光谱仪检测：si1.70-1.95％、sn0.05-0.07％、n:0.01-0.018％。
63.步骤五、浇注。
64.将孕育处理后的铁水浇注至制动盘的型腔中，浇注温度为1430℃，且在浇注过程中进行随流孕育，采用硅锶锆随流孕育剂，孕育量为10g/s，浇注冷却后用于加工成抗高热疲劳制动盘标记为零件号：3501871-692，样品编号为1#。
65.将实施例一采用的原材料制备的制动盘进行台架试验，检测结果通知单图图1所示，结论为合格。
66.实施例二
67.取废钢78％、回炉料17％、钼铁合金0.7％、碳化硅2.0％、增碳剂2.5％、铜0.5％、锰铁0.25％、铬铁0.45％、硫铁0.20％的原材料。
68.一种抗高热疲劳的商用车制动盘的材料的制备方法，包括以下步骤：
69.步骤一、配料；
70.按照重量称取如下原材料配比：废钢78％、回炉料17％、钼铁合金0.7％、碳化硅2.0％、增碳剂2.5％、铜0.5％、锰铁0.25％、铬铁0.45％、硫铁0.20％。
71.步骤二、加料熔化；
72.加料熔化的具体方法如下：
73.21)将20％的废钢加入中频炉中熔炼；
74.22)将增碳剂2.5％、碳化硅2.0％、锰铁0.25％、铬铁0.45％加入中频炉中熔炼；
75.23)将58％吨的废钢加入中频炉中熔炼；
76.24)将回炉料17％加入中频炉中熔炼；
77.25)将硫铁0.20％、铜0.5％、钼铁合金0.7％加入中频炉中熔炼；
78.26)将原材料加入完毕直至完全融化为铁水；
79.27)静置保温后升高出炉温度。
80.其中，步骤21)-步骤26)的熔炼功率为8000kw。
81.步骤27)，熔炼温度逐步升高达到1480℃时，熔炼功率转换为保温功率，静置保温13分钟，再次调整温度至出炉温度1500℃。
82.步骤三、检测熔炼铁水的成分；
83.采用碳硅热分析仪和直读光谱仪检测的步骤三熔炼铁水成分如下，铁水成分：碳c 3.35-3.50％、硅si 1.50-1.60％、锰mn 0.60-0.65％、磷p＜0.03％，硫s 0.08-0.12％，铬cr0.25-0.30％，铜cu 0.40-0.50％，钼mo 0.33-0.38％，余量为铁fe和不可避免的杂质。
84.步骤四、出炉孕育处理；
85.41)在铁水运输包中，预先加入0.30-0.45％铁水重量的75硅铁孕育剂、0.5％的变质剂、0.06％锡；
86.42)再将步骤三制备的铁水倒入铁水运输包中，出水重量为1100
±
30kg；
87.43)铁水转运至浇注包处扒渣，扒渣后再将转运包铁水倒入浇注包；
88.步骤43)，孕育后浇注包铁水通过直读光谱仪检测：si1.70-1.95％、sn0.05-0.07％、n:0.01-0.018％。
89.步骤五、浇注。
90.将孕育处理后的铁水浇注至制动盘的型腔中，浇注温度为1370℃，且在浇注过程中进行随流孕育，采用硅锶锆随流孕育剂，孕育量为12g/s，浇注冷却后用于加工成抗高热疲劳制动盘标记为零件号：3501871-692，样品编号为2#。
91.将实施例二采用的原材料制备的制动盘进行台架试验，检测结果通知单图图2所示，结论为合格。
92.实施例三
93.取废钢70％、回炉料25％、钼铁合金0.6％、碳化硅1.7％、增碳剂2.2％、铜0.4％、锰铁0.15％、铬铁0.3％、硫铁0.18％的原材料。
94.一种抗高热疲劳的商用车制动盘的材料的制备方法，包括以下步骤：
95.步骤一、配料；
96.按照重量称取如下原材料配比：废钢70％、回炉料25％、钼铁合金0.6％、碳化硅1.7％、增碳剂2.2％、铜0.4％、锰铁0.15％、铬铁0.3％、硫铁0.18％。
97.步骤二、加料熔化；
98.加料熔化的具体方法如下：
99.21)将20％的废钢加入中频炉中熔炼；
100.22)将增碳剂2.2％、碳化硅1.7％、锰铁0.15％、铬铁0.3％加入中频炉中熔炼；
101.23)将50％吨的废钢加入中频炉中熔炼；
102.24)将回炉料25％加入中频炉中熔炼；
103.25)将硫铁0.18％、铜0.4％、钼铁合金0.6％加入中频炉中熔炼；
104.26)将原材料加入完毕直至完全融化为铁水；
105.27)静置保温后升高出炉温度。
106.其中，步骤21)-步骤26)的熔炼功率为7000kw。
107.步骤27)，熔炼温度逐步升高达到1460℃时，熔炼功率转换为保温功率，静置保温15分钟，再次调整温度至出炉温度1490℃。
108.步骤三、检测熔炼铁水的成分；
109.采用碳硅热分析仪和直读光谱仪检测的步骤三熔炼铁水成分如下，铁水成分：碳c 3.35-3.50％、硅si 1.50-1.60％、锰mn 0.60-0.65％、磷p＜0.03％，硫s 0.08-0.12％，铬cr0.25-0.30％，铜cu 0.40-0.50％，钼mo 0.33-0.38％。
110.步骤四、出炉孕育处理；
111.41)在铁水运输包中，预先加入0.30-0.45％铁水重量的75硅铁孕育剂、0.5％的变质剂、0.06％锡；
112.42)再将步骤三制备的铁水倒入铁水运输包中，出水重量为1100
±
30kg；
113.43)铁水转运至浇注包处扒渣，扒渣后再将转运包铁水倒入浇注包；
114.步骤43)，孕育后浇注包铁水通过直读光谱仪检测：si1.70-1.95％、sn0.05-0.07％、n:0.01-0.018％。
115.步骤五、浇注。
116.将孕育处理后的铁水浇注至制动盘的型腔中，浇注温度为1430℃，且在浇注过程中进行随流孕育，采用硅锶锆随流孕育剂，孕育量为8g/s，浇注冷却后用于加工成抗高热疲劳制动盘标记为零件号：3501871-692，样品编号为3#。
117.将实施例三采用的原材料制备的制动盘进行台架试验，检测结果通知单图图3所示，结论为合格。
118.对比例
119.原生产工艺在中频炉熔化配料中加入：61-78％废钢,17-33％回炉料，电解铜0.24-0.60％，其他为碳化硅、增碳剂、锰铁、铬铁、硫铁。
120.铁水部分成分为：
121.c％si％mn％p％s％cr％cu％sn％3.401.850.600.0150.0850.320.590.060
122.加入0.30-0.45％铁水重量的75硅铁孕育剂、0.06％铁水重量的锡粒。出炉孕育处理后化学成分部分如下：
[0123][0124]
本发明为在中频炉配料熔化中加入：61-78％废钢,17-33％回炉料，电解铜0.24-0.50％，钼合金0.25-0.70％，其他为碳化硅、增碳剂、电解铜、锰铁、高碳铬铁、硫铁。
[0125]
中频炉熔化后化学成分数据：
[0126][0127][0128]
出炉孕育处理：加入0.30-0.45％铁水重量的75硅铁孕育剂、0.5％铁水重量的变质剂、0.06％铁水重量的锡粒。出炉孕育处理后化学成分
[0129]
[0130]
综上，利用本制备方法制备的制动盘本体机械性能检测数据如下：
[0131][0132][0133]
综上，利用本发明制备的抗高热疲劳的商用车制动盘均符合要求。
[0134]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行
了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。