专利名称：新型刹车毂材料的制作方法
技术领域：
本发明属于高寿命刹车毂材料。
刹车毂是汽车的关键保安件之一。传统的观念认为刹车毂的失效是磨损，因此，目前载重汽车的刹车毂都是采用珠光体基体灰铸铁铸造而成的。9吨以下载重车采用HT200(珠光体含量＞90％，石墨为A型。)来铸造；9吨以上重载车采用HT250(珠光体含量＞90％，石墨为A型(带有尖角的片状石墨)。)来铸造(目前还未选到合适材料)。但目前HT250的性能远远不能满足9吨以上重型载重车刹车毂的要求，存在的关键问题是HT250的抗冷热疲劳性能与强韧性差。9吨以上重型载重车刹车毂的失效主要是刹车毂表面早期出现冷热疲劳裂纹(龟裂)，然后裂纹扩展很快，导致开裂，失去刹车能力而失效。目前跑山路较多的9吨以上重型车当运行20000公里左右时，刹车毂就因疲劳裂纹开裂而失效(正常刹车毂的寿命应当100000公里以上。)，严重地威胁到人与车的安全，降低了产品质量和信誉及限制了重型载重车的发展。同时由于刹车毂的使用寿命低，造成很大的经济损失。发明者通过对大量重型载重车刹车毂失效机理的分析，发现磨损是失效的次要因素，主要失效形式是疲劳开裂。因此，通过改变刹车毂的基体组织与石墨形态，提高其抗冷热疲劳能力，防止因疲劳裂纹导致刹车毂开裂而失效，是提高9吨以上重型车使用寿命、产品质量和信誉及促进其发展的关键问题之一，这也是本发明创新之处。
本发明的目的是改变9吨以上重型车刹车毂失效原因主要为磨损的传统观念，通过改变铸铁刹车毂的化学成分，将现9吨重型载重车使用的铸铁刹车毂的珠光体基体与A型石墨改变为铁素体基体与球形或蠕虫状石墨来提高9吨以上重型载重车刹车毂的强韧性、抗冷热疲劳性能(减少表面热疲劳裂纹的萌生与减小已萌生的疲劳裂纹的扩展速率。)及使用寿命。
本发明的目的是这样实现的通过改变9吨以上重型载重车现使用铸铁刹车毂的化学成分，使现使用的铸铁刹车毂的珠光体基体与A型石墨改变为铁素体基体与球状石墨或蠕虫状石墨来提高车刹车毂的强韧性、抗冷热疲劳性及使用寿命。
本发明提高9吨以上重型载重车刹车毂材料的强韧性、抗冷热疲劳性及使用寿命的技术方案包括两个方面。第一方面是将珠光体基体改为铁素体基体，提高基体的韧性、稳定体与导热性，减少急冷急热过程中产生的热应力与相变应力，因铁素体的相变温度远远高于珠光体的相变温度，因此，在急冷急热过程中铁素体产生的相变应力小于球光体，同时铁素体的韧性也远远高于球光体的韧性；第二个方面是将A型石墨转变为球形石墨或蠕虫状石墨，因球形或蠕虫状石墨与A型石墨相比不易产生应力集中，对基体的割裂作用远远小于A型石墨。因此，铁素体基体球墨铸铁或铁素体基体蠕墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、韧性与塑性均远远高于HT250(珠光体量＞90％，石墨为A型。)。
在刹车的急冷急热过程中，铁素体基体球铁或蠕铁与HT250相比，相变应力与热应力小，同时铁素体基体有高的韧性，再加上石墨为球形或蠕虫状与A型石墨相比割裂基体差，使基体强韧性高，并不易作为裂纹源，导致裂纹不易萌生，同时铁素体基体球铁或蠕铁有高的强韧性与石墨形态为球形或蠕虫状不利裂纹的扩展，因此，即使一旦裂纹萌生也不易扩展。而具有珠光体基体与A型石墨的HT250的冷热疲劳裂纹易萌生，且一旦萌生，扩展速度很快，因A型石墨是带有尖角的片状，割裂基体严重，容易作为裂纹源，且珠光体的韧性与热稳定性均低于铁素体，因此，在反复、多次、交变的相变应力、热应力、机械应力的综合作用下，一旦片状石墨与片状石墨相连，即裂纹萌生，且按此方式裂纹扩展速率很快，很快导致基体开裂，刹车毂失效。
因此，本发明铁素体基体球铁或蠕铁刹车毂在刹车的急冷急冷热过程中具有很强的抵抗冷热疲劳裂纹萌生与扩展的能力，使其使用寿命得到大幅度的提高。
本发明铸态铁素体基体球墨铸铁刹车毂的化学成分(wt％):C:3.5～4.0；Si:2.4～3.0；Mn＜0.5；P＜0.06；S＜0.03；Mg:0.03～0.05；RE:0.02～0.04。性能σb＞400MPa,δ＞10％,HB＜180。金相组织铁素体量＞75％，球化率1～4级(国家标准)，碳化物量＜3％,磷共晶＜3％。
本发明铸态铁素体基体蠕墨铸铁刹车毂的化学成分(wt％):C:3.5～3.9；Si:2.4～3.0；Mn＜0.5；P＜0.06；S＜0.03；Mg:0.01～0.03；RE:0.04～0.07；Ti＜0.2。性能σb＞350MPa,δ＞2％,HB＜180。金相组织铁素体量＞75％，蠕化率＞55％，碳化物量＜3％，磷共晶＜3％。
本发明铸态铁素体球铁或蠕铁刹车彀与目前正在使用的HT200或HT250刹车毂相比，前者的抗拉强度、延伸率、抗冷热疲劳性能等大大优于后者，抗拉强度提高70％～100％以上，抗冷热疲劳性能成倍的提高，装车试验也很好地证实了上述实验结果。
本发明用铸态铁素体球墨铸铁和蠕墨铸铁铸造刹车毂，其成分、组织、性能与冷热疲劳性能由表1、2、3所列实施例给出。由表1、2、3看出，铸态铁素体球墨铸铁与蠕墨铸铁的σb(抗拉强度)、δ(延伸率)、抗热疲劳性能均优于HT250。
表1铁素体基体球铁成分、组织与性能
表2铸态铁素体基体蠕铁成分、组织与性能
表3冷热疲劳实验结果
在第一汽车集团公司汽车研究所跑车试验点-农安啤酒厂汽车运输队进行装车与跑车实验。
采用HT250(珠光体基体，石墨为A型。)铸造的刹车毂装在跑山路较多的9吨重型载重汽车上，运行20000公里左右时，就因疲劳裂纹裂透，刹车毂开裂，导致刹车毂失效。同一台车再装一套HT250铸造的刹车彀，结果与第一套一样，同样运行到20000公里左右时，因疲劳裂纹裂透，刹车毂开裂而失效。
本发明采用C:3.81；Si:2.72；Mn:0.42；P:0.051；S:0.022；Mg:0.041；RE:0.022(wt％)的铁素体基体球墨铸铁铸造了9吨重型载重车刹车毂。其金相组织铁素体量＞90％，球化率1级，碳化物量＜1％，磷共晶＜1％。；性能σb:460MPa,δ:16.1％,HB:166。该刹车毂装在同一台车上(跑山路较多的)，到申请发明专利时已运行30000公里左右，但拆下观察，还没发现出现表面龟裂，一切正常，又装车运行，预计寿命要比HT250大大提高。
本发明采用C:3.73；Si:2.83；Mn:0.45；P:0.052；S:0.021；Mg:0.013；RE:0.051；Ti:0.011(wt％)的铁素体基体蠕墨铸铁铸造了9吨重型载重车刹车毂。其金相组织铁素体量＞90％，蠕化率70％，碳化物量＜1％，磷共晶＜1％。；性能σb:380MPa,δ:3.5％,HB:168。该刹车毂装在另一台9吨重型载重汽车上，到申请发明专利时，已运行30000公里左右，没发现龟裂，一切正常。
权利要求
1．刹车毂材料，其特征在于a．采用铸态铁素体基体球墨铸铁，其化学成分(wt.％):C:3.5-4.0,Si:2.4-3.0,Mn:＜0.5,P:＜0.06,S:＜0.03,Mg:0.03-0.05,RE:0.02-0.04；b．采用铸态铁素体基体蠕墨铸铁，其化学成分(wt.％):C:3.5-3.9,Si:2.4-3.0,Mn:＜0.5,P:＜0.06,S:＜0.03,Mg:0.01-0.03,RE:0.04-0.07,Ti:＜0.2。
全文摘要
本发明涉及一种刹车毂材料,特别是9吨以上重型载重车使用的铸铁刹车毂材料。本发明改变了一直认为刹车毂失效的主要方式是磨损的传统观念,发现了其失效主要方式是冷热疲劳引起的开裂。因此,以铁素体基体球铁或蠕铁取代珠光体基体灰铸铁制造刹车毂,使其强韧性、抗冷热疲劳性及使用寿命等明显提高。
文档编号C22C37/04GK1232882SQ9910140
公开日1999年10月27日 申请日期1999年1月25日 优先权日1999年1月25日
发明者姜启川, 赵玉谦, 赵宇光, 刘长锁, 金胜灿, 张瑞卿, 王化平, 王金国, 关庆丰, 王树奇, 方建儒, 战松江 申请人:吉林工业大学