蠕墨鑄鐵制動盤鑄造缺陷分析及對策

潘安霞

PAN An-xia

（常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，常州 213164）

0 引言

高速旅客列車基礎(chǔ)制動均采用盤形制動。我國盤形制動裝置研究和應(yīng)用已經(jīng)有了較大的發(fā)展。目前所有的提速客車和準(zhǔn)高速客車及雙層客車都安裝了盤形制動裝置。制動盤是盤形制動裝置中最重要的部件，它必須通過與閘片的摩擦將巨大的列車動能轉(zhuǎn)化為摩擦熱能，并將熱量散逸到周圍環(huán)境中。它的結(jié)構(gòu)既要求有良好的摩擦性能，又要求有良好的抗熱裂性能，還要求有良好的通風(fēng)散熱性能。

蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)70年代投入工業(yè)應(yīng)用的一種新型鑄鐵材料，其最大的性能優(yōu)勢在于它具有非常優(yōu)良的熱疲勞性能，蠕鐵同灰鐵相比，抗拉強度提高至少70%，彈性模量提高35%，而疲勞強度提高近一倍。蠕鐵同球鐵相比，導(dǎo)熱性、熱疲勞性能和鑄造性能大大提高。同鋁合金相比，蠕鐵的強度和剛性要高出一倍，而疲勞強度要高出二倍。從不同石墨形態(tài)鑄鐵的摩擦磨損性能試驗結(jié)果可以得出：蠕墨鑄鐵的磨損率低和摩擦系數(shù)高，而且在速度與接觸壓力變化時其摩擦磨損性能變化率最小，因此蠕墨鑄鐵具有優(yōu)良的摩擦磨損性能，是制造制動盤的比較理想的材料。

目前，國內(nèi)采用的制動盤材質(zhì)為蠕墨鑄鐵，但是我們在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)制動盤合格率低，報廢率過高，因此我們對制動盤的報廢率低的原因進行分析和排查，對造成縮孔縮松的原因進行排查，并且對主要的生產(chǎn)過程進行分析、改進并控制，使之穩(wěn)定在一定的水平上，提高制動盤合格率。

1 制動盤的化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)

1.1 化學(xué)成分

蠕墨鑄鐵制動盤化學(xué)成分如表1所示。

表1 蠕墨鑄鐵制動盤化學(xué)成分

1.2 結(jié)構(gòu)

制動盤的外徑為640mm，內(nèi)徑為360mm，摩擦面厚為20mm，總質(zhì)量為100kg，兩摩擦面之間有散熱筋相連，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)難度較大，制動盤的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 制動盤的主要鑄造缺陷

對7-12月份期間有鑄造缺陷的制動盤進行大量取樣，結(jié)果如表2所示。

由表2和圖2可以看出：縮孔縮松的鑄造缺陷是制動盤的主要缺陷，因此決定對縮孔縮松的鑄造缺陷造成的原因進行分析和確認，并且加以控制，使其報廢率降低，即可有效提高制動盤合格率和總成品率。

圖1 蠕墨鑄鐵盤體的結(jié)構(gòu)

表2 7-12月份期間制動盤報廢匯總統(tǒng)計

3 缺陷產(chǎn)生的原因確認

采用頭腦風(fēng)暴法對形成縮孔縮松的原因進行了分析，歸納出如下可能出現(xiàn)的原因：蠕化率的影響、生鐵的有害元素影響、蠕化工藝的影響、操作工人技能不夠、壓邊冒口量不符合工藝、澆注溫度、速度不符合工藝、型砂配比不符合工藝、固化劑加入量超過工藝范圍、砂型剛度低、砂箱剛度低、樹脂砂設(shè)備的影響和環(huán)境溫度對回用砂的影響。對不用的原因采取相應(yīng)的確認方法進行實驗和對比，如表3所示。

表3 原因確認

確認結(jié)果（如表4所示）：

表4 末端原因確認結(jié)果情況匯總

由表4可以看出，產(chǎn)生縮孔縮松的主要原因是：生鐵中的有害元素；蠕化工藝；固化劑的加入量。

圖2 制動盤鑄造缺陷情況排列圖

4 解決措施

4.1 固化劑加入量的控制

將超過工藝范圍的固化劑加入加入到型砂中，將會造成砂型的硬化速度加快，導(dǎo)致砂型的緊實度的均勻性差，降低砂型的強度和剛度，影響鑄件的自補縮能力。在澆注過程中，將鐵液注入型腔，鐵水在凝固時，由于砂型壁比較疏松，鐵液在冷凝時石墨化膨脹的自補縮能力將會變差，制動盤就容易產(chǎn)生縮孔縮松的鑄造缺陷缺陷，降低產(chǎn)品的合格率，并且砂型中的砂子容易掉落到鐵水中產(chǎn)生夾砂缺陷，影響制動盤的整體合格率。固化劑的加入量，應(yīng)嚴格按照工藝執(zhí)行。

4.2 生鐵中有害元素的影響

硫是反球化元素，同樣在蠕墨鑄鐵中它也是有害元素，它阻礙形成蠕蟲狀石墨。在正常生產(chǎn)時，加入蠕化變質(zhì)劑以后，只有當(dāng)鐵水含硫量降到0.020%以下，同時鐵水中又有一定的殘留變質(zhì)元素含量時，才能處理成功?；蛘邔⒘蛎摰胶艿?s＜0.002%)。在金屬型中快速冷卻也可以得到蠕墨鑄鐵．因此硫量也是生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的重要因素。含硫量的控制可以使得蠕化率高且穩(wěn)定，減小鑄件的收縮率，提高鑄件的致密程度，減少縮孔縮松的產(chǎn)生。

4.2.1 選擇含S量合適的生鐵

通過對采用不同生鐵生產(chǎn)的制動盤缺陷的結(jié)果進行比較，發(fā)現(xiàn)徐州生鐵和本溪生鐵生產(chǎn)的制動盤，不僅蠕化率比較穩(wěn)定，而且探傷合格率高。（詳見表4）。

表4 不同生鐵生產(chǎn)的制動盤廢品率統(tǒng)計

生鐵的含硫量的不同，對制動盤的蠕化結(jié)果有不同的影響，導(dǎo)致制動盤的鑄造缺陷會有所不同。通過理論研究分析及多次試驗，最終確定了生鐵的合適的含硫量（≤0.03%）。

4.2.2 進行生鐵和蠕化工藝合理搭配的工藝試驗

當(dāng)采用含硫量較低的生鐵時，我們在生產(chǎn)制動盤時即采取蠕化劑處理工藝措施，使得蠕化率高而穩(wěn)定，石墨體積變化小，鑄件收縮傾向小，較好地提高了鑄件的致密度。

當(dāng)含硫量超過0.03%時，我們在生產(chǎn)制動盤時采取球化劑的蠕化工藝進行生產(chǎn)，使得蠕化穩(wěn)定。

5 結(jié)論

通過控制固化劑的加入量、針對生鐵中的含S量的不同采取不同的蠕化工藝等對策對制動盤的加工工藝進行不斷改善，鑄件的成品率得到了提高，縮孔縮松的鑄造缺陷得到了較大的改善，產(chǎn)品的合格率得到了顯著的提高，其合格率率已由原來的75%提高到現(xiàn)有的88%。

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