高碳制動盤機械性能的試驗研究

楊金煌

摘要：我司在批量生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn)，在符合工藝設定條件的情況下，制動盤的機械性能存在不合格、不穩(wěn)定的情況，因而采用了調(diào)整化學成分的方案，成功的穩(wěn)定了機械性能，有效保證了批量生產(chǎn)穩(wěn)定性。

關鍵詞：制動盤、機械性能、化學成分

1、前言

1.1 制動盤產(chǎn)品介紹

制動盤是我司近幾年開發(fā)的新產(chǎn)品，多應用于罐裝車輛，其在車軸中與蹄片相互摩擦從而起剎車作用，是車軸中的重要安全件。

此產(chǎn)品牌號為HT150，抗拉強度要求≥150Mpa，硬度要求150-210HBW5/750，石墨形態(tài)： A-型石墨含量≥80%，B型石墨含量≤15%，D+E型石墨含量≤5%，C型石墨不允許出現(xiàn)，石墨長度以3-4級為主，部分允許2級;鐵素體含量：≤5%;碳化物含量：≤1%;基體組織：應以細片狀珠光體為主、中等片狀珠光體和粗大片狀珠光體含量不應超過20%。不允許出現(xiàn)Nb（鈮）Ti（鈦）的混合組織。注：邊緣的不允許出現(xiàn)連續(xù)脫碳，且局部脫碳在邊緣的覆蓋面積不應超過整個檢查視場的30%，脫碳深度不超過0.3mm;整個鑄件不允許存在縮松，本體取樣檢驗，成品需經(jīng)過疲勞試驗;制動盤鑄件質(zhì)量為43kg，高度為180mm，外徑為430mm

1.2 產(chǎn)品性能不穩(wěn)定情況概述

調(diào)整化學成分前，其抗拉強度在130-190Mpa之間，硬度在150-190HB之間，主要體現(xiàn)為抗拉強度不合格，當抗拉強度低于150時，其硬度接近指標下限，總體來說，其呈強度下降、硬度也隨之下降的趨勢，如下表1

2、理論分析

由于灰鑄鐵中片狀石墨長且薄，表面平坦，端部尖銳，在承受載荷時尖銳部位易引起應力集中，成為灰鑄鐵破壞的起點，造成鑄件的強度和韌性的下降，石墨雖然是優(yōu)良的固體潤滑劑，能防止劇烈磨損，但其平坦的表面易造成石墨的脫落，同時尖銳端部產(chǎn)生裂紋擴展，反而引起磨損的加劇，所以由于片狀石墨的存在，使得為了繼續(xù)提高灰鑄鐵的強度、硬度等綜合性能變得極為困難。類似于我司研究開發(fā)的高碳制動盤，其對制動盤疲勞壽命要求高，這不僅意味著對制動盤的耐磨性要求高，而且還對制動盤的力學性能、金相組織、內(nèi)在缺陷等有極高的要求。

抗拉強度和硬度是制動盤綜合性能中最為重要的指標，其受化學成分、石墨形態(tài)、鋼基體組織狀態(tài)、內(nèi)部缺陷等眾多因素影響，比如碳當量過高;片狀石墨長短粗細不均勻;金相中含有過多磷共晶、碳化物或者其他氧化物夾雜;內(nèi)部有較多顯微縮松甚至是縮孔等都會顯著降低鑄件的抗拉強度，因此對鑄件進行金相分析是非常必要的。

金相圖片中顯示的片狀石墨長短粗細不均勻，腐蝕后的鐵素體含量約占視場5-10%，超出我們的接收標準，有較少的可接受的顯微縮松，金相組織受化學成分的影響大，因此對該鑄件進行成分分析，如下表2

從表2中可得出目前設置的碳當量相對較高，為4.27-4.53，對于灰鑄鐵而言，碳當量太高時石墨數(shù)量增加且石墨粗大，加深其對基體的割裂作用，另外硅含量偏高導致鐵素體增加，從而降低了制動盤的抗拉強度和硬度;因此，筆者認為碳當量太高是降低制動盤的抗拉強度的主要原因。

3、改進方案

適當?shù)卣{(diào)整碳當量，如下表3

改進后，碳當量區(qū)間值為4.18-4.28，并且為了穩(wěn)定過程質(zhì)量，適當縮短了控制區(qū)間。

4、試驗分析

按照改進方案進行試制，只調(diào)整碳硅值，分別生產(chǎn)4種成分的產(chǎn)品進行檢驗驗證，碳硅值與性能如下表4

按以往生產(chǎn)經(jīng)驗，由于其余元素波動變化不大，因此忽略其余元素，僅顯示碳硅值以便對比判斷，可以看出碳硅值在范圍內(nèi)，其抗拉強度及硬度有較大提升，并且碳含量越低時，制動盤的強度、硬度越高;抽樣進行金相分析，發(fā)現(xiàn)石墨均勻、鐵素體占比相對較少，這些是強度硬度提升的具體表現(xiàn)。因此，我們認為適當降低碳當量能提升制動盤的綜合性能。

5.結(jié)論

1、制動盤中片狀石墨粗大容易加劇其割裂基體組織的程度，進而導致強度硬度的下降;同理，鐵素體作為軟韌相，不宜過多的存在于制動盤中，以免降低力學性能;

2、降低碳硅含量能有效提升制動盤的強度硬度，偏高的碳當量容易導致石墨粗大，催生鐵素體等降低灰鑄鐵力學性能的不良組織，在生產(chǎn)中應采取合適的碳當量，才能生產(chǎn)出綜合力學性能良好的制動盤。

參考文獻

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