專利名稱：釩鈦蠕墨鑄鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料冶金領(lǐng)域，涉及一種用于汽車制動(dòng)鼓的蠕墨鑄鐵。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)汽車制動(dòng)鼓的材質(zhì)主要有普通灰鑄鐵、合金灰鑄件二類?；诣T鐵 具有一定的硬度，但是灰鑄鐵制動(dòng)鼓的物理力學(xué)性能、機(jī)械強(qiáng)度、耐低溫性能及抗熱疲勞性 能在汽車實(shí)用過(guò)程中難以令人滿意，且在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)熱裂紋和磨損快的現(xiàn)象，造 成一定的安全隱患。由于通過(guò)加入合金元素可以得到高強(qiáng)度合金灰鑄鐵，目前，各國(guó)主要采 用低合金灰鑄鐵生產(chǎn)制動(dòng)鼓。如英美等國(guó)主要采用高C低合金V、Mo灰鑄鐵，俄羅斯等國(guó)主 要采用Cr、Ni、Mo合金灰鑄鐵，由于加入了 Ni、Mo等貴合金元素，使上述合金灰鑄鐵的生產(chǎn) 成本較高。因此，從運(yùn)營(yíng)成本及安全性角度出發(fā)，開(kāi)發(fā)具有機(jī)械強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性能好，抗熱疲 勞性能優(yōu)良、不易出現(xiàn)熱裂紋、耐低溫等綜合性能優(yōu)良的新型材料來(lái)代替灰鑄鐵材料具有 重要的工程應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種釩鈦蠕墨鑄鐵，是一種用于汽車制動(dòng)鼓的蠕墨鑄鐵， 該蠕墨鑄鐵的機(jī)械性能、熱疲勞性能和耐磨性能比灰鑄鐵高，導(dǎo)熱率減震性又優(yōu)于球鐵，且 蠕墨鑄鐵的比重比灰鑄鐵小。因此，根據(jù)本發(fā)明的蠕墨鑄鐵生產(chǎn)制動(dòng)鼓既保持了灰鑄鐵之 長(zhǎng)，又彌補(bǔ)了灰鑄鐵之不足，因而可以提高制動(dòng)鼓的使用壽命，增加制動(dòng)的平穩(wěn)性和可靠 性，減輕鑄件的自重。本發(fā)明可直接利用釩鈦磁鐵礦熔煉后的高溫鐵水(1320°C 1350°C ) 經(jīng)電爐調(diào)整成分獲得釩鈦蠕墨鑄鐵，避免了二次熔煉過(guò)程，節(jié)約了能源。而且，本發(fā)明利用 富含V、Ti元素的原料，實(shí)現(xiàn)了在不加入其它合金元素的條件下，使釩鈦蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度、 耐磨性能和抗熱疲勞性能都優(yōu)于加入Ni、Mo合金元素的合金灰鑄鐵和釩鈦灰鑄鐵，大大降 低了成本。根據(jù)本發(fā)明的釩鈦蠕墨鑄鐵，按重量百分比計(jì)由如下成分組成3. 4 3. 9%的 碳、2. 1 2. 8%的硅、0. 5 0. 9%的錳、0. 10 0. 的釩、0. 10 0. 25%的鈦、0. 01 0. 035%的殘留鎂、0. 02 0. 045%的殘留稀土、不超過(guò)0. 1 %的磷、不超過(guò)0. 07%的硫，余 量為鐵；其中，在釩鈦蠕墨鑄鐵中珠光體的含量為> 50%，蠕化率> 60%。根據(jù)本發(fā)明的釩鈦蠕墨鑄鐵，其中，所述碳當(dāng)量CE為4. 3 4.8%，其中CE = C+l/3(Si+P)。根據(jù)本發(fā)明的釩鈦蠕墨鑄鐵，其中，所述蠕墨鑄鐵可用于制備汽車的制動(dòng)鼓、汽車 制動(dòng)盤、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋、排氣歧管中的任意一種。


通過(guò)下面結(jié)合示例性地示出一例的附圖進(jìn)行描述，本發(fā)明的上述和其他目的和特點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中圖Ia為根據(jù)本發(fā)明的釩鈦蠕墨鑄鐵中石墨形態(tài)是90%蠕蟲(chóng)狀石墨和10%球狀石 墨的金相組織圖；圖Ib根據(jù)本發(fā)明的釩鈦蠕墨鑄鐵中基體組織為70%珠光體的金相組織圖；圖2為現(xiàn)有的釩鈦灰鑄鐵的金相組織圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用富含V、Ti元素的原料，實(shí)現(xiàn)了在不加入其它合金元素的條件下，使釩 鈦蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度、耐磨性能和抗熱疲勞性能都優(yōu)于加入Ni、Mo合金元素的合金灰鑄鐵和 釩鈦灰鑄鐵，大大降低了成本。一般鑄鐵中碳的存在形式為片狀石墨、蠕蟲(chóng)狀石墨、球狀石墨和碳化物，含有反 球化元素鈦和含硫量高的釩鈦生鐵或鐵水無(wú)法生產(chǎn)球墨鑄鐵，只能生產(chǎn)釩鈦灰鑄鐵和釩鈦 蠕墨鑄鐵。石墨在鑄鐵組織中存在的形態(tài)不同，其性能有很大的差異，釩鈦灰鑄鐵的抗拉強(qiáng) 度一般小于300MPa，延伸率小于1 %，而釩鈦蠕墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度大于350Mpa，延伸率大于1%。本發(fā)明提供了一種釩鈦蠕墨鑄鐵，其組分按重量百分比計(jì)由如下成分組成 3. 4 3. 9% 的碳、2. 1 2. 8% 的硅、0.5 0.9% 的錳、0. 10 0. 35% 的釩、0. 10 0. 25% 的鈦、0. 01 0. 035%的殘留鎂、0. 02 0. 045 %的殘留稀土、不超過(guò)0. 1 %的磷、不超過(guò) 0. 07%的硫，余量為鐵；其中，在釩鈦蠕墨鑄鐵中珠光體的含量為> 50%，蠕化率> 60%。下面，首先說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的釩鈦蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分限定在上述范圍內(nèi)的原 因。本發(fā)明釩鈦蠕墨鑄鐵中的C和Si都是促進(jìn)石墨化的元素。C、Si含量越高，蠕墨 鑄鐵中石墨化過(guò)程越容易進(jìn)行，蠕墨鑄鐵組織中石墨數(shù)量就多。對(duì)于生產(chǎn)耐熱耐磨性要求 較高的制動(dòng)鼓，組織中要求有一定數(shù)量的石墨，即要求較高碳當(dāng)量CE，CE = C+l/3(Si+P)。 適當(dāng)?shù)奶籍?dāng)量有助于減小白口傾向，但碳當(dāng)量CE過(guò)高會(huì)導(dǎo)致石墨多而粗大，基體組織中的 珠光體數(shù)量不足，鐵素體含量增加，使力學(xué)性能(強(qiáng)度和硬度)降低，因此本發(fā)明所述蠕墨 鑄鐵的碳當(dāng)量CE :4. 3 4. 8%。在本發(fā)明中，碳的含量控制在3. 4 3. 9%的范圍內(nèi)，碳含 量在該范圍內(nèi)鐵水流動(dòng)性好，易補(bǔ)縮，收縮小，可獲得優(yōu)良的鑄造性能。硅含量對(duì)基體影響 十分顯著，主要用來(lái)防止白口，控制基體中珠光體含量。隨著硅量增加，基體中珠光體量逐 漸減少，鐵素體量逐漸增加。為了獲得較高的性能要求，且得到珠光體基體的蠕墨鑄鐵，可 以適當(dāng)減少硅量。本發(fā)明將硅的最終含量控制在2.1 2.8%。終硅量低于2. 時(shí)，基體 中珠光體含量過(guò)多，硬度過(guò)高，影響鑄態(tài)制動(dòng)鼓機(jī)加工性能。終硅量高于2. 8%時(shí)，基體中珠 光體過(guò)少，強(qiáng)度、硬度達(dá)不到要求。錳在蠕墨鑄鐵中起穩(wěn)定珠光體的作用，在常規(guī)含量?jī)?nèi)對(duì)石墨蠕化無(wú)影響。為了使 釩鈦蠕墨鑄鐵基體中珠光體含量在50%以上，本發(fā)明控制錳含量為0. 5 0. 9%。若錳含 量小于0. 5%，則易獲得鐵素體基體的釩鈦蠕墨鑄鐵，由于基體中珠光體含量少，強(qiáng)度和硬 度達(dá)不到要求。但若錳含量大于0. 9%，則釩鈦蠕墨鑄鐵基體中的珠光體量較高，使其強(qiáng)度 和硬度值過(guò)高，加工困難，且塑性差，降低了熱疲勞性能。硫和所有蠕化元素(主要包括鎂和稀土元素)都有很大親和力，蠕化元素加入鐵液中首先消耗于脫硫和脫氧，將鐵液中硫降至小于0. 03%，剩余蠕化元素才使石墨蠕化。原 鐵液含硫越多，消耗蠕化劑也越多。蠕化劑加入量越多，形成的硫化夾渣也越多，既不經(jīng)濟(jì)， 又危害材質(zhì)的性能，加速蠕化衰退。這是硫?qū)θ淠T鐵有害的方面。但是，硫在一定范圍內(nèi) 有擴(kuò)大蠕化劑加入量的作用，即在較寬的蠕化劑加入量范圍內(nèi)均可獲得蠕墨鑄鐵，這是硫 對(duì)蠕墨鑄鐵生產(chǎn)有利的一方面。因此，本發(fā)明控制硫含量為不超過(guò)0.07%。磷含量過(guò)高會(huì)形成較多磷共晶體，它降低沖擊韌度，提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，使鑄件易 出現(xiàn)縮松和冷裂。但一定量的磷所形成的磷共晶體彌散分布有助于提高硬度，提高耐磨性， 故對(duì)于耐磨件可適當(dāng)提高磷的含量。綜合考慮后本發(fā)明中磷含量控制在不超過(guò)0. 1%。本發(fā)明所用原料中含有0. 3%左右的V和0. 25%左右的Ti，這有效地細(xì)化、穩(wěn)定 珠光體，同時(shí)V和Ti與碳、氮有高的親和力而形成顯微硬度極高的硬化相釩鈦碳氮化合物， 提高強(qiáng)度、耐磨性能和耐熱疲勞性能。另外，v、Ti增加了白口傾向，屬于干擾元素即反球化 元素，可以適當(dāng)拓寬蠕化范圍，有利于蠕化處理，因此本發(fā)明中釩的含量為0. 10 0. 35%, 鈦的含量為0. 10 0. 25%。若釩鈦含量低于0. 10%，形成的碳氮化合物很少，起不到提高 強(qiáng)度和耐磨性的作用。當(dāng)釩鈦含量高于上限時(shí)，形成的釩鈦碳氮化合物過(guò)多，強(qiáng)度硬度值過(guò) 高，不易加工，且反球化作用過(guò)強(qiáng)，不利于蠕化處理。稀土和鎂元素對(duì)鐵液而言都是強(qiáng)烈的變質(zhì)元素。鎂是一種強(qiáng)烈的球化元素，在鐵 液中先讓鐵液脫硫，再讓石墨球化，殘留的鎂量過(guò)低只能生成片狀石墨，殘余鎂量過(guò)高則生 成球狀石墨，殘留的鎂量在0. 010 0. 013%的較窄濃度范圍才能得到蠕蟲(chóng)狀石墨，而鐵液 中含有干擾元素鈦時(shí)，殘留鎂量范圍加寬。稀土元素具有很強(qiáng)的中和干擾元素的能力，稀土 加入到鐵液中首先與硫等元素反應(yīng)，使鐵液凈化，鐵液凈化后殘留稀土對(duì)石墨起變質(zhì)作用， 單獨(dú)使用稀土處理鑄鐵溶液時(shí)稀土殘留量在0. 045 0. 075%即可得到蠕蟲(chóng)狀石墨，稀土 價(jià)格相對(duì)較高，一般采用稀土合金進(jìn)行蠕化處理，而采用稀土和鎂的合金進(jìn)行蠕化處理，稀 土和鎂在比較寬的配比范圍內(nèi)，都可以得到蠕蟲(chóng)狀石墨。因此本發(fā)明中殘余的鎂量控制在 0.01 0. 035%，稀土殘留量控制在0. 02 0. 045%的范圍內(nèi)。本發(fā)明將通過(guò)以下的實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。對(duì)比例1HT250灰鑄鐵的成分如表1所示。采用HT250灰鑄鐵制備得到的制動(dòng)鼓產(chǎn)品的性 能如表2所示，金相組織圖如圖2所示，可以看出灰鑄鐵中的石墨形態(tài)為片狀。對(duì)比例2合金灰鑄鐵的成分如表1所示。采用合金灰鑄鐵制備得到的制動(dòng)鼓產(chǎn)品的性能如 表2所示。對(duì)比例3釩鈦灰鑄鐵的成分如表1所示，采用釩鈦灰鑄鐵制備得到的制動(dòng)鼓產(chǎn)品的性能如 表2所示。實(shí)施例1參照?qǐng)DIa和圖lb，可以看出根據(jù)本發(fā)明的釩鈦蠕墨鑄鐵的石墨形態(tài)大部分為蠕 蟲(chóng)狀，圖1中a中釩鈦蠕墨鑄鐵的石墨形態(tài)為90%蠕蟲(chóng)狀石墨和10%球狀石墨，圖Ib中基 體組織為70%珠光體；根據(jù)本發(fā)明的釩鈦蠕墨鑄鐵的成分如表1所示，用本發(fā)明所述釩鈦 蠕墨鑄鐵制備得到制動(dòng)鼓產(chǎn)品性能如表2所示。
表1對(duì)比例1-3和實(shí)施例1中各種鑄鐵的成分
權(quán)利要求
1.一種釩鈦蠕墨鑄鐵，按重量百分比計(jì)由如下成分組成3. 4 3. 9%的碳、2. 1 2. 8% 的硅、0. 5 0. 9% 的錳、0. 10 0. 35% 的釩、0. 10 0. 25% 的鈦、0. 01 0. 035% 的 殘留鎂、0. 02 0. 045%的殘留稀土、不超過(guò)0. 的磷、不超過(guò)0. 07%的硫，余量為鐵；其 中，在釩鈦蠕墨鑄鐵中珠光體的含量為> 50%，蠕化率> 60%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦蠕墨鑄鐵，其特征在于碳當(dāng)量CE為4.3% 4. 8%，其 中，CE = C+l/3(Si+P)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦蠕墨鑄鐵，其特征在于所述蠕墨鑄鐵用于制備汽車的制 動(dòng)鼓、汽車制動(dòng)盤、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋和排氣歧管中的任意一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種釩鈦蠕墨鑄鐵。根據(jù)本發(fā)明的釩鈦蠕墨鑄鐵按重量百分比計(jì)由如下成分組成3.4～3.9％的碳、2.1～2.8％的硅、0.5～0.9％的錳、0.10～0.35％的釩、0.10～0.25％的鈦、0.01～0.035％的殘留鎂、0.02～0.045％的殘留稀土、不超過(guò)0.1％的磷、不超過(guò)0.07％的硫，余量為鐵；其中，在釩鈦蠕墨鑄鐵中珠光體的含量為＞50％，蠕化率＞60％。本發(fā)明所述釩鈦蠕墨鑄鐵是一種用于汽車制動(dòng)鼓的蠕墨鑄鐵，該蠕墨鑄鐵是利用釩鈦生鐵為原材料，在不單獨(dú)加入其它合金元素的情況下獲得的，其具有良好的機(jī)械性能、高溫抗熱疲勞性能、抗熱裂性、耐磨性和導(dǎo)熱性能，較小的壁厚敏感性和蠕化衰退性。
文檔編號(hào)C22C37/04GK102080177SQ20111000909
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者劉寧, 宋東波, 李華基, 薛寒松, 饒勁松, 馬昌恒 申請(qǐng)人:攀枝花市大西南實(shí)業(yè)有限公司, 重慶大學(xué)