高碳制动盘机械性能的试验研究

杨金煌

摘要：我司在批量生产时发现，在符合工艺设定条件的情况下，制动盘的机械性能存在不合格、不稳定的情况，因而采用了调整化学成分的方案，成功的稳定了机械性能，有效保证了批量生产稳定性。

关键词：制动盘、机械性能、化学成分

1、前言

1.1 制动盘产品介绍

制动盘是我司近几年开发的新产品，多应用于罐装车辆，其在车轴中与蹄片相互摩擦从而起刹车作用，是车轴中的重要安全件。

此产品牌号为HT150，抗拉强度要求≥150Mpa，硬度要求150-210HBW5/750，石墨形态： A-型石墨含量≥80%，B型石墨含量≤15%，D+E型石墨含量≤5%，C型石墨不允许出现，石墨长度以3-4级为主，部分允许2级;铁素体含量：≤5%;碳化物含量：≤1%;基体组织：应以细片状珠光体为主、中等片状珠光体和粗大片状珠光体含量不应超过20%。不允许出现Nb（铌）Ti（钛）的混合组织。注：边缘的不允许出现连续脱碳，且局部脱碳在边缘的覆盖面积不应超过整個检查视场的30%，脱碳深度不超过0.3mm;整个铸件不允许存在缩松，本体取样检验，成品需经过疲劳试验;制动盘铸件质量为43kg，高度为180mm，外径为430mm

1.2 产品性能不稳定情况概述

调整化学成分前，其抗拉强度在130-190Mpa之间，硬度在150-190HB之间，主要体现为抗拉强度不合格，当抗拉强度低于150时，其硬度接近指标下限，总体来说，其呈强度下降、硬度也随之下降的趋势，如下表1

2、理论分析

由于灰铸铁中片状石墨长且薄，表面平坦，端部尖锐，在承受载荷时尖锐部位易引起应力集中，成为灰铸铁破坏的起点，造成铸件的强度和韧性的下降，石墨虽然是优良的固体润滑剂，能防止剧烈磨损，但其平坦的表面易造成石墨的脱落，同时尖锐端部产生裂纹扩展，反而引起磨损的加剧，所以由于片状石墨的存在，使得为了继续提高灰铸铁的强度、硬度等综合性能变得极为困难。类似于我司研究开发的高碳制动盘，其对制动盘疲劳寿命要求高，这不仅意味着对制动盘的耐磨性要求高，而且还对制动盘的力学性能、金相组织、内在缺陷等有极高的要求。

抗拉强度和硬度是制动盘综合性能中最为重要的指标，其受化学成分、石墨形态、钢基体组织状态、内部缺陷等众多因素影响，比如碳当量过高;片状石墨长短粗细不均匀;金相中含有过多磷共晶、碳化物或者其他氧化物夹杂;内部有较多显微缩松甚至是缩孔等都会显著降低铸件的抗拉强度，因此对铸件进行金相分析是非常必要的。

金相图片中显示的片状石墨长短粗细不均匀，腐蚀后的铁素体含量约占视场5-10%，超出我们的接收标准，有较少的可接受的显微缩松，金相组织受化学成分的影响大，因此对该铸件进行成分分析，如下表2

从表2中可得出目前设置的碳当量相对较高，为4.27-4.53，对于灰铸铁而言，碳当量太高时石墨数量增加且石墨粗大，加深其对基体的割裂作用，另外硅含量偏高导致铁素体增加，从而降低了制动盘的抗拉强度和硬度;因此，笔者认为碳当量太高是降低制动盘的抗拉强度的主要原因。

3、改进方案

适当地调整碳当量，如下表3

改进后，碳当量区间值为4.18-4.28，并且为了稳定过程质量，适当缩短了控制区间。

4、试验分析

按照改进方案进行试制，只调整碳硅值，分别生产4种成分的产品进行检验验证，碳硅值与性能如下表4

按以往生产经验，由于其余元素波动变化不大，因此忽略其余元素，仅显示碳硅值以便对比判断，可以看出碳硅值在范围内，其抗拉强度及硬度有较大提升，并且碳含量越低时，制动盘的强度、硬度越高;抽样进行金相分析，发现石墨均匀、铁素体占比相对较少，这些是强度硬度提升的具体表现。因此，我们认为适当降低碳当量能提升制动盘的综合性能。

5.结论

1、制动盘中片状石墨粗大容易加剧其割裂基体组织的程度，进而导致强度硬度的下降;同理，铁素体作为软韧相，不宜过多的存在于制动盘中，以免降低力学性能;

2、降低碳硅含量能有效提升制动盘的强度硬度，偏高的碳当量容易导致石墨粗大，催生铁素体等降低灰铸铁力学性能的不良组织，在生产中应采取合适的碳当量，才能生产出综合力学性能良好的制动盘。

参考文献

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