專利名稱：：釩鈦鑄鐵及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及釩鈦鑄鐵及其生產(chǎn)方法，屬于鑄鐵合金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：制動鼓是汽車重要的保安配件。用于重型汽車上的制動鼓要求在重載下運行不破裂，有長的使用壽命，對蹄片的磨損較小，滿足汽車的制動距離，因此對制動鼓的材質(zhì)有著特殊的要求。目前國內(nèi)外生產(chǎn)制動鼓的材質(zhì)主要有普通灰鑄鐵和低合金鑄鐵兩類。由于普通灰鑄鐵的材料強(qiáng)度、硬度較低，易出現(xiàn)磨損嚴(yán)重或熱疲勞裂紋情況，已不能滿足現(xiàn)在汽車高負(fù)荷、高速度的要求，普通灰鑄鐵制動鼓已有被淘汰的趨勢。由于通過加入合金元素可得到高強(qiáng)度合金鑄鐵，因此，目前各國主要采用低合金鑄鐵生產(chǎn)制動鼓。如英、美等國主要采用高C低合金V、Mo鑄鐵，俄羅斯等國主要采用Cr、Ni、Mo合金鑄鐵，由于加入了Ni、Mo等貴金屬合金元素，使上述合金鑄鐵的生產(chǎn)成本較高。釩鈦鑄鐵由于其成本相對較低，綜合性能較好，已有采用釩鈦鑄鐵生產(chǎn)汽車制動鼓的相關(guān)報道。如攀枝花釩鈦鑄鐵重型汽車制動鼓系列產(chǎn)品(89-465)，中國科技成果庫90212013中公開了采用合理成分，應(yīng)用特種工藝熔煉和相應(yīng)的澆鑄系統(tǒng)制得高強(qiáng)度、高耐磨、抗熱裂的汽車制動鼓，但未公開所用釩鈦鑄鐵的具體成分和熔煉工藝。專利號為ZL85103914，發(fā)明名稱為"釩鈦鑄鐵鋼錠模"的發(fā)明專利公開了一種釩鈦鑄鐵合金材料及其制備方法，其成分為(重量百分?jǐn)?shù))3.54.0%C，1.52.0%Si，0.30.8%Mn，《0.1%P，《0.12%S，O.150.35%V，O.050.15%Ti，余量為Fe和其它微量成分。但該釩鈦鑄鐵合金中90%以上為鐵素體組織，其力學(xué)性能(硬度較低)不能達(dá)到制動鼓的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種力學(xué)性能達(dá)到汽車制動鼓要求的釩鈦鑄鐵。本發(fā)明釩鈦鑄鐵，按重量配比其化學(xué)成分為3.253.6%C，1.82.2%Si，0.60.9%Mn，O.150.25%V，O.10.25%Ti，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，釩鈦鑄鐵中的珠光體含量為9598%。本發(fā)明還提供了上述釩鈦鑄鐵的生產(chǎn)方法，其包括如下步驟a、熔煉配制原料，原料中各化學(xué)成分的重量配比為3.253.6%C，1.82.2%Si，O.60.9%Mn，O.150.25%V，O.10.25%Ti，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；將配制的原料于1520158(TC熔煉，得到鐵水；b、孕育a步驟所得鐵水倒入澆包中進(jìn)行包內(nèi)孕育，孕育時間為812min;其中，鐵水倒入澆包時的出爐溫度為1480150(TC，澆包在倒入鐵水前先加入鐵水重量0.20.5%的75SiFe;c、澆鑄，即得釩鈦鑄鐵。本發(fā)明釩鈦鑄鐵，其力學(xué)性能超過了普通灰鑄鐵制動鼓材料HT250，抗拉強(qiáng)度達(dá)到250Mpa以上，硬度HBS值達(dá)到200以上，耐磨性能好，摩擦系數(shù)高，生產(chǎn)成本低，可用于制備汽車用制動鼓，具有廣闊的應(yīng)用前景。圖1是1號試樣金相組織圖，圖la為100倍放大，圖lb為400倍放大圖；圖2是2號試樣金相組織圖，圖2a為100倍放大，圖2b為400倍放大圖；圖3是3號試樣金相組織圖，圖3a為100倍放大，圖3b為400倍放大圖；圖4是4號試樣金相組織圖，圖4a為100倍放大，圖4b為400倍放大圖。具體實施例方式本發(fā)明釩鈦鑄鐵，按重量配比其化學(xué)成分為3.253.6%C，1.82.2%Si，0.60.9%Mn，O.150.25%V，O.10.25%Ti，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，釩鈦鑄鐵中的珠光體含量為9598%。其中，上述的不可避免的雜質(zhì)包括P和S，S是鑄鐵中的有害元素，使鑄鐵產(chǎn)生熱裂傾向，本發(fā)明釩鈦鑄鐵中的S含量控制為《0.12%。P使鑄鐵有產(chǎn)生冷裂的傾向，本發(fā)明釩鈦鑄鐵中控制P含量《0.1%。本發(fā)明釩鈦鑄鐵中的C和Si都是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。C、Si含量高，鑄鐵組織中石墨數(shù)量就多。對用于生產(chǎn)制動鼓這一性能特殊(耐熱、耐磨)的鐵，組織中要求有一定數(shù)量的石墨，即有較高碳當(dāng)量CE，CE=C+l/3(Si+P)。但CE不能過高，否則組織中的珠光體數(shù)量不足，使力學(xué)性能(抗拉強(qiáng)度和硬度)降低，而達(dá)不到HT250(HT250為灰鑄鐵，是常用的制動鼓材料)的力學(xué)性能要求。本發(fā)明發(fā)明人經(jīng)過大量實驗分析，得出C含量控制在3.253.6%范圍較為適宜。為獲得較高的CE和好的切削加工性能，Si含量控制在1.82.2%范圍內(nèi)。為了保證滿足基本的力學(xué)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上有足夠的石墨數(shù)量和良好的孕育效果，本發(fā)明釩鈦鑄鐵中的碳當(dāng)量CE優(yōu)選為4.004.25。本發(fā)明釩鈦鑄鐵中的Mn的主要作用是平衡S的不良影響。當(dāng)Mn的含量大于(1.7S+0.3)時，有穩(wěn)定珠光體的作用，故灰鑄鐵中Mn的含量較高。但由于本發(fā)明釩鈦鑄鐵中含有V和Ti，使晶粒細(xì)化，基體得到強(qiáng)化，Mn的含量可相應(yīng)減少。當(dāng)Mn>1.0%時，鑄鐵表面易出現(xiàn)白口，使機(jī)加工困難；當(dāng)Mn<0.5%時，鑄鐵硬度不易保證，因此本發(fā)明釩鈦鑄鐵中的Mn控制為0.60.9%。本發(fā)明釩鈦鑄鐵中的V和Ti可以使鑄鐵的石墨和基體得到顯著細(xì)化，同時V和Ti與碳有較高的親和力而形成顯微硬度極高的硬化相V、Ti碳化合物，因此本發(fā)明釩鈦鑄鐵除具有灰鑄鐵的一般特性外，還兼有制動鼓性能所不可缺少的高強(qiáng)度、高耐磨性能。本發(fā)明生產(chǎn)釩鈦鑄鐵的方法包括如下步驟a、熔煉配制原料，原料中各化學(xué)成分的重量配比為3.253.6%C，1.82.2%Si，O.60.9%Mn，O.150.25%V，0.10.25%Ti，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；將配制的原料于1520158(TC熔煉(此溫度可以保證熔體的純凈度，熔煉溫度優(yōu)選為155CTC)，得到鐵水；其中，為了節(jié)約成本，上述原料優(yōu)選為廢鐵和生鐵，廢鐵和生鐵的加入量以保證各化學(xué)成分含量符合要求即可；b、孕育a步驟所得鐵水倒入澆包中進(jìn)行包內(nèi)孕育(孕育可以消除白口，提高鑄鐵育時間為812min;其中，鐵水倒入澆包時的出爐溫度為14801500°C，澆包在倒入鐵水前先加入鐵水重量0.20.5%的75SiFe;c、澆鑄，即得釩鈦鑄鐵。其中，上述c步驟澆鑄時，根據(jù)產(chǎn)品需要，注入模具中，即可得到相應(yīng)的產(chǎn)品，如澆鑄入制動鼓模具中即可得到制動鼓。其中，上述a步驟所述的不可避免的雜質(zhì)包括P和S，其中，P、S雜質(zhì)的含量分別為P《0.1%，《0.12%。進(jìn)一步的，為了提高造渣作用，上述a步驟所述的爐料中還加入爐料總重量1.01.5%的粒度為3050mm的石灰石或冰晶石。其中，上述的75SiFe起孕育劑作用，上述的75SiFe的粒度優(yōu)選為0.52.Omm。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式做進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。實施例本發(fā)明釩鈦鑄鐵的生產(chǎn)在500Kg中頻感應(yīng)爐內(nèi)加入經(jīng)烘干的廢鋼和生鐵共500kg，升溫熔煉，熔煉溫度控制為1550°C，以保證熔體的純凈度。熔體中加入粒度為3050mm的石灰石作為造渣劑，加入量為1.01.5%。爐前檢驗化學(xué)成分，成分合格后，澆注濕砂型三角試塊，三角試塊的白口寬度應(yīng)《35mm。然后將鐵水出爐倒入500Kg澆包中，出爐溫度控制為14801500°C，出爐前在澆包底部加入0.20.5%的75SiFe作為孕育劑(粒度范圍0.52.Omm，預(yù)熱烘烤)，進(jìn)行包內(nèi)孕育。孕育后澆注濕砂型三角試塊，三角試塊的白口寬度《12mm則孕育合格。孕育合格后在6min內(nèi)澆注，澆注溫度控制在1400143(TC。在石英粘土砂的濕砂型中澆注成小30X300的試樣棒(按照GB9439-88標(biāo)準(zhǔn))。按上述方法制備得到表1的鑄鐵試樣棒。表1試樣棒化學(xué)成分編號化學(xué)成分(％)CECSiMnPSVTi13.242.190.850.10.0620.240.264.0023.541.880.770.10.0610.210.244.2033.611.870.860.10.0600.230.254.2743.081.760.730.110.10——3.70上述表1中的1號試樣棒為釩鈦鑄鐵碳下限試樣棒，2號試樣為釩鈦鑄鐵碳靠上限試樣棒，3號試樣為釩鈦鑄鐵碳上限試樣棒，4號試樣為普通灰鑄鐵HT250試樣棒。試驗例本發(fā)明釩鈦鑄鐵的性能測定1、試樣制備將上述實施例澆注的試樣棒按GB977-84標(biāo)準(zhǔn)各加工5根抗拉強(qiáng)度試樣；按GB/T12444.2-2006標(biāo)準(zhǔn)各加工2塊耐磨性試樣；按GB231-84標(biāo)準(zhǔn)各加工3塊硬度試樣；同時從抗拉強(qiáng)度試樣上切取不同成分的金相試樣。52、測試設(shè)備、條件拉伸實驗在CMT5305(300kN)電子拉伸試驗機(jī)(深圳三思有限公司生產(chǎn))上，室溫條件下進(jìn)行。硬度實驗在HB3000型布氏硬度計(山東掖縣材料試驗機(jī)廠生產(chǎn))進(jìn)行，壓頭直徑5mm。耐磨試驗在MRH-3型高速環(huán)塊磨損實驗機(jī)上進(jìn)行(濟(jì)南試驗機(jī)廠生產(chǎn))，試驗條件為干摩擦，載荷49N，對磨材料GCrl5鋼，對磨環(huán)轉(zhuǎn)速300r/min，外環(huán)直徑49.22mm，摩擦?xí)r間30min。金相試樣經(jīng)磨光、拋光后在XJP-6A型光學(xué)顯微鏡(重慶光學(xué)儀器廠生產(chǎn))100倍下觀察石墨的尺寸大小及形態(tài)，然后用1%的HN03酒精腐蝕，在400倍顯微鏡下觀察基體(珠光體、鐵素體)及磷共晶等金相組織。3、試驗結(jié)果及分析3.1抗拉強(qiáng)度及硬度測試結(jié)果抗拉強(qiáng)度及硬度測試數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。表2抗拉強(qiáng)度及硬度測試數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由表2可以看出，釩鈦鑄鐵隨含碳量的增加抗拉強(qiáng)度逐漸減小，當(dāng)C=3.61%時，抗拉強(qiáng)度ob<250Mpa;而硬度隨含碳量的增加，總體有下降的趨勢，當(dāng)C=3.61%，HBS<200。由此可知，釩鈦鑄鐵的含碳量在3.253.60%范圍內(nèi)(CE=4.04.25)，可達(dá)到和超過HT250的力學(xué)性能要求。由表2也可看出，本發(fā)明釩鈦鑄鐵的力學(xué)性能優(yōu)于普通灰鑄鐵，比普通灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度高723%左右。3.2金相組織檢測結(jié)果金相組織檢測結(jié)果見圖1、2、3、4。從圖la、2a、3a可以看出，釩鈦鑄鐵組織中的初生石墨均為片狀A(yù)型石墨，石墨長度均達(dá)到23級，隨著含碳量的增加，組織中的初生石墨數(shù)量也隨之增加，且石墨片的長度增加。從圖4a可以看出，由于含碳量低和碳當(dāng)量低，普通灰鑄鐵組織中的初生石墨數(shù)量較少，且石墨長度也只能達(dá)到3級。釩鈦鑄鐵的基體組織見圖lb、2b、3b。它們均由片層狀珠光體、少量鐵素體(圖中白色)、磷共晶(圖中塊狀灰白色)和釩、鈦碳氧化合物(分布在鐵素體基體上的黑色點狀物)所組成。隨著含碳量的增加珠光體量有所減少，鐵素體量有所增加。根據(jù)觀察，三種成分組織中的珠光體量均達(dá)到95%以上。從圖4b可以看出，由于普通灰鑄鐵的含碳量低，初生石墨數(shù)量少，而形成了共晶石墨，組織中幾乎沒有鐵素體，基體組織基本上由珠光體組成，因此表現(xiàn)出很高的硬度。由上述金相組織的分析可以看出，在保證基體組織中的珠光體^95%，合金的ob>250Mpa的條件下，提高含碳量和碳當(dāng)量，可以增加組織中的石墨的數(shù)量以及獲得較好的孕育效果，從而細(xì)化片狀石墨并增加石墨片的長度(見圖2)，提高基體組織的摩擦潤滑性和導(dǎo)熱能力。當(dāng)含碳量和碳當(dāng)量過高，又會增加鐵素體數(shù)量和減少珠光體數(shù)量(見圖3)，致使合金的力學(xué)性能難以達(dá)到要求。當(dāng)含碳量和碳當(dāng)量過低，孕育不可能充分，孕育效率差，組織中的初生石墨數(shù)量少，珠光體數(shù)量多(見圖4)，雖然可提高合金的強(qiáng)度和硬度，但其潤滑作用差，導(dǎo)熱能力差，合金呈顯脆性。3.3耐磨性檢測結(jié)果耐磨性檢測結(jié)果見表3。表3耐磨性試驗結(jié)果試樣編號磨損前試樣重量lVg磨損后試樣重量Ma/g磨損量(M「M2)/g磨損率u/X10—15mVm—1摩擦系數(shù)y。1_120.515620.47590.03972.890平均3.04520.5961平均0.59241_220.559320.51530.04403.19840.58872_120.545620.50880.03682.6768平均2.72610.6253平均0.61092-220.539020.50090.03812.77540.59653_120.529120.49350.03562.5933平均2.65870.6182平均0.61383-220.538620.50080.03782.75400.60934-120.513120.46810.04503.2781平均3.20160.5335平均0.54384-220.520820.47790.04293.12510.5540表3中u二(M「M2)V/MiPL，式中V=12.32X12.32X19.05/109m3;P-載荷，P=49N;L-相對磨損距離，單位m;L=Jidvt，d=49.22X10—3m，v=300r/min，t=30min。從表3可以看出，隨著含碳量和碳當(dāng)量的增加，試樣的磨損率逐步下降，摩擦系數(shù)有所提高，說明組織中的石墨起到了較好的潤滑作用而降低了磨損量，有利于耐磨性的提高和減少對摩擦副即蹄片的磨損，同時摩擦系數(shù)的提高也有利于剎車時制動距離的縮短。從這個意義上講，提高合金的含碳量和碳當(dāng)量對材料的耐磨性是有利的。從表3也可以看8出，1號、2號、3號釩鈦鑄鐵和4號普通灰鑄鐵相比，磨損率降低5%17%，摩擦系數(shù)提高9%12%，證明本發(fā)明釩鈦鑄鐵的耐磨性優(yōu)于普通灰鑄鐵的耐磨性。權(quán)利要求釩鈦鑄鐵，其特征在于按重量配比其化學(xué)成分為3.25～3.6％C，1.8～2.2％Si，0.6～0.9％Mn，0.15～0.25％V，0.1～0.25％Ti，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，釩鈦鑄鐵中的珠光體含量為95～98％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦鑄鐵，其特征在于所述的不可避免的雜質(zhì)包括P和S，其中，P、S雜質(zhì)的含量分別為P《0.1%，S《0.12%。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的釩鈦鑄鐵，其特征在于其碳當(dāng)量CE為4.004.25，其中，CE=C+l/3(Si+P)。4.生產(chǎn)釩鈦鑄鐵的方法，其特征在于包括如下步驟a、熔煉配制原料，原料中各化學(xué)成分的重量配比為3.253.6%C，1.82.2%Si，0.60.9%Mn，O.150.25%V，O.10.25%Ti，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；將配制的原料于1520158(TC熔煉，得到鐵水；b、孕育a步驟所得鐵水倒入澆包中進(jìn)行包內(nèi)孕育，孕育時間為812min;其中，鐵水倒入澆包時的出爐溫度為1480150(TC，澆包在倒入鐵水前先加入鐵水重量0.20.5%的75SiFe;c、澆鑄，即得釩鈦鑄鐵。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的釩鈦鑄鐵的方法，其特征在于a步驟所述的不可避免的雜質(zhì)包括P和S，其中，P、S雜質(zhì)的含量分別為P《0.1%，S《0.12%。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的釩鈦鑄鐵的方法，其特征在于a步驟所述的原料為廢鐵和生鐵，熔煉溫度為1550°C。7.根據(jù)權(quán)利要求46任一項所述的釩鈦鑄鐵的方法，其特征在于a步驟所述的爐料中還加入爐料總重量1.01.5%的粒度為3050mm的石灰石或冰晶石。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的釩鈦鑄鐵的方法，其特征在于b步驟所述的75SiFe的粒度為0.52.Omm。全文摘要本發(fā)明涉及釩鈦鑄鐵及其生產(chǎn)方法，屬于鑄鐵合金領(lǐng)域。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供了一種力學(xué)性能達(dá)到汽車制動鼓要求的釩鈦鑄鐵。本發(fā)明釩鈦鑄鐵，按重量配比其化學(xué)成分為3.25～3.6％C，1.8～2.2％Si，0.6～0.9％Mn，0.15～0.25％V，0.1～0.25％Ti，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，釩鈦鑄鐵中的珠光體含量為95～98％。本發(fā)明釩鈦鑄鐵，其力學(xué)性能超過了普通灰鑄鐵制動鼓材料HT250，抗拉強(qiáng)度達(dá)到250Mpa以上，硬度HBS值達(dá)到200以上，耐磨性能好，摩擦系數(shù)高，生產(chǎn)成本低，可用于制備汽車用制動鼓，具有廣闊的應(yīng)用前景。文檔編號C22C37/10GK101781734SQ201010143698公開日2010年7月21日申請日期2010年4月12日優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日發(fā)明者邱顯明申請人:四川省富邦釩鈦制動鼓有限公司