制动盘生产工艺

陈启明 魏遵合 杨群收

（湖北襄阳云威机械有限公司）

随着经济飞速发展，我国机车行业也迎来了发展新高峰，本文根据机车制动盘所用材料和铸造工艺，来对其刹车制动系统进行详细分析与探究，结合制动盘一般情况下的应力场以及温度，进一步利用科学方法来计算解析机动车制动盘的生产过程，以求促进我国机车行业的发展。

本文所介绍生产的HT250制动盘规格品种多产量大，它属于车桥厂一类安保件，涉及到人的生命财产安全，同时又是易损易耗件。随着客户要求越来越高，市场的竞争越来越激烈。采用了“套壳”生产工艺，确保质量稳定性，为了减轻工人劳动强度，提高工作效率，女工也可以承担生产任务。铸件表面光洁，壳型生产特点，铸件致密和砂型生产相比同品种同尺寸的铸件要轻两公斤，缩松缩孔缺陷极少。射芯机上调到合适的温度，在铁型模具上覆一层6mm厚的覆膜砂制成壳型，把制好壳型平稳放入铁壳中，下芯，合模，固定好铁箱，与地面倾斜30º，浇注时铁液快速进入型腔，燃烧充分，排气畅通。浇注成型的铸件称之“套壳”造型工艺。铸件出品率高平均93％，合格率可达98％。（制动盘示意图如下）

制动盘化学成分及力学性能要求

化学成分控制（表一）

力学性能及硬度（表二）

金相组织要求（表三）

注：

①铸件本体取样，随机抽查。

②总碳是强制性的要求，必须保证。

③其它元素Mn、Cr、Cu主要用来保证机械性能和硬度。

制动盘生产工艺

为了满足客户的要求，运用了合成铸铁，大量使用废钢改善铸件的金相组织及力学性能。利用氮的合金化作用，并采用含有一定氮含量的增碳剂，把含碳量提高到3.6％以上，高碳当量高强度的制动盘生产工艺。

（一）合成铸铁

采用高废钢（60％）配比下，加入足够的增C、增S的冶金过程，提高铁液的形核能力。铁液温度是原铁液首要的冶金指标，铁液温度的高低不仅直接影响铸铁的力学性能、铸造性能、加工性能，还影响铁液的纯净度。铁液温度控制在1500-1550℃为保证产品质量，熔炼完毕后，静置3分钟，确保炉内渣浮起来，打干打净，通过高温熔炼非金属夹渣物排除炉外，防止铸件夹渣现象。使用合成铸铁改变石墨形态，增强强度及硬度。

（二）增碳剂选择问题

增碳剂种类很多，可以用作铸铁增碳剂的材料也很多，增碳剂的工艺也不同，含量也不同，在保证铸件质量的前提下，应根据产品的要求进行选择增碳剂。

石墨型增碳剂特点是：含碳量高，容易吸收，熔化快，含氮量低，低硫。

煅烧石油焦增碳剂，其因为没有经过高温煅烧或煅烧温度偏低，时间短，氮含量一般在9000PPM左右，硫含量也高，在白纸上无法画清楚的痕迹。资料介绍含氮量每增加10PPM。灰铸铁的强度可提高5-7Mpa，同时硬度可增加3-4HB，当氮含量在70-120PPM，可以使石墨变短并且有尾部钝化作用。氮能强化珠光体基体，提高铸件力学性能，氮当铸铁的含氮量超过临界点（一般认为140PPM）时，就会使铸件产生氮气孔，合理利用。

在2016年10、11、12三个月内，对制动盘应采用增碳剂问题，批量试验。2016年10月，采用石墨型增碳剂，含氮量在40PPM左右，14包所浇制动盘（每包1T铁水），基本体抗拉强度为198Mpa。有低于客户要求的200Mpa标准，石墨形态见图。而11月份改为石油焦增碳剂，N含量平均为80PPM，240包铸件的平均抗拉强度226Mpa。12月份当N含量达到120PPM时，300包铸件的平均抗拉强度达到了252Mpa，石墨细小而弯曲。

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石墨型增碳剂图片                            △
煅烧石油焦图片

因为只有高的含碳量才能保证有多的石墨量，才能有更好的导热性能和抗疲劳性能，其三个月化学成分见表4、表5、表6。

10月份化学成分与硬度（表4）

11月份化学成分与硬度（表5）

12月份化学成分与硬度（表6）

所以合成铸铁内N的强化作用，大于废钢消除生铁遗传性作用。采用石墨型增碳剂来增碳是不合理的，应当使用含有一定含氮量和含碳量的煅烧石油焦增碳剂，或煤质增碳剂。

（三）孕育问题

保证不出现渗碳体或使铁素体和碳化物的总量低于5％，确保良好的石墨形状，以确保良好的机械性能，同时改善机械加工性能，再生产实践中，其孕育量控制0.5-0.6％，增加石墨核心，采取以下四种孕育方法。

1、包含冲入法孕育

可促进石墨化，减少白口倾向，改善石墨形态，细化基体组织，孕育量为0.2％。

2、浮硅孕育

实行边熔边浮，延长孕育效果，孕育量0.2％。

3、浇口杯孕育

浇注前75FeSi颗粒状0.05％-0.10％放入浇口杯中停留时间最短，混合比较均匀，防止了上盘与下盘的珠光体的差距。

4、随流孕育

边浇边随铁水进入型腔，确保了延缓衰退现象，孕育量为0.05％，得到了良好效果。

总结：

1、采用合成铸铁，提高了机械性能，加工性能。

2、采用含有一定氮含量的增碳剂，充分利用氮的合金化作用，提高了硬度与抗拉强度。

3、多种孕育方法，合适的孕育量，确保了金相组织。

4、提高C含量，有效控制了铸造缺陷，完善高碳含量，高强度的制动盘生产工艺。

参考文献

[1]杨群收，合成铸铁的熔炼及增碳剂的使用。

[2]刘南陔，有关合成铸铁的一些问题。

自动化铁模覆砂制动盘生产线