刹车盘中A型石墨铸铁的生产工艺分析
Ma y 2 01 3 V o1 . 6 2 NO. 5 铸 造 ・4 43 ・ F O UNDRY 刹车盘 中A 型石墨铸铁 的生产 工艺分析 侯贺涛 ,单学义 ,王晓东 ,李茂斗 ,李翠翠z ,吴书昌z ( 1 . 山东莱州鸿源台钳 制造有限公 司,山东莱州 2 6 1 4 1 4 ;2 . 山 东滨州海得 曲轴有 限责任公 司,山东滨 州 2 5 6 6 0 6 ) 摘要 :介绍了H T 2 5 0 材质刹车盘的成分特点及金相组织要求,详细分析了在原材料控制、五大元素调整、实际熔炼 操作 、铸件 材质检测 等方 面应 注意 的问题 。技术 、生产 、材 料 、设备 在最佳 现场管理 下运行 ,是生产 出合格并 满足 客户 要求产 品的保证 。 关 键词 :A型石墨铸 铁 ;中频 感应 电炉 ;熔 炼控 制 中图分 类 号 :T G 2 5 1 文 献标 识码 :A 文章编 号 :1 0 0 1 — 4 9 7 7( 2 0 1 3 )0 5 — 0 4 4 3 — 0 3 Pr o c e s s An a l y s i s o f t h e A・ Ty p e Gr a p h i t e Ca s t I r o n Br ak e Di s c HOU He — t a o 。 , S HAN Xu e - y i , W ANG Xi a o — d o n g , L I Ma o — d o u , L I Cu i - c u i , W U S h u — c h a n g E ( 1 . L a i z h o u Ho n g y u a n B e n c h V i s e Ma n u f a c t u r e C o . , L t d . , L a i z h o u 2 6 1 4 1 4 , S h a n d o n g , C h i n a ; 2 . B i n z h o u He a d C r a n k s h a t f C o . , L t d . , B i n z h o u 2 5 6 6 0 6 , S h a n d o n g , C h i n a ) Ab s t r a c t : Th e c o mp o n e n t c h a r a c t e r i s t i c s o f b r a k e d i s c ma d e o f HT 2 5 0 g r a d e ra g y i r o n a n d t h e r e q u i r e me n t o f me t a l l o ra g p h i c s t r u c t u r e we r e i n t r o d u c e d .T h e p r o b l e ms n e e d i n g a t t e n t i o n s u c h as r a w ma t e da l c o n t r o l , a d j u s t me n t o f i f v e e l e me n t s . a c ua t l s me l t i n g o p e r a t i o n a n d c a s t i n g ma t e r i a l s me a s u r i n g , w e r e a n a l y z e d . T h e p r o d u c t i o n f a c t o r s s u c h a s t e c h n o l o g y ,s a f e t y ,ma t e r i a l s a n d e q u i p me n t s h o u l d b e o p e r a t e d u n d e r o p t i ma l e n v i r o n me n t , wh i c h wa s t h e g u a r a n t e e f o r q u a l i i f e d p r o d u c t a n d s a t i s f a c t i o n o f c u s t o me r s . K wo r d s : A— t y p e g r a p h i t e c a s t i r o n ; me d i u m  ̄e q u e n c y i n d u c t i o n ; me l t i n g c o n ro t l 刹 车盘 是 汽 车上 重 要 的零 部件 ,对 其 化学 成 分 、 硬度 、强 度 、金相 组 织均 有严 格 的要求 。比较 常见 的 是HT 2 5 0 材 质 。一 般 化学 成 分如 表 1 Ⅲ ,如果 1 ≠ } 铸 铁 的 成分为 ( 质量分 数) :3 . 1 %C,1 . 6 %S i ,1 . 0 %Mn ,0 . 0 6 % P,0 . 0 6 %S ;2 ≠ } 铸 铁 的成分 为 :3 . 4 %C,1 . 9 %S i ,0 . 8 % Mn ,0 . 1 5 %P ,0 . 1 2 %S 。显然 1 ≠ ≠ 和2 ≠ ≠ 的铁液都 符合 上述 成 分 范 围要 求 ,但 金 相 组 织 和力 学 性 能 却并 不 相 同 , 铸 造 性 能也 不 同 。1 ≠ } 铸 件 低 碳 、低 硅 、高锰 、低 磷 、 的关 键 。首 先必 须确 定工 艺控 制范 围 ,如化学 成 分 的 确定 ,其次是对熔 炼 的工 艺要求 。 1 材料化 学成 分及控 制 刹 车盘化学成 分控制 范 围越窄越好 ,具体见表2 。 表1 HT 2 5 0 的参 考 化 学 成 分 及铸 件壁 厚 Ta b l e 1 Re f e r e n ia t l c h e mi c a l c o mp o s i io t n s a n d wa l l t h i c k n e s s o f HT 25 0 g r a d e g r a y i r o n 低 硫 ,强 度高 ,组 织 中的珠 光体 量 多 ,硬度 高 ,铸 件 出现缩松缺 陷 的可能性 大 ;2 群 铸 铁高碳 、高硅 、低锰 、 高 磷 、高硫 、强度 低 ,组 织 中珠 光 体 量少 ,硬 度 低 , 铸 件 出现缩 松 缺 陷的 可能性 较小 。两 种成 分 的铸 铁 即 使 都达  ̄ ] H T 2 5 0 牌号 的抗 拉强度 ( 2 5 0  ̄3 0 0 MP a ) ,其 硬 度 和机 加工 性能 差 别却不 小 ,l 撑 铸 铁 的铸 造缺 陷和 废 品率 也 比2 铸件 高 。要保 证不 同炉次 铸件 的性 能 和 质 量一 致 ,不 同炉 次铸 件 的化 学成分 差别 要 尽可 能地 小[ 2 ] ,另外 要求 金相 组 织 中A型石 墨大 于8 0 %,基 体组 C表2 HT 2 5 0 刹车盘化学成分控制范围 Ta b l e 2 Co n t r o l r a ng e o f c h e mi c a l c o mp o s i io t n s f o r HT 2 5 0 b r ake di s c 原铁液 s i 孕育后 S i Mn P S T i C E S i / C 3 . 2 - 3 . 3 1 . 7 -1 . 8 2 . 1 ~2 . 2 0 . 6 ~0 . 7<0 . 0 50 . 0 7  ̄ 0 . 1 l< 0. 0 4 3 . 9 - - 4. 1 0 . 6 / 0. 7 原生 铁 、 回炉料 ( 铁屑) 、废 钢 、增 碳剂 、脱 硫 织 以细 片 状 珠光 体 为 主 ,珠 光 体 大 于 9 0 %,渗 碳 体 、 磷 共 晶都 小 于 1 %。这 样 产 品才 能 具 有 优 良的铸 造 性 剂 、孕 育剂 、锰 铁 、硫铁 等原 材料 成分 必须 检测 。如 果 不 能检测 ,可 以要 求 原材 料供 应商 提供 相关材 料 质 能 ,特别是使 用性 能 ( 如 耐磨性 能 、减震 性能 等) 。如 何 保证 铸 件金 相 组织 是A型石 墨是 铸 造 生产 工 艺 控制 收稿 日期 :2 0 1 2 — 1 2 — 1 9 收到初稿 ,2 0 1 3 - - 0 1 - 2 2 收到修订稿 。 检 报告 。原 材料 中的一些元 素 同样会 影响铸件 的 品质 , 铸 造 中各 种 元素 对石 墨 和基体 均有 影 响 ,如 表3 、4 [ 3 ] 。 作者简介 :侯贺涛 ( 1 9 8 0 一 ) ,男 ,工程师 ,主要从事铸件的新产品开发和工艺优化 。E — ma i l :h o u — h e t a o @1 6 3 . c o m Ma y 2 0 1 3 ・4 4 4- F OUNDRY Vo I . 6 2 No. 5 主要 元素 变化 随C,S i ,AI 增高 Mn ,C r ,C u,Ni ,S n ,S b 在一定量 内 对基体的影响 铁素体增加 使珠光体量增加并使其细化 Mo 细化珠光体 提高Cu ,Ni ,Mo 量 中Mn 5 %~ 7 % 高Mn 高Ni 促使形成贝氏体 形成 马氏体 形成奥氏体 如果原 材料 某个 成分 超标 就得对 熔炼 配料 _ T艺进行 适 当 的调整 ,防止 C r 、T e 、V等 阻 碍石 墨 化元 素 随废 钢 锰量 太低 ,铁 液 的氧化倾 向及收 缩性都 增 加 ,流动 性 降低 。碳 当量 过低 也容 易 出现 白 口 ,金相 中明显 出现 碳 化物 。 因此 锰 含量 必须 严格 控 制 。 由于 液相 Mn s 的 分解 压 力 比F e S 低 ,因此  ̄ L F e S 稳 定 ,如 果铁 液 内有 足 加入 到炉 内 。定期跟 踪原 材料 的使 用情况 ,包 括加 入 重量 、粒度 、型号等 ,把 原材料纳 人控制 范 围内。 2 熔炼及检测 2 . 1 熔炼 够 的锰则 发生 反应 :『 Mn ] + [ F e S ] = [ F e ] + Mn S ,Mn S 可取 代F e S 而在 铁液 中存在 。Mn S 的熔点 1 5 3 0℃ ,远 高 于 铁 液熔 化 的温度 ,因I t k Mn S 可 以单独 从铁 液 中分 离 去达 到 脱硫 的 目的 ,根据 热 力 学分 析 ,铁 液温 度 低 、 锰浓 度高 、硫 活度 系数 大 ,这 些都 有利 于锰 脱硫 。脱 硫反 应所需锰 含 量为 1 . 7 x w ( S ) + ( 0 . 2 %~ 0 . 3 %) ,即脱 硫 所需 锰量 ,理 论上 为硫 含量 的 1 . 7 倍 ,而 实际 应用 中锰 中频 感应 电炉熔 炼 的配料 不 同于 冲天 炉 , 由于 合 金元 素 补加相 对 容易 ,应尽 量使 原始 配料 成分 等 于或 略 低于 目标 成分 ,以便 在 首次化 验后 进行 补加 合金 调 整 。在 采用 以生铁 为 主熔炼 方式 的状 态下 ,加 料顺 序 通 常 为 :生 铁一 废钢 一 回炉料一 合 金 ,如 果采 用合 成 含量应稍 高于此值 。从生成F e S 的角度看 ,硫 在灰 铸铁 中J 立属 于有 害元 素之列 ,但 是硫 是 石墨 晶核基 质的基 铸 铁 熔 炼 T艺 ,加 料 顺 序 为 :增 碳 剂 一 废 钢 一 回炉 料 一合 金 。在加 料过 程 中应 尽量 使 金属保 持 紧密状 态 础物 质 ,铁液 中的含硫 适 当会促 进石 墨形 核 ,增加 共 晶团数 。含硫 过 高则会 导致 白 口生 成 _ 5 ] 。Mn 的加 入 只 是 消除S 的有 害作用 ,不 能完全达 到脱硫 的 目的 ,生成 的Mn S 可作 为石 墨结 晶核 心 ,增加孕育效 果 。 2 . 1 . 4 脱硫与增硫 电炉一般 在 炉 内脱 硫 ,近2 0多年来 的大量 研 究 和 实践 表 明 ,灰铸 铁生产 中铁 液s 含量不 能太低 ,最好能 充满 整个 炉腔 ,以保 证热 效率 的最 大利 用 ,提高熔 化 效率 ,但一定 要注意 防止搭 料 ;另一 种 比较 常见 的加 料方式 为 :回炉料 ( 铁屑 )一 废钢 一熔炼 中期 加 增碳 剂一 合 金 。用 中频 电炉生 产 H T 2 5 0 以上 牌 号灰 铁 ,炉 料 中生铁加 入量 一般 限制在 1 0 %~ 1 5 %,如果 车 间 回炉 料消化 的 比较快 ,生 铁 的加入 量可 以进行适 当 的调整 。 先用 碳 硅快速 分析 仪进行 检 测 、调 整 ,孕育 处理 后再 用 光谱进 行成 分 分析 ( 通常情 况下 碳 硅快速 分 析仪分 析碳硅 要 比光谱准确 ) ,确保成分 在 内控范 围 内。 2 . 1 . 1 增碳 与脱碳 如 果加入废 钢 比较 多 ,造 成碳 含量 低 ,就需 要 采 取 增碳 措施 ,通 常使用 增碳 剂 ,增 碳 剂一 般在 熔炼 中 期 加入 ,提 前或 后期加 入都 影 响增碳 剂 的吸 收率 。在 保 证在 0 . 0 7 %~ 0 . 1 l %。适 当 高 的s 含 量 能增 大 铁液 中C 的活度 、提高 孕 育效 果 、改善 石 墨形 态 、有利 于A型 石墨 的形成 ;同 时还 能 改善铸 件 的加 丁性 能 。当s 含 量 小于0 . 0 6 %时 ,需 要添加硫 铁进行增硫 。 2 . 1 . 5 磷与钛 磷含量一般在原生铁 中控制 ,如果原材料稳 定 ,基 本都能控制。磷是增加珠 光体的元素 ,一般不会 降低 强 度 ,磷 较 高 时可 以提高 流动性 ,有 利 于获得 健 全 的铸 件 ,还可以提高耐磨性能。钛含量过高易形成D 型石墨 。 2 . 2 孕育 处理 孕 育处理所用 的铁液包需 要在使 用前进行 烘烤 ( 包 呈 暗 红 ,4 5 0℃ 左 右 ,同球 化 包烘 烤 一 样 ) 。铁 液 烫 配料 过程 中需要 知道其碳 含量 、吸收率便 于配料 调整 。 熔 炼 时间越 长 、温度 越高 原铁 液脱碳 越 明显 ,如果 碳 高于 目标值可 以加入废钢进行 调整 。 2 . 1 - 2 增硅与 降硅 硅 是促 进石 墨化 的元 素 ,随着硅 含量 增 加 ,收缩 倾 向减小 。一 般原铁液硅 含量控制在 1 . 7 %~ 1 . 8 %,如果 低于1 . 7 %可 以加 入F e S i 7 5 进 行调 整 ,如 果高 于 1 . 8 %可 以加 入一 定量 的废 钢进行 调 整 。如 果加 入量 过多 ,还 得 同时 注意碳 的变化 。 2 . 1 _ 3 锰 含量 控制与硫 的关 系 锰 含量过高对硬 度 的影 响最 明显 ,容易 出现 白 口, 包 ,温度 过 高 ,孕 育剂 易氧 化 。孕育 剂在使 用 前 必须 烘 干处 理 ,孕育 剂采用 锶硅 铁 ,一 次大包 底孕 育剂 粒 度2 ~ 6 mm,孕 育 量 为 0 . 2 % ,二 次 包 底 孕 育 孕 育量 为 0 . 1 %,浇 注后期 不 主张 随流孕 育 。 内孕 育可 以替 代 二 次包 底孕育 。 ( 下转第 4 4 7页 ) 铸造 蔡郭生等: A I 一 5 T i 一 1 B 对 铸造 7 0 2 A 铝合金组织和性能的影响 3 结论 中间合金 细化剂A1 — 5 T i . 1 B 对7 0 2 A 铸 造铝合 金 的组 织 和性 能有 影 响。在7 0 2 A铸造 铝合金 中 ,当细化 剂 含 量 为0 . 1 5 %时 ,合 金微观组 织 中o l( A1 ) 枝 晶被细化 的同 时 ,共 晶s i 相也 得 到细 化 ,此 时 晶粒 细 化效 果好 ;力 学 性能 随着细化剂 含量 的增 加 ,抗拉 强度呈 上升趋势 , 伸 长率先增 加后降低 。 参 考文 献 : 图3 细化 剂的不同含量 对合金力学性能 的影 响 Fi g . 3 Th e e fe c t s o f d i fe r e n t c o n t e n t o f r e i f n e r o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f7 0 2 A a l u mi n u m a l l o y [ 1 ] E a s t o n M A, S t J o h n D H. Gr a i n r e i f n e me n t o f a l u mi n u m a l l o y s : p a r t I.t h e n u c l e a n t a n d s o l u t e p a r a d i g ms — a r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e [ J ] l Me t a l l Ma t e r . T r a n s . A, 1 9 9 9 ,3 0 A:1 6 3 1 - 1 6 2 3 . [ 2 ] G a r c l a — Ga rc i a G, E s p i n o z a — C u a d r a J , Ma n c h a — Mo l i n r a H. C o p p e r c o n t e n t a n d c oo l i n g r a t e e fe c t s o v e r s e c o n d ph a s e p a r t i c l e s b e h a vi o r 由图3 可 以确 定铸 造 7 0 2 A铝 合金 最 佳 的细 化 剂含 量 为0 . 1 5 %。此 时 ,7 0 2 A铝合 金 铸态 下 的抗 拉 强 度 为 1 9 9 MP a ,伸 长率 为6 . 7 %。 由图3 可 以看 出 ,随着 细化 剂含 量 的增 加 ,抗 拉 强度呈 上 升趋 势 ,伸长 率先 增加 后降低 。当细 化剂 的含 量较 低 时 ,合 金 晶粒 细化 的效 果不 够 明显 ,可能 有两 方 面的原 因。一方 面 ,细 化剂 i n i n d u s t r i a l a l u mi n u m— s i l i c o n a l l o y 3 l 9[ J ] . Ma t e r i a l s& De s i g n, 2 0 0 7. 2 8: 4 2 8 — 4 3 3 [ 3 ] 李德成 ,刘玉贤 ,丁建 国 ,等. 高强铸造铝合金A U 5 G T 及其应用 [ J 】 . 铸造 ,1 9 9 8 ,4 7( 1 1 ) :3 4 — 3 6 . 的含 量较 少没 有起 到 细化 晶粒 的作 用 ;另一方 面 ,细 化剂 中的T i 元 素 被s i 元素 “ 毒化 ” ,削弱 了T i 的细 化作 用 。伸长 率先 增加 后 降低 ,可 能是 由于 高T i 含 量 不但 不会 使 晶 粒 尺 寸 细 化 ,还 有 可 能 使 部 分 T i 以针 状 的 T i Al , 相 的形 式存 在 ,这 些 脆性 的T i A 1 , 相 割 裂 了基 体 , 使合金 的伸长率 降低 。 -[ 4 ] 朱培戊 ,刘启 阳 ,候延 秀 共晶硅 颗粒状化过 程 [ J ] . 特种铸造及 有色合金 ,l 9 8 5( 6 ) :1 . [ 5 ] 王东辉 . 晶粒细 化对铝硅合 金组织及 力学性能 的影响 [ D] . 北京: 清华大学 ,2 0 0 3 . [ 6 ] 刘相法 ,边 秀房 ,李辉 ,等. A 1 T i B 中间合金细化效果 的组织遗传 效应 [ J ] . 金属学报 ,1 9 9 6 ,3 2( 2 ) :1 4 9 — 1 5 3 . [ 7 ] 张建新 ,高爱华 . 合金 元素对6 0 6 3 铝合金组织 性能 的影 响 [ J ] _ 铸 造 ,2 0 0 7 ,5 6( 6 ) :6 4 2 — 6 4 4 . [ 8 ] 蒙多尔福L F . 铝合金 的组织 与性 能 [ M 】 . 王祝堂 ,张振录 ,郑璇 , 等译 . 北 京 :冶金工业 出版社 ,1 9 8 8 . ( 编辑 : 曲学 良,q x l @f o u n d r y w o r l d . c o m) 一 + - + - + ” + * + ” + 一 + 一 + - + - + - + - — + _ 一 -+* +” +” +- +- +* + * +- +一 +一 ++ - — — 卜一 — 卜一 — ・ 卜一 — ■ 一 一 — - 卜- — ・ 卜* +“ +- +- — 卜* + - — + - 一 — + _ 一 — + - 一 — ・ 卜- — ・ 卜 ( 上接第 4 4 4页 ) 2 . 3 出炉温 度 与浇 注温 度 为 了便 于 孕 育 处 理 通 常 出 炉 温 度 为 1 5 0 0 ~ 1 5 5 0 ℃ ,浇 注 温 度 1 4 2 0 ~ 1 4 6 0℃ ,采 用 高 温 出炉 低 温 浇 2 . 5 炉 前与炉 后 的记 录 每炉 次炉 前或 炉后 成分 调整 ,出炉温 度 、浇 注温 度 都要有 原 始记 录 ,包括 每一 炉 的金 相试 样 、硬度 检 测 、抗拉 试棒 ,便于 以后查询 、数据分 析 、质量 汇总 、 质量 追溯 、质量 分析 。 注 ,高温 铁液 有利 于变 质处 理 和净化 铁 液 ,出炉 后如 果能再静 止 1 ~ 2 mi n 更有利 于净化铁液 。 2 . 4 淡化炉料不 良遗传措施 在 实 际生产 中 ,在相 同化 学成 分 的情 况下 ,由于 3 结束语 熔 炼 高质 量 的铁液 必须 严格 控制 原材料 采 购 ,确 定最 佳工 艺 规范 ,加 强现场 工艺 管理 。确 保技 术 、生 产 、材料 在 最佳 现场 管理下 运行 。 “ 三分 技术 、七 分 管理 ” ,只有 “ 以人 为本 ” ,才能 生产 出高质量 产品 。 参考文献 : [ 1 ] 中国机 械工程学会 . 铸 造手册 :第 1 卷 铸铁篇 [ M】 . 2 版. 北京 :机 械工 业 出版 社 ,2 0 0 2 :2 7 8 . 更 换 了炉料 ,从 而 使铸件 中的石 墨结 晶特 性 、石 墨化 程 度 、白 口倾 向 以及石 墨形 态甚 至基 体组 织都 会发 生 变 化 ,造成 铸铁 组 织和性 能 的差 异 ,我们将 铸 铁性 能 与原炉料之 间的这种关 系称 为炉料 的遗 传性 『 3 ] 。解 决炉 料 的遗传 性通 常将 铁液 在 1 5 1 0 ~ 1 5 5 0℃下过 热 ,淡化 炉料 的不 良遗 传 l 生 影 响 。虽 然过热 铁液 的过冷倾 向大 , 但 只要 做 好孕 育处 理 ,孕育 效果 会更 好 ,有利 于 细化 石 墨及基 体 。但 过热 温度 不 能太 高 ,过热停 留时 间不 [ 2 ] 刘金城 . 我国与发达 国家在铸造工艺 规范制度和执行 方面的情况 比较 [ J ] . 现代铸铁 , 2 0 1 l( 3 ) :1 6 . [ 3 ] 王晓 江. 铸造 合金 及熔 炼 [ M】 . 北京 :机 械工 业 出版 社 , 1 9 9 9 : 4 9 —5 4. 能 太长 ;否则 ,会 加 重炉 衬 的侵 蚀 和铁 液 中S i O 的丧 失 ,产生死铁 液 ,C 含量 降低 ,s i 含 量增加 ,化学 成分 不确 定 。 由于熔 炼设备使 用的功率 不 同 、测 量温 度差 及 炉衬 材料 的不 同 ,高 温静 止保 温处 理铁 液 的温度 及 [ 4 ] 王成 刚 ,马顺龙. 用 中频感应 电炉熔炼铸 铁的几个 技术 问题 [ J ] _ 现代铸铁 ,2 0 1 2( 4 ) :4 4 , 【 5 ] 郝石坚. 现代铸铁学 [ M】 . 2 版. 北京 : 冶金工业出版社 ,2 0 0 9 :1 4 7 . [ 6 6 ] 王峰. 问答与讨论信箱 [ J ] l 现代铸铁 ,2 0 1 2( 3 ) :1 0 7 . 【 7 】 钱立 ,王峰. 从铸件 质量所想 到得熔炼 技术 [ J 】 . 现代铸 铁 ,2 0 1 1 ( 4 ) :2 7 . 时间需 要结 合 实际情 况 制定 。炉料 遗 传性 是一 复杂 问 题 ,影 响 因素很多 ,高 温过热+ 强化 孕育 只能消除 粗大 石 墨 、白 口等影响 ,微 量元素 的影 响不能 消除 。 ( 编辑 :潘 继 勇,p J y @f o u n d r y w o r l d . c o m)