對制動鼓用灰鑄鐵的質量要求

對制動鼓用灰鑄鐵的質量要求

    總體而言，灰鑄鐵是適于制造制動鼓的材料，但由于制動鼓的工況條件極為嚴酷，對所用的灰鑄鐵還必須有一些特殊的要求。

1、碳含量和石墨在組織中所占體積分數

    由于制動鼓在制動過程中溫度瞬時升高，產生的熱量必須盡快地逸散，熱導率是極其重要的性能。熱導率高，可以使制動鼓內的溫度梯度減小，從而使產生的熱應力減小，避免因熱應力和熱疲勞而致的破損。

    在實驗室條件下，以相同的循環溫度變化對不同材質的試樣進行試驗的結果表明，珠光體基體球墨鑄鐵試樣的耐熱疲勞壽命高于基體組織類似的灰鑄鐵試樣。但是，由于灰鑄鐵的熱導率較高、在相同的使用條件下，用灰鑄鐵制動鼓制動時所達到的*高溫度低于球墨鑄鐵制動鼓。同時，片狀石墨還有緩沖基體組織膨脹的作用，因而其實際使用壽命高于球墨鑄鐵制動鼓。從實際應用的效果考慮，制動鼓一般都采用灰鑄鐵制造而不用球墨鑄鐵。

    灰鑄鐵的熱導率與石墨在其中所占的體積分數和石墨片的尺寸有密切關系，增加片狀石墨的含量并使石墨片的尺寸較大，灰鑄鐵的熱導率就較高，在相同的作業條件下，可使基體組織所達到的溫度降低，從而使總體的熱應力較小。

    為使鑄鐵的微觀組織中有較多的石墨片，以保證其具有較高的熱導率，乘用車制動鼓的碳含量應該在3.4%以上，載重車輛在3.5%以上，重型車輛的制動鼓則應在3.7%以上，而且這是首要的質量要求。在此種條件下，鑄鐵中石墨所占的體積分數大致為11～13％，鑄鐵的熱導率大約是其基體材料的2倍。

    我國迄今尚未制定相關的國家標準或行業標準，有些鑄件購買方也未對制動鼓用灰鑄鐵的碳含量提出明確的要求，不少鑄造廠就簡單地按灰鑄鐵牌號、保證試樣的抗拉強度，

     將碳含量控制在3.2%～3.3%之間，對于保證鑄鐵的強度合格當然是適宜的。但是，這種做法不能保證制動鼓的基本質量要求，是不能允許的。

2、石墨片的分布形狀和長度

    灰鑄鐵中產生的裂紋都沿石墨的基面發展，其方向不受金屬基體晶界或珠光體取向的影響。石墨片分布形狀為A型的灰鑄鐵，組織中的石墨片無方向性，疲勞的初期產生的小裂紋是散亂分布的，因而具有較好的抵抗產生熱疲勞裂紋的能力。因此，制動鼓鑄件的顯微組織中，石墨的形態應該是A型。B型、D型和E型石墨都會導致熱疲勞性能惡化，同時也會使鑄鐵的力學性能降低。

    如果片狀石墨過于細小，則灰鑄鐵的熱導率較低，基體組織受熱膨脹時石墨的緩沖作用也較差。因此，制動鼓所用的灰鑄鐵，組織中的石墨片應比較粗大，不宜太細小，石墨長度應為2～4級或3～5級。

    美國ASTM A159 “汽車用灰鑄鐵件”標準中，對片狀石墨的分布形狀和石墨片的長度都作了具體規定。片狀石墨的分布形狀應為A型。對強度要求較低的灰鑄鐵，石墨片的長度為2～4級；對強度要求較高的灰鑄鐵，石墨片的長度為3～5級。

3、基體組織

    由于鑄鐵組織中石墨所占的體積分數較大，而且石墨片又比較粗大，鑄鐵的力學性能當然較低，因而。用作制動部件的灰鑄鐵，對力學性能的要求都不太高，抗拉強度的*低值一般為175 MPa、200 MPa或250 MPa，到目前為止，還未見有要求抗拉強度高于300 MPa的品牌。

    為使這種特殊用途的灰鑄鐵的常溫力學性能符合規格要求，必須認真控制鑄鐵的冶金質量和孕育處理過程，使鑄鐵基體組織為較細的珠光體。抗拉強度要求200 MPa以上的品牌，顯微組織的鐵素體量不得多于5 %。鐵素體含量太高，不僅影響強度，而且會使制動鼓的加工性能惡化，耐磨性和使用壽命降低。

    對于強度和硬度要求較高的品種，有時不得不加入少量Cu、Cr、Mo等合金元素。在此種情況下，應嚴格控制合金元素的加入量，以性能達到要求為度，過多的合金含量會使石墨細小、體積分數減少，對制動鼓的使用壽命反而有負面的影響。