夏良山 劉治強
　　上汽依維柯紅巖商用車有限公司鑄造廠，重慶 400900

　　制動鼓在汽車運行時服役條件十分惡劣，要受到剎車片強大的壓力及巨大的靜或動摩擦力的綜合作用。當汽車制動時，剎車片對制動鼓內表面沿莖向施加壓力，使使其中產生周向張力；同時由于制動時剎車片與制動鼓內表面之間產生動或靜摩擦力，在其內表面局部區域內拉應力；再加上由于頻繁制動產生的熱量使制動鼓內表面局部溫度急劇上升，隨即由于導熱而迅速冷卻，從而產生熱疲勞應力。當這些應力相互疊加時很容易在局部區域產生超過材料的強度，由此產生裂紋，在隨后應力的進一步作用下裂紋沿制動鼓軸向和徑向繼續發展，產生大量的軸向裂紋，最終，最終導致制動鼓開裂、斷裂。特別是在山區地理環境和自然條件惡劣的地區，由于負載過大，常造成其過早失效，這對汽車行駛安全造成很大危害。
　　因此公司決定提高制動鼓的碳當量且采用低合金化，

圖1 制動鼓工藝圖

圖2 裂紋缺陷
　　用戶使用一段時間后經常出現裂紋、失圓現象而報廢（見圖2）

圖2 裂紋缺陷

　　1 鐵水化學成分選定
　　鐵液化學成分選定，根據汽車制動鼓的使用性能，技術條件以及切削加工性制定合理的Cr、Cu灰鑄鐵的化學成分。經生產實踐驗證，確定汽車制動鼓鑄件的鐵液化學成分為：C 3．4-3．7、Si1．5-21、Mn 0．7-1．0 S苧0．12、 p5 0．15、Cr0．354)．5、Cu0．44)．6。鑄件驗收標準；單鑄試棒抗拉強度：_>250(Mpa)，本體解剖抗拉強度要求：_>220-300(Mpa)，制動面布氏硬度要求：187-241，本體上不允許有萊氏體，游離碳化物引％；游離碳化物+磷共晶9％；細片狀珠光體->95％，A型片狀石墨均勻分布三80％；石墨長度3-5級。
　　1.1碳和硅
　　C和Si都是強烈促進石墨化的元素。C含量高，鑄件組織中石墨數量也相應增多，對制動鼓這一特殊(耐熱、耐磨)的鑄件，組織中要求有一定數量的石墨即高的CE，由于石墨在鑄鐵中熱傳導性最好，隨著C含量的增加，石墨含量也隨之增加，這樣有利于散熱，從而減少珠光體發生轉變的可能性。高C帶來的強度下降由合金化解決。硅在一定含量時可制造耐熱鑄鐵，據此，硅也是提高鑄鐵耐熱性元素。現將硅定為1．5-2．1％，是根據我廠及國內同行業生產HT250對硅的要求
　　及各廠的控制水平而制定的。按耐熱性的需求，硅的上限還可以提高一些，如美國制動鼓應用實例中，硅的上限大多在2．1％以上，最高到2．75％
　　1.2 錳、硫、磷
　　灰鑄鐵中Mn得作用主要是平衡S的不良影響，當Mn的含量大于1．75S+0．3時，有穩定珠光體的作用，故灰鑄鐵中Mn量較高。而因Cr的加入，基體得到強化，Mn的含量就相應減少。Mn>1．0％時，制動鼓加工表面容易出現白口層，使機加工困難；Mn<0．5％時，鑄件硬度不易保證，因而Mn的含量為0．7％-1．0％。S是灰鑄鐵中得有害元素，使鑄件有熱裂紋傾向，含量應嚴格控制在0．12％以下。P使灰鑄鐵有冷裂的缺點，但因一定量的P能形成顯微硬度高的磷共晶，提高鑄件硬度，故灰鑄鐵中P含量略微偏高。磷常能增加鑄鐵的耐磨性，略改善導熱性，耐熱性和長大等性能。現在我們定的上限0．12％，而在美國制動鼓應用實例中，磷的上限大多在0．2％，最高到0．33％，有些還要求下限為0．15％
　　1.3 鉻和銅
　　Cr的加入基于提高和穩定制動鼓鑄件硬度為目的。生產實踐發現Cr>0．5％后，制動鼓加工表面白口層偏高，硬度偏高，機加工困難。所以，Cr的含量應控制在Cr0．35％-4)．5％。Cu可細化組織，用來提高鑄鐵的耐磨性，抗磨性能，以及耐振性，因此適用于有滑動磨擦的零件，如制動鼓，與鉻配合使用，含量0．4％—0．6％。美國制動鼓應用實例為1．0-1．5％。
　　2 生產條件
　　灰鐵生產采用5t／h雙排距熱風沖天爐，出水溫度1400~C以上，在出水槽加0．3％』．5的75Si-Fe進行隨流孕育。熔煉過程元素變化率大致為C：+30％～50％， Si： —10％-20％， Mn—15％-25％，Cr-5％-10％，P基本不變，S+40％-60％(”+”表示增加， ”-“表示燒損)。 爐前澆注150mmx40mmx20mm三角試塊，同樣的砂型中澆注~30mmx250mm圓柱試棒用以切取金相試樣、抗拉試棒和硬度測試試樣。合金元素Cr是60％的高碳鉻鐵形式從后爐與金屬爐料一起加入，Cu元素是以電解銅形式放入爐前澆注包內沖入鐵水熔化方法加入。金屬爐料為廢鋼和球鐵回爐料。
　　3 生產要點
　　3.1 熔煉過程質量控制
　　各種爐料嚴格分類堆放，表面要清潔，稱量下料要按工藝進行，熔煉過程中要根據爐況控制好風量、風壓，以保證爐況的穩定和提高鐵液的溫度及沖天爐熔化率，要嚴格控制好爐后合金加入量，以避免鐵液成分波動過大。
　　3.2 爐前控制
　　爐前檢測是制動鼓鑄件熔煉控制的最后環節，直接反應鐵液質量，爐前每包鐵液都檢查三角試塊要求白口寬度為1—4個。
　　4 結果及分析
　　為了考察化學成分鑄件機械性能的影響，通過5天試產，得出下列數據。

5 實際效果

我公司從2011年開始采用此熔煉工藝后，原先存在的制動鼓失圓、裂紋現象得到大幅度改善，效益明顯。

6 結論

(1)化學成分和合金元素對鑄件力學性能影響很大，通過調整C含量并進行合金化處理(Cr-Cu)，可有效提高制動鼓材質的強度、硬度和抗熱疲勞性進而提高制動鼓的使用壽命。但是要嚴格控制Cr、Cu的準確含量。

(2)為了提高制動鼓的抗熱疲勞性，必須提高制動鼓的散熱性，也就必須提高制動鼓的C含量。

（摘自《鑄造》）