——淺談蠕墨鑄鐵制動鼓的生產實踐。
壹、前言(制動鼓現狀)
2010年以來，我國汽車產量已超過18萬輛，超過美國，躍居世界第壹。汽車保有量也達到了654.38+0.2億。汽車產量的超常增長給汽車零部件市場帶來了繁榮和混亂。汽車制動鼓是汽車行駛系統的重要組成部分，屬於車橋總成。車橋公司目前只是壹個零部件公司，壹個子公司，或者只是汽車廠的OEM供應商，利潤空間遠不及汽車廠，競爭異常激烈。車橋公司為了降低成本，還采購壹些外形簡單或利潤微薄的零部件，如卡車制動鼓，迫使壹些有實力的大代工廠放棄生產制動鼓或簡化生產工藝，而壹些小廠則乘虛而入，造成“大廠不願意做，小廠做不好”的現狀，導致制動鼓質量下降，難以投入制動鼓的進壹步研究。有些車軸公司本來可以對車軸實行“5萬公裏賠償”的規定，但是因為制動鼓的原因不敢提出來。
據了解，制動鼓的使用壽命因路況不同、超載與否、駕駛員操作習慣、生產廠家不同而差異很大。壹般來說，壹輛車如果配備原廠，使用壽命可以超過65，438+萬公裏，但市場上如果配備配件，往往只有5萬公裏。對於貨車來說，原廠配置可以達到3-5萬公裏甚至更高(在平原地區行駛，剎車少，路況好可以達到8萬公裏以上)，而配件市場的鼓大多在3萬公裏以下，甚至不到654.38+0萬公裏。
頻繁更換制動鼓不僅浪費了大量的財力物力，更是行駛過程中制動鼓失效可能造成車毀人亡的可怕事故。因此，改進制動鼓的材料，提高其使用壽命和可靠性，應該是汽車工業和鑄造工業的責任。
制作制動鼓最好的材料是什麽？要回答這個問題，首先要了解制動鼓的作用和制動鼓的失效形式。
二、制動鼓的功能和對材料的基本要求
汽車制動鼓的使用功能和對材料的基本要求如下:
1，承載重物，制動時承受較強的機械沖擊，負載越多，速度越快，沖擊越大，因此要求制動鼓具有足夠高的機械性能；
2.制動時，動能通過幹滑動摩擦迅速轉化為熱能並盡快散發出去，因此要求制動鼓具有良好的導熱性；
3.在山區頻繁制動或長時間下山制動使制動鼓溫度不斷升高，有時需要用水激冷降溫，或者雨天行駛時，雨水會濺到滾燙的制動鼓上，因此要求制動鼓具有良好的熱疲勞性能；
4.制動依靠制動鼓內圓面(摩擦面)與制動蹄摩擦片之間的摩擦力，因此要求制動鼓具有良好的耐磨性和抗咬合性。
5.現代汽車追求乘坐舒適性，要求降低制動時的振動和噪聲。所以要求制動尺寸穩定，內部組織均勻，減震性好。
三、制動鼓的失效形式
目前市場上的汽車制動鼓大多是灰鑄鐵材質，也有少數復合鑲嵌鼓。還有壹批蠕墨鑄鐵制動鼓投放市場試用。
浩鑫公司[1]的趙永奇等人對“三包”補償的35500灰鑄鐵貨車制動鼓的失效形式進行了統計分析，失效原因如下表所示:
失敗原因
裂縫
滿是裂縫
放下底部
沒有明顯的失敗
異常磨損
過度磨損
總數
數量(件)
26492
5764
1831
947
330
136
35500
比例(%)
74.63%
16.23%
5.16%
2.67%
0.93%
0.38%
100
趙永奇等人指出，事實上，大多數有裂紋的部分都是先有裂紋的。由於“三包”賠償服務人員分不清楚，裂縫往往被算作裂縫。
從統計中可以看出，開裂、龜裂占“三包”總賠償的90%以上，而磨損(正常磨損和非正常磨損之和)只占總數的1.3%。
不知道公司的“三包”裏程或者“三包”賠付率。筆者曾在黔北至重慶綦江壹帶做過調查，發現當地零件經銷商要求在制動鼓的摩擦面上加工壹圈深度約為1mm的溝槽，並與用戶約定，如果溝槽仍然可見，且制動鼓有損傷(如開裂、掉底等)。)，會免費更換，如果把凹槽磨到看不見，也不會補償。據零件經銷商介紹，這個凹槽是磨平的，壹般需要行駛3萬公裏左右。在當地，制動鼓在“三包”期間的賠付率為:主機廠公司提供的配件約為10%，小企業提供的配件為15-20%。
綜上所述，3萬公裏以內自動擋鼓早期失效的主要原因是開裂、龜裂(90.9%)，其次是掉底(5.16%)，遠沒有到磨損失效的程度。
失敗的原因很清楚，就是材質不合格，抗拉強度太低，或者局部壁厚太薄。這多半是因為生產過程失控，或者小企業生產的“水貨”。而開裂(龜裂)是由熱沖擊引起的。汽車制動時，巨大的制動熱負荷和熱沖擊使制動鼓上產生很大的溫度梯度，產生很高的熱應力；由於制動產生的巨大熱能，摩擦區會產生足以引起相變的高溫，從而產生相變應力。熱應力和相變應力的存在使得材料的力學性能不均勻。在頻繁的制動荷載作用下，產生裂縫。這些裂縫大多是間斷的或連續的，不斷延伸成網(即裂縫)。嚴重時裂縫又寬又長，就是裂縫。
第四，制動鼓的材料
目前制造汽車制動鼓的材料主要有三種，即灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵和復合材料。常用作火車制動盤材料的鑄鋼或鍛鋼在汽車制動鼓中尚未見報道。
1，灰鑄鐵
灰鑄鐵具有優良的導熱性、較低的彈性模量、良好的減震性、較高的強度、良好的耐磨性和較低的價格，至今仍是汽車制動鼓的首選。但是，隨著汽車的加速和載重的增加，汽車的動能呈幾何級數增加，制動時產生的熱沖擊也大大增加，導致制動鼓早期失效頻繁，開裂急劇增加。因此，鑄造工人采取了兩種對策:
(1)在保持良好導熱性的前提下，提高材料的強度。
由於灰鑄鐵中石墨的形狀和大小對導熱系數至關重要，為了保證組織中有足夠的3-5級的A型石墨，必須保持較高的碳當量(壹般在3.8%以上)，所以只能通過低合金化來提高鑄鐵的抗拉強度。通常添加的合金及其範圍為:Cr 0.15-0.45%，Mo 0.15-0.65%，Cu 0.4-0.8%，Ni 0.2-0.5%，部分還添加了Sn和V，但組合添加效果更好。低合金灰鑄鐵的抗拉強度可達220-260Mpa。目前大部分商用車制動鼓都采用這種措施來提高制動鼓的使用壽命。
數據[2]介紹在碳當量為3.93%，Cr為0.27%，Cu為0.68%的亞晶鑄鐵剎車盤中加入0.1%Nb，抗拉強度達到222 MPa，A型石墨長度為4-5，符合TL011標準要求。這種材料已經用於普通汽車的剎車盤。
低合金化雖然可以使灰鑄鐵的抗拉強度超過260Mpa(只是稍微降低碳當量)，但石墨往往細小，導熱系數下降，加工性能變差，不利於提高制動鼓的使用壽命，不適合作為制動鼓的材料。也就是說，在保持良好導熱性能的前提下，能夠提高的強度是有限的。
②在保證壹定強度的前提下，提高材料的導熱系數。
有些豪華轎車不僅要求制動盤使用壽命長，而且要求制動時噪音低、無振動，所以選用具有優良減震性和導熱性的高碳當量灰鑄鐵作為制動盤的材料。資料[2]介紹大眾采用* * *晶灰鑄鐵作為高級轎車(標準號TL048)的剎車盤，要求碳當量控制在4.4-4.5%左右，長度為3-5的A型石墨，允許少量長度為2的A型石墨和個別C型石墨，摩擦表面硬度為150-200HB，抗拉強度。據資料[3]顯示，為解決汽車制動噪音和抖動問題，豐田汽車公司選用高碳當量灰鑄鐵，通過控制孕育，使A型石墨長度達到100μm以上(相當於國標中1的石墨長度)，抗拉強度達到175-225Mpa。
這種對石墨形狀和尺寸要求很高的灰鑄鐵，生產難度很大，不是所有鑄造廠都能生產的。此外，由於其低強度，這種材料不適合用於通常使用鼓式制動器的商用車的制動鼓。
2.復合材料
目前配件市場上有壹些鑲嵌式制動鼓，其摩擦面(內圈)采用高強度鋼，外圈采用導熱性好的灰鑄鐵，兩種材料鑲嵌(據說也是熔合)。這種材料有利於減少早期制動鼓的開裂。但由於兩種材料熱膨脹系數不同，多次冷熱沖擊後鑲嵌變得松散，所以使用壽命不是很長。再加上價格高，不普及。
3蠕墨鑄鐵
早在七八十年代，鑒於蠕墨鑄鐵優異的抗熱疲勞性能，國內鑄造工作者就開發了蠕墨鑄鐵制動鼓。但是，也許是因為當時汽車數量少，載重低，速度慢，蠕墨鑄鐵的生產穩定性難以控制，蠕墨鑄鐵制作的制動鼓並沒有得到產品設計者的重視和認可。進入新世紀後，汽車的數量、載重、速度雖然有了質的飛躍，但制動鼓材質的改進卻被短期利益綁架，“水貨”沖刷市場，優質產品得不到補償。再加上普遍存在的嚴重超載，讓人分不清是制動鼓本身的問題還是用戶的問題。同時，近20年來，鐵路部門的技術人員對制動機系列進行了卓有成效的研發工作，將蠕墨鑄鐵制動盤應用於速度≤160km/h的客車上，還制定了行業標準，如TB/T2444-1993《鐵路機車車輛蠕墨鑄鐵通用技術條件》和TB。
只要根據汽車制動鼓的工作條件和對材料的基本要求(即抗拉強度、導熱系數、耐磨性)來比較蠕墨鑄鐵和灰鑄鐵，就可以得出蠕墨鑄鐵更好的結論——當然，這還得用實際使用來驗證。
①拉伸強度
灰鑄鐵用作制動鼓材料的抗拉強度只有150-260Mpa，而蠕鐵可達350-450Mpa，蠕鐵的高溫強度遠高於灰鑄鐵。
②導熱系數
蠕墨鑄鐵的導熱系數介於灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，蠕化率越高越接近灰鑄鐵。蠕墨鑄鐵的碳當量高於灰鑄鐵，即含有較多導熱性能優良的石墨；蠕墨鑄鐵中的石墨是相互連接的，不像球狀石墨那樣是孤立的。雖然蠕墨鑄鐵* * *晶團之間的石墨不像灰鑄鐵那樣交織在壹起，但是蠕墨鑄鐵的* * *晶團數量很少(通常25px長度內灰鑄鐵* * *晶團數量為10-20，蠕墨鑄鐵為20-50，球墨鑄鐵為65430)。
③耐磨性
張永珍等人[5]對鑄鐵的摩擦特性進行了長期研究，認為蠕墨鑄鐵在幹滑動摩擦條件下，與球墨鑄鐵和灰鑄鐵相比，磨損率最低，摩擦系數最高，摩擦系數衰減最小。蠕墨鑄鐵摩擦表面的三維形貌不同於球墨鑄鐵和灰鑄鐵。球墨鑄鐵和灰口鑄鐵摩擦表面的主要特征是切削形成的溝脊形貌，但灰口鑄鐵的溝寬而深，球墨鑄鐵的溝窄而淺，而蠕墨鑄鐵的主要特征是切削形成的剝落坑-島狀凸峰，沒有明顯的切削溝。蠕墨鑄鐵具有良好的耐磨性。
即使蠕墨鑄鐵是制作汽車制動鼓的好材料，但蠕化率是高是低，珠光體含量是多是少，人們仍然無法達成壹致。杜在福建省建陽市的鑄造公司自2009年以來壹直在開發蠕鐵制動鼓，數千件蠕鐵制動鼓已在貴州北部山區使用。根據這些生產和使用經驗，筆者有以下看法:
論蠕變速率
ISO標準和國標對蠕墨鑄鐵的定義都是蠕化率≥80%，但也指出冷卻速度對蠕化率的影響很大，所以並不總是要求每個鑄件的蠕化率都在80%以上，可以根據鑄件的結構和實際使用情況來確定最佳的蠕化率。制動鼓壁厚均勻，要求導熱性好，所以蠕變速率要高壹些，但壹定不能出現片狀石墨。根據杜鑄造公司的生產經驗，即使采用沖洗法也能穩定獲得蠕變率≥80%的鑄件。而≥70%的蠕變率和≥80%的蠕變率在加工和實際使用上沒有明顯區別，所以按照杜甫公司的企業標準，制動鼓的蠕變率≥70%。
論珠光體含量
有人認為制動鼓是耐磨件，原灰鐵制動鼓的珠光體含量大多在97%以上，所以生產蠕墨鑄鐵制動鼓也應該有較高的珠光體含量。其實不壹定。原因有三:a)資料[5]指出蠕墨鑄鐵比球墨鑄鐵和灰鑄鐵具有更好的耐磨性。也可以認為混合基體的蠕墨鑄鐵的耐磨性與珠光體基體的球墨鑄鐵和灰鑄鐵相當；b)鑄態蠕墨鑄鐵更容易產生鐵素體。與球墨鑄鐵和灰鑄鐵不同，高珠光體含量的鑄態鑄鐵只能通過調整常規元素的成分來獲得。為了獲得高珠光體的鑄態蠕墨鑄鐵，必須添加更多的珠光體促進元素，如Cu、Cr、Mn、Mo和Sn，這必然導致制造成本的增加。c)制動鼓的失效分析表明，磨損不是失效的主要原因，花費大量資金提高現有剩余功能的耐磨性是資源浪費。
杜所在公司的企業標準《卡車蠕墨鑄鐵制動鼓鑄件技術條件》規定了RnT350、RnT400、RnT450三個等級，均要求蠕變率≥70%，但珠光體含量分別為≥35%、≥50%和≥60%。投放市場的蠕墨鑄鐵制動鼓沒有壹個因磨損而報廢。
動詞 （verb的縮寫）蠕墨鑄鐵制動鼓的生產實踐
杜在福建省建陽市的鑄造公司，原是鑄造合金生產的專業鑄造廠，為國內壹些廠家生產球化劑和孕育劑，年生產能力1.5萬噸。2006年，我們擴大業務，成立了鑄造公司，生產工程機械的差速器殼、輪殼等球墨鑄鐵件，供廈門工程機械公司橋箱公司使用。2009年開發出蠕墨鑄鐵制動鼓，現年產球墨鑄鐵件1萬噸，蠕墨鑄鐵制動鼓5萬件。
1生產資料
1.1熔化
使用1t中頻爐熔化鐵水，爐料為廢鋼+增碳劑+回爐料，生鐵用量小於20%(多數情況下不加生鐵)。所有的費用都必須稱重。用熱分析控制爐前碳、矽量，用熱電偶快速測溫。出鋼溫度為1500±200℃
1.2蠕蟲狀處理
采用1t球化處理包(兩種球化處理包通用)，壩式和沖入蠕化處理。
采用自制專利蠕化劑。因為是用球墨鑄鐵處理的，蠕化劑裏沒有Ti(原鐵水裏也沒有Ti)。蠕化劑含有稀土元素14-16%，鎂元素3-5%，以及壹些鈣、鋁、矽和鐵元素。0.6-0.8%(基於鐵水重量)。
采用二次孕育，包底加入孕育劑(含Ba4%的75矽鐵)0.2%，隨流孕育劑0.3-0.4%(均含Ba4%的75矽鐵)。澆註時不再隨流孕育。
因為爐料變化不大，已經精確稱量，蠕化處理是全爐排空，嚴格控制鐵水出爐溫度，所以蠕化率非常穩定。蠕化後，澆註時間應控制在65438±05分鐘以內。
1.3建模
采用Z148造型機，濕砂型，1件/型。
澆註系統采用頂註多內澆口，保證制動鼓結構均勻，內部無縮松、縮孔。
2.生產穩定性
統計了2011 . 5 . 20-6.18的月度生產數據，期間開爐77臺。
2.1蠕變速率(VG%):見下表。
生產日期
采樣次數m
蠕變率統計
VG濃度≥70%
VG濃度≥80%
當置信度為95%時，蠕變速率的範圍為` x ^ 2б。
平均值/均值
差別
標準偏差
` x
稀有
б
2011年5.20-6.18
77
84.90%
20%
7.47%
100%
80.70%
70.0-99.9
註:①金相試樣取自工廠正常生產時澆註的Y形試塊。
②蠕化率:鐵水的0.6-0.8%。
從表中可以看出，蠕變速率的穩定性很高。
2.2機械性能:
抗拉強度:350-506兆帕，
伸長率:1.5-6.0%
硬度:HB 143-211。
珠光體含量:25%-65%
由於牌號不同，合金成分不同，力學性能數據比較分散，不適合進行統計分析。
3.標準:
2011年，杜所在公司制定了我國第壹部企業標準《汽車蠕墨鑄鐵制動鼓鑄件技術條件》，該標準包括範圍、規範性引用文件、化學成分、力學性能、金相組織、尺寸公差、鑄造缺陷、鑄件標識、表面保護包裝、儲運要求等九個方面。標準中規定了三個等級，即RuT350、RuT400和RuT450，基體中珠光體含量分別≥35%、≥ 50%和≥60%。
4.減肥和市場反應
杜的公司對壹些制動鼓進行了減重試驗。減重部分主要是滾筒的壁厚。實驗鼓為153制動鼓和1094制動鼓。將外圓旋轉2mm，使壁厚從16mm減小到12mm。153鼓原重由47.6kg降至40kg，失重率為16%。1094鼓的失重率由41 kg降至38kg，失重率為7%。現在已經投入市場測試。半年後，市場反應良好。
根據杜所在公司的跟蹤調查，蠕墨鑄鐵制動鼓的“三包”退款率因車型不同而不同。最好的是九平柴，退款率只有1.8%，最差的是斯太爾大王制動鼓，退款率8.2%。但總體來說比灰鐵桶好很多，初期投資市場回報率只有灰鐵桶的1/5-1/3。我相信通過改善市場反饋，撤退的幾率會進壹步降低。
不及物動詞結束語
1.在制作汽車制動鼓的材料中，蠕墨鑄鐵最好，使用壽命最長，生產成本與低合金灰鑄鐵相當或略高，性價比最好。
2.汽車蠕墨鑄鐵制動鼓的蠕變率應≥70%。太低會降低導熱系數，太嚴會增加生產成本。在目前條件下，只要控制好工序，即使采用搶工方式也能穩定達到VG≥70%的要求。
3.沒有必要追求高珠光體含量。根據不同的車輛和不同的使用條件，可以選擇RuT400 (≥50%P+F)、RuT450 (≥60%P+F)或RuT350(≥35%P+F)。
4.蠕墨鑄鐵制動鼓具有減重15-20%的潛力。當壁厚減小時，應註意與法蘭平滑過渡，以保證動平衡。壁的減薄有利於降低鑄件的溫度梯度和熱應力。
5.精心選擇鑄造工藝，消除鑄件中的縮孔、縮松等缺陷，使內部組織均勻，以減少內應力和制動抖動。