汽車制動(dòng)鼓是最常見的制動(dòng)裝置,也是汽車安全行駛的重要保證。隨著汽車不斷向高速、重載等方向發(fā)展,原有的材料已不能滿足日益增長的要求,開發(fā)綜合性能優(yōu)異的新型制動(dòng)鼓材料是當(dāng)務(wù)之急。釩鈦蠕墨鑄鐵是以釩鈦生鐵為原材料獲得一種新型蠕墨鑄鐵,具有優(yōu)良的綜合性能,是制動(dòng)鼓的理想材料。 本文研究了以富含釩鈦合金元素的釩鈦生鐵為原材料,經(jīng)特殊的蠕化處理、孕育處理工藝獲得釩鈦蠕墨鑄鐵的方法,測(cè)試分析了釩鈦蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能、金相組織、顯微組織、耐磨性能、導(dǎo)熱性能、壁厚敏感性以及蠕化衰退性,設(shè)計(jì)了釩鈦蠕墨鑄鐵汽車制動(dòng)鼓的澆注系統(tǒng)。比較了釩鈦蠕墨鑄鐵與釩鈦灰鑄鐵在力學(xué)性能、金相組織、耐磨性能和導(dǎo)熱性能方面的差異,分析了產(chǎn)生原因。 力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明,釩鈦蠕墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度在350MPa以上,布氏硬度為230～280HBW,延伸率在1.42%以上,達(dá)到了RuT340標(biāo)準(zhǔn),力學(xué)性能明顯優(yōu)于釩鈦灰鑄鐵。金相組織觀察發(fā)現(xiàn),試驗(yàn)各爐次試樣的石墨形態(tài)均為蠕蟲狀和球狀混合,其中蠕蟲狀石墨均在60%以上;各爐次試樣的基體組織為珠光體、鐵素體、少量滲碳體和合金化合物,其中珠光體量在50%以上。 通過掃描電鏡(SEM)和能譜(EDS)分析了釩鈦等合金元素在蠕墨鑄鐵中的作用和斷裂機(jī)制。結(jié)果表明:釩鈦元素在蠕墨鑄鐵中主要以方塊狀、多邊形狀、三角形狀等釩鈦碳化物形態(tài)以及固溶于滲碳體的方式存在。由于釩鈦化合物的彌散強(qiáng)化、釩鈦滲碳體的固溶強(qiáng)化以及釩鈦元素細(xì)化晶粒和細(xì)化石墨的作用,使得釩鈦蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度和硬度得到了提高。但當(dāng)釩鈦元素以及As等元素以沉淀相存在于晶界或者富集于晶界時(shí)會(huì)降低釩鈦蠕墨鑄鐵的強(qiáng)度及塑性。釩鈦蠕墨鑄鐵的斷口裂紋源自石墨聚集區(qū),斷口微觀形貌為少量淺韌窩和河流花樣共存,表現(xiàn)為韌-脆混合斷裂。 采用激光熱常數(shù)儀和往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了釩鈦蠕墨鑄鐵、釩鈦灰鑄鐵的導(dǎo)熱性能和磨損性能。結(jié)果表明:釩鈦蠕墨鑄鐵具有較高的導(dǎo)熱系數(shù),尤其是在高溫時(shí)仍能保持較高的導(dǎo)熱性能,高溫時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)甚至高于釩鈦灰鑄鐵。釩鈦蠕墨鑄鐵的耐磨性能明顯優(yōu)于普通合金灰鑄鐵,釩鈦蠕墨鑄鐵的磨損率與釩鈦灰鑄鐵相比低27%~35%左右,釩鈦蠕墨鑄鐵的摩擦系數(shù)比釩鈦灰鑄鐵高40%~55%左右。 對(duì)釩鈦蠕墨鑄鐵壁厚敏感性研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)壁厚在50mm～15mm變化時(shí),階梯試樣硬度值增加并不明顯,組織變化不明顯;當(dāng)壁厚在15mm～8mm變化時(shí),階梯試樣硬度增加較大,組織也存在明顯變化,但總體說來壁厚敏感性較小。蠕化衰退性研究表明:蠕化處理后不同時(shí)間澆注蠕鐵的力學(xué)性能存在一定的差別,但澆注時(shí)間在15min以內(nèi)時(shí)衰退表現(xiàn)得不是十分明顯,不同澆注時(shí)間蠕鐵的力學(xué)性能和金相組織可以用殘留稀土量、殘留鎂量和殘留硫含量對(duì)蠕化率綜合作用的系數(shù)β值來衡量。β值越大,球化率增大,蠕化率減小。