蠕墨铸铁制动盘的生产工艺研究

1 前言

蠕墨铸铁兼有球墨铸铁和灰铸铁的性能，在欧洲得到了长足的发展，并将蠕墨铸铁应用于发动机缸体等重要铸件上。近年来，人们对蠕化剂、蠕化处理方法的研究相对比较集中，取得了一定的成绩。国内一些企业也对蠕墨铸铁进行了深入的研究，并将研究成果应用于发动机缸体、缸盖、排气管、各类制动盘等关键零部件。

生产调试对象为直径Φ600mm的蠕墨铸铁刹车制动盘，制动盘需要具备的特点是好的耐磨性、导热性、稳定的耐热疲劳等性能。工艺内容主要包括熔炼工艺、蠕化处理工艺，造型工艺、辅助材料的选择等。本文着重介绍了调试过程中遇到的一些比较突出的问题，并提出了有效的解决方案。鉴于固有蠕化处理工艺的原因，此次新产品调试的难点在于：（1）原铁水中需含有0.04%~0.1%的Ti元素；（2）芯砂以及铸造涂料的选择。

钛是一种晶界偏析型反球化元素。Ti在奥氏体中的平衡分配系数很低，90％以上钛原子偏聚于液相，它能增加碳的活度。研究结果表明：对于蠕墨铸铁来说，我们反而经常在其中加入一定量的钛。以增加蠕化的稳定性。

李秋书等人研究了钛元素在蠕墨铸铁中的存在形式及分布规律。结果发现钛在蠕墨铸铁中呈块状析出。其主要成分是碳氮化钛、碳硫化钛和碳化钛等，这些块状化合物硬度极高，弥散分布在基体中，有效提高了蠕墨铸铁的耐磨性能。

Yih．Hsun.Shy等通过试验发现加入0.15％Ti能够使蠕墨铸铁的蠕化率提高10％，同时还能增加珠光体含量。由两步法蠕化处理的特点和实验数据表明，对于500kg不含钛铁水包蠕化预处理时加入蠕化剂在0.3%~0.4%可以保证壁厚均匀的铸件的蠕化率保持在80%以上，依次推测对含钛的铁水进行蠕化处理时，为了保证产品相应的蠕化率，蠕化剂的加入量必须有所提高，才能保证蠕铁中的球状石墨的数量，从而稳定产品的各项性能。

另外，钛与硫的亲和力大于铁与硫的亲和力，而且TiS比MnS更稳定。在MnS较低时，钛具有良好的脱硫作用概括起来，蠕墨铸铁中加入钛可以提高产品的耐磨性能、蠕化率、珠光体含量，稳定蠕墨铸铁的生产稳定性，同时还可以起到脱硫的作用。但是由于我们采用的蠕化工艺无法检测到Ti的影响，且此产品要求蠕化率稳定在75%~95%，珠光体在75%以上，因此说Ti的加入增加了精确控制蠕墨铸铁组织与力学性能的难度。

2　试验方案及条件

2.1 铁水化学成分

蠕铁生产一般采用共晶附近的成分用来改善铸造性能，常用的碳当量为4.45%～4.55%；根据铸件技术要求，原铁水的化学成分如表1所示。通过蠕化和孕育处理后的铁液成分如表2所示，其中镁和稀土为蠕化反应后的残留稀土和残留镁。

2.2 蠕化处理工艺的确定

两步法铸铁蠕化处理工艺：当浇包沿着生产工艺前行时，对每一包铁水进行测量和前馈校正。初始的蠕化

蠕墨铸铁制动盘的生产工艺研究

冯志明1，蔡安克1，范随长1，程俊伟1，黄胜操1，甄艳君2，韩建普2

（1.第一拖拉机股份有限公司工艺材料研究所，河南洛阳471004；

2．一拖（洛阳）铸造有限公司球铁厂，河南洛阳471004）

摘要：在一拖公司某铸造厂或铸造车间，采用两步法蠕化处理工艺，对蠕墨铸铁制动盘的生产工艺进行了研究；通过调整浇注温度、芯砂材料、涂料等途径有效地解决了固化剂中苯磺酸等因素对石墨形态的不良影响，消除了铸件内腔表面的片状石墨，稳定了铸件的蠕化率、力学性能，固化了蠕铁制动盘的生产工艺；同时研究结果表明：相同条件下，含0.5%左右钛元素铁液与未含Ti元素的铁液相比，蠕化剂的加入量增加了0.3%~0.35%。另外蠕铁生产过程中，型砂、芯砂、涂料等辅材的选择非常重要。

关键词：两步法；蠕化处理工艺；硫；芯砂；涂料

预处理采用冲入法，并有意将铁水做成欠蠕化处理状态以便可以立即在浇注前精确加入少量镁和孕育剂。在批量生产最终校正阶段，镁的平均加入量小于30克/吨。测量—校正技术防止了在将蠕化预处理铁水浇注成最终产品时自然出现的变化和波动，从而获得一致的蠕墨铸铁件和最佳的微观组织，并且避免了缩孔缩松缺陷。如图1所示。2.3 试验条件

试验条件：采用10吨中频电炉熔炼，800kg浇包处理并浇注，出炉温度初定为1540℃，浇注温度保证在1410℃以上。采用电子秤严格控制出铁量，以及蠕化剂和孕育剂的加入量，保证实际出铁量与计划的误差在10kg以内，确保蠕化处理效果，其中为了消除Ti的反球化作用，蠕化预处理的蠕化剂加入范围为0.45%~0.7%，孕育剂的加入量在0.5%左右。蠕化预处理采用包底冲入法，蠕化剂采用特制的蠕化剂，孕育剂采用75硅铁。第一步采用包底冲入法进行蠕化预处理，蠕化剂和硅铁等材料分先后顺序依次加入包底堤坝同一侧。第二步采用炉前检测系统对蠕化预处理后铁液进行蠕化及孕育效果

检测，并根据检测结果采用“喂丝法”对预处理后的铁液进行蠕化调整处理。完成两步蠕化处理后分别浇注Y 试块，检测其石墨形态、基体组织和力学性能。

产品调试在一拖公司某铸造厂或铸造车间进行，造型材料采用潮模砂，主要由石英砂、煤粉膨润土以及水混合而成。采用热芯盒制芯，芯砂由原砂、固化剂、树脂组成。涂料采用石墨涂料，上涂工艺为砂型未刷涂料，只有芯子刷涂料。2.2 蠕化处理工艺的确定

两步法铸铁蠕化处理工艺：当浇包沿着生产工艺前行时，对每一包铁水进行测量和前馈校正。初始的蠕化预处理采用冲入法，并有意将铁水做成欠蠕化处理状态以便可以立即在浇注前精确加入少量镁和孕育剂。在批量生产最终校正阶段，镁的平均加入量小于30克/吨。测量—校正技术防止了在将蠕化预处理铁水浇注成最终产品时自然出现的变化和波动，从而获得一致的蠕墨铸铁件和最佳的微观组织，并且避免了缩孔缩松缺陷。如图1

所示。

表1 感应炉内原铁水化学成分

成分C Si Mn P S Cu Mo Ti 范围

3.6~3.9

1.7~

2.0

0.7~1.3

≤0.06

≤0.025

0.7~1.2

0.2~0.4

0.04~0.8

表2 制动盘化学成分

成分C Si Mn P S Cu Mo Ti Mg 残RE 残范围

3.5~3.8

2.0~2.5

0.7~1.3

≤0.06

≤0.024

0.7~1.2

0.2~0.4

0.04~0.8

0.014~0.018

0.02~0.045

2.3 试验条件

试验条件：采用10吨中频电炉熔炼，800kg浇包处理并浇注，出炉温度初定为1540℃，浇注温度保证在1410℃以上。采用电子秤严格控制出铁量，以及蠕化剂和孕育剂的加入量，保证实际出铁量与计划的误差在10kg以内，确保蠕化处理效果，其中为了消除Ti的反球

化作用，蠕化预处理的蠕化剂加入范围为0.45%~0.7%，孕育剂的加入量在0.5%左右。蠕化预处理采用包底冲入法，蠕化剂采用特制的蠕化剂，孕育剂采用75硅铁。第一步采用包底冲入法进行蠕化预处理，蠕化剂和硅铁等材料分先后顺序依次加入包底堤坝同一侧。第二步采用炉前检测系统对蠕化预处理后铁液进行蠕化及孕育效果

图1....两步法蠕化处理工艺流程图