对制动鼓用灰铸铁的质量要求

对制动鼓用灰铸铁的质量要求

    总体而言，灰铸铁是适于制造制动鼓的材料，但由于制动鼓的工况条件极为严酷，对所用的灰铸铁还必须有一些特殊的要求。

1、碳含量和石墨在组织中所占体积分数

    由于制动鼓在制动过程中温度瞬时升高，产生的热量必须尽快地逸散，热导率是极其重要的性能。热导率高，可以使制动鼓内的温度梯度减小，从而使产生的热应力减小，避免因热应力和热疲劳而致的破损。

    在实验室条件下，以相同的循环温度变化对不同材质的试样进行试验的结果表明，珠光体基体球墨铸铁试样的耐热疲劳寿命高于基体组织类似的灰铸铁试样。但是，由于灰铸铁的热导率较高、在相同的使用条件下，用灰铸铁制动鼓制动时所达到的*高温度低于球墨铸铁制动鼓。同时，片状石墨还有缓冲基体组织膨胀的作用，因而其实际使用寿命高于球墨铸铁制动鼓。从实际应用的效果考虑，制动鼓一般都采用灰铸铁制造而不用球墨铸铁。

    灰铸铁的热导率与石墨在其中所占的体积分数和石墨片的尺寸有密切关系，增加片状石墨的含量并使石墨片的尺寸较大，灰铸铁的热导率就较高，在相同的作业条件下，可使基体组织所达到的温度降低，从而使总体的热应力较小。

    为使铸铁的微观组织中有较多的石墨片，以保证其具有较高的热导率，乘用车制动鼓的碳含量应该在3.4%以上，载重车辆在3.5%以上，重型车辆的制动鼓则应在3.7%以上，而且这是首要的质量要求。在此种条件下，铸铁中石墨所占的体积分数大致为11～13％，铸铁的热导率大约是其基体材料的2倍。

    我国迄今尚未制定相关的国家标准或行业标准，有些铸件购买方也未对制动鼓用灰铸铁的碳含量提出明确的要求，不少铸造厂就简单地按灰铸铁牌号、保证试样的抗拉强度，

     将碳含量控制在3.2%～3.3%之间，对于保证铸铁的强度合格当然是适宜的。但是，这种做法不能保证制动鼓的基本质量要求，是不能允许的。

2、石墨片的分布形状和长度

    灰铸铁中产生的裂纹都沿石墨的基面发展，其方向不受金属基体晶界或珠光体取向的影响。石墨片分布形状为A型的灰铸铁，组织中的石墨片无方向性，疲劳的初期产生的小裂纹是散乱分布的，因而具有较好的抵抗产生热疲劳裂纹的能力。因此，制动鼓铸件的显微组织中，石墨的形态应该是A型。B型、D型和E型石墨都会导致热疲劳性能恶化，同时也会使铸铁的力学性能降低。

    如果片状石墨过于细小，则灰铸铁的热导率较低，基体组织受热膨胀时石墨的缓冲作用也较差。因此，制动鼓所用的灰铸铁，组织中的石墨片应比较粗大，不宜太细小，石墨长度应为2～4级或3～5级。

    美国ASTM A159 “汽车用灰铸铁件”标准中，对片状石墨的分布形状和石墨片的长度都作了具体规定。片状石墨的分布形状应为A型。对强度要求较低的灰铸铁，石墨片的长度为2～4级；对强度要求较高的灰铸铁，石墨片的长度为3～5级。

3、基体组织

    由于铸铁组织中石墨所占的体积分数较大，而且石墨片又比较粗大，铸铁的力学性能当然较低，因而。用作制动部件的灰铸铁，对力学性能的要求都不太高，抗拉强度的*低值一般为175 MPa、200 MPa或250 MPa，到目前为止，还未见有要求抗拉强度高于300 MPa的品牌。

    为使这种特殊用途的灰铸铁的常温力学性能符合规格要求，必须认真控制铸铁的冶金质量和孕育处理过程，使铸铁基体组织为较细的珠光体。抗拉强度要求200 MPa以上的品牌，显微组织的铁素体量不得多于5 %。铁素体含量太高，不仅影响强度，而且会使制动鼓的加工性能恶化，耐磨性和使用寿命降低。

    对于强度和硬度要求较高的品种，有时不得不加入少量Cu、Cr、Mo等合金元素。在此种情况下，应严格控制合金元素的加入量，以性能达到要求为度，过多的合金含量会使石墨细小、体积分数减少，对制动鼓的使用寿命反而有负面的影响。