CN105779891A - 一种用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法 - Google Patents

一种用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法，包括如下步骤：将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到物料a；将物料a出炉进行浇注，冷却至400～500℃，进行表面机加工得到物料b；将物料b升温至T1℃进行奥氏体化，然后保温3～4h，取出置于温度为220～230℃的硝盐浴中，升温至T2℃，保温4～5h得到用于刹车片的高硬度摩擦块；其中T1＝1100+K1×240×100×(nC+nW+nZr)/28.7，T2＝345+K2×100×(nC+nW+nZr)，K1的值为5～8，K2的值为28～30，nC、nW、nZr分别表示碳元素、钨元素和锆元素在物料a中所占重量百分比。

Description

一种用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法
技术领域
本发明涉及刹车片技术领域，尤其涉及一种用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法。
背景技术
汽车刹车片对汽车运行的安全性、可靠性有着至关重要的影响，是汽车非常重要的零部件之一。
目前，国外汽车刹车片多采用树脂基摩擦片，其使用温度一般不高于250℃，温度过高会造成摩擦片树脂基体的老化、开裂，使摩擦片磨损率急剧增加，摩擦系数也发生很大的变化。现在普遍采用的是粉末冶金法制备的金属基复合材料摩擦片，其具有导热性能好、摩擦副温升低、许用温度高等优点。粉末冶金制动材料的使用温度较高，当制动温度达到500℃时，它仍能保持较小的磨损率和较优良的摩擦特性，对制动盘的热影响较小，并能保证汽车在恶劣气候条件下安全运行。
但目前汽车刹车片中制动摩擦块需要吸收的制动能量越来越大，温度可高达700℃，会引起刹车摩擦块易出现发生形变等问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法，所得摩擦块耐磨性能优异，硬度可达HRC72，冲击韧性可达8J/cm2，满足实际使用过程中对摩擦块的要求。
本发明提出的一种用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到物料a，其中物料a按重量百分比包括：C：0.6～0.9％，Si：0.3～0.4％，V：0.2～0.3％，W：0.07～0.10％，Nb：0.05～0.08％，Zr：0.03～0.04％，Cr：3.3～3.6％，Ti：0.002～0.005％，Sc：0.003～0.006％，Bi：0.005～0.008％，B：0.06～0.09％，Y：0.07～0.10％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe；
S2、将物料a出炉进行浇注，冷却至400～500℃，进行表面机加工得到物料b；
S3、将物料b升温至T1℃进行奥氏体化，然后保温3～4h，取出置于温度为220～230℃的硝盐浴中，升温至T2℃，保温4～5h得到用于刹车片的高硬度摩擦块；其中T1＝1100+K1×240×100×(nC+nW+nZr)/28.7，T2＝345+K2×100×(nC+nW+nZr)，K1的值为5～8，K2的值为28～30，nC、nW、nZr分别表示碳元素、钨元素和锆元素在物料a中所占重量百分比。
本发明中各元素作用如下：
碳(C)：作为形成石墨球的主要元素，可以有效的控制石墨个数及石墨大小，同时，适当的碳当量可以使铁液易于流动，增加铁液的充型能力，减少缩松缩孔，提高铸件的致密性，但是碳含量过高，容易产生石墨漂浮，影响铸铁的性能，还会降低钢的耐大气腐蚀能力，增加钢的冷脆性和时效敏感性。
硅(Si)：作为强烈促进石墨化的元素，又能起到孕育的效果。较高的含硅量对铸件的浇注及自补缩都有很大的好处，能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度。硅含量高些，对形成球状石墨有利，但硅含量超过3.0％时，冲击韧性会急剧降低，还能降低钢的焊接性能。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用。
钒(V)：作为钢的优良脱氧剂，可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
钨(W)：可与碳形成碳化钨，具有很高的硬度和耐磨性，能显著提高红硬性和热强性。
铌(Nb)：能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度、抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力，改善焊接性能，防止晶间腐蚀现象，但塑性和韧性有所下降。
锆(Zr)：在钢中作用与铌、钛、钒相似，有脱氧、净化和细化晶粒的作用，提高钢的低温韧性，消除时效现象，提高钢的冲压性能。
铬(Cr)：可提高淬透性，能显著提高强度、硬度和耐磨性，还能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，但会降低塑性和韧性，同时也是碳化物形成元素，在球墨铸铁中，它能与碳生成M3C型碳化物可以作为有效的硬质点弥散分布在基体上，提高材料的硬度及耐磨度。经试验发现证实：含Cr0.5％，碳化物约占15～20％，满足实际需求。
钛(Ti)：能使钢的内部组织致密，细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性，消除或减轻钢的晶间腐蚀现象，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能它能细化晶粒力。固溶强化作用强，但降低固溶体的韧性，固溶于奥氏体中提高钢的淬透性，但化合钛却降低钢的淬透性。改善回火稳定性，并有二次硬化作用，提高耐热钢的抗氧化性和热强性，如蠕变和持久强度，且改善钢的焊接性。
铋(Bi)：可改善钢的切削性能，微粒铋与切削工具接触后熔化，起润滑剂作用，并且使切屑断裂，避免过热，从而可提高切削转速，还能改善不锈钢的切削性能。
硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
钪(Sc)和钇(Y)：影响钢中非金属夹杂物的类型、数量和形态，净化钢质，减少了Al2O3对疲劳性能的危害，对高周疲劳和低周疲劳都很有利，促进钢中的组织转变，可吸附在正在长大的固态晶核表面，形成薄的富集层，降低表面能，阻碍晶体生长，从而降低了晶体长大速率，细化树枝状晶体，抑制柱状晶生长，进而减少枝晶偏析和区域偏析，细化晶粒，抑制回火脆性，提高钢的热塑性、热强性、疲劳性能、耐磨性、抗氢致脆性、抗氧化性。
优选地，S1的物料a中，碳元素、钒元素的重量比为0.7～0.8：0.22～0.26。
优选地，S1的物料a中，钛元素、钪元素和钇元素的重量比为0.003～0.004：0.004～0.005：0.08～0.09。
优选地，S1中，物料a按重量百分比包括：C：0.7～0.8％，Si：0.32～0.34％，V：0.22～0.26％，W：0.08～0.09％，Nb：0.06～0.07％，Zr：0.033～0.036％，Cr：3.4～3.5％，Ti：0.003～0.004％，Sc：0.004～0.005％，Bi：0.006～0.007％，B：0.07～0.08％，Y：0.08～0.09％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe。
优选地，S3中，K1的值为6～7，K2的值为28.5～29。
奥氏体化温度较高时，奥氏体中碳含量较高时，奥氏体更加稳定，最终组织中具有较多的高碳残余奥氏体，等温温度较高时，奥氏体不易转变成针状铁素体和马氏体，也使得最终组织中具有较多的高碳残余奥氏体；而奥氏体组织可以改善材料的冲击韧性，但是会降低材料的硬度；在热处理过程中，冲击韧性和硬度表现出相互竞争、动态变化的过程，因此，根据合金成分调整热处理制度，平衡冲击韧性与硬度的关系成为获得良好综合性能的关键。本发明采用强碳化物与等温淬火相互结合，使得贝氏体+奥氏体基体中弥散分布着M3C型铬碳化合物，通过整体考虑奥氏体化温度、等温淬火温度、奥氏体化时间、等温淬火的保温时间，揭示四个工艺参数之间的关系，通过对四个工艺参数进行综合考虑，优化了热处理工艺制度，使得材料具有良好的综合性能，发现奥氏体化温度、等温淬火温度与碳元素、钨元素、锆元素存在线性关系，随着碳元素、钨元素、锆元素含量的增多，提高奥氏体化温度、等温淬火温度可提高本发明所得用于刹车片的高硬度摩擦块的硬度和韧性，其硬度可达HRC72，冲击韧性可达8J/cm2。同时本发明还采用钒元素与碳元素相互配合，钒元素固溶于奥氏体中，降低了碳的扩散速度，从而延缓奥氏体的转变，延长贝氏体转变的孕育期，因此便于增加贝氏体型铁素体的数量；在奥氏体化过程中，凝固组织中形成的VC颗粒具有“钉扎”作用，阻碍了晶界的移动和晶粒的长大，细化了奥氏体的晶粒，从而为贝氏体提供了更多的有利形核位置，使得在等温淬火过程中贝氏体的数量增加，并细化了贝氏体组织，使外圈中残余奥氏体的量逐渐减少，针状铁素体的量逐渐增加且变得细小致密，且碳化物(Cr，Fe)7C3、VC和V4C3的数量也随之增多，大幅提高本发明的韧性、硬度、耐磨性能和接触疲劳性能；而钛元素、钪元素和钇元素相互配合，能使本发明的内部组织致密，细化晶粒组织，促进钢中的组织转变，可吸附在正在长大的固态晶核表面，形成薄的富集层，降低表面能，阻碍晶体生长，从而降低了晶体长大速率，减少枝晶偏析和区域偏析，在钒、碳配合的基础上进一步提高强度和韧性，还能提高抗疲劳性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到物料a，其中物料a按重量百分比包括：C：0.6％，Si：0.4％，V：0.2％，W：0.10％，Nb：0.05％，Zr：0.04％，Cr：3.3％，Ti：0.005％，Sc：0.003％，Bi：0.008％，B：0.09％，Y：0.10％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe；
S2、将物料a出炉进行浇注，冷却至400℃，进行表面机加工得到物料b；
S3、将物料b升温至1130.94℃进行奥氏体化，然后保温4h，取出置于温度为220℃的硝盐浴中，升温至367.2℃，保温5h得到用于刹车片的高硬度摩擦块。
实施例2
本发明提出的一种用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到物料a，其中物料a按重量百分比包括：C：0.9％，Si：0.3％，V：0.3％，W：0.07％，Nb：0.08％，Zr：0.03％，Cr：3.6％，Ti：0.002％，Sc：0.006％，Bi：0.005％，B：0.09％，Y：0.07％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe；
S2、将物料a出炉进行浇注，冷却至500℃，进行表面机加工得到物料b；
S3、将物料b升温至1166.90℃进行奥氏体化，然后保温3h，取出置于温度为230℃的硝盐浴中，升温至373℃，保温4h得到用于刹车片的高硬度摩擦块。
实施例3
本发明提出的一种用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到物料a，其中物料a按重量百分比包括：C：0.7％，Si：0.34％，V：0.22％，W：0.09％，Nb：0.06％，Zr：0.036％，Cr：3.4％，Ti：0.004％，Sc：0.004％，Bi：0.007％，B：0.07％，Y：0.09％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe；
S2、将物料a出炉进行浇注，冷却至450℃，进行表面机加工得到物料b；
S3、将物料b升温至1148.35℃进行奥氏体化，然后保温3.6h，取出置于温度为225℃的硝盐浴中，升温至368.54℃，保温4.5h得到用于刹车片的高硬度摩擦块。
实施例4
本发明提出的一种用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到物料a，其中物料a按重量百分比包括：C：0.8％，Si：0.32％，V：0.26％，W：0.08％，Nb：0.07％，Zr：0.033％，Cr：3.5％，Ti：0.003％，Sc：0.005％，Bi：0.006％，B：0.08％，Y：0.08％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe；
S2、将物料a出炉进行浇注，冷却至480℃，进行表面机加工得到物料b；
S3、将物料b升温至1145.81℃进行奥氏体化，然后保温3.2h，取出置于温度为225℃的硝盐浴中，升温至371.48℃，保温4.8h得到用于刹车片的高硬度摩擦块。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到物料a，其中物料a按重量百分比包括：C：0.6～0.9％，Si：0.3～0.4％，V：0.2～0.3％，W：0.07～0.10％，Nb：0.05～0.08％，Zr：0.03～0.04％，Cr：3.3～3.6％，Ti：0.002～0.005％，Sc：0.003～0.006％，Bi：0.005～0.008％，B：0.06～0.09％，Y：0.07～0.10％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe；
S2、将物料a出炉进行浇注，冷却至400～500℃，进行表面机加工得到物料b；
S3、将物料b升温至T1℃进行奥氏体化，然后保温3～4h，取出置于温度为220～230℃的硝盐浴中，升温至T2℃，保温4～5h得到用于刹车片的高硬度摩擦块；其中T1＝1100+K1×240×100×(nC+nW+nZr)/28.7，T2＝345+K2×100×(nC+nW+nZr)，K1的值为5～8，K2的值为28～30，nC、nW、nZr分别表示碳元素、钨元素和锆元素在物料a中所占重量百分比。
2.根据权利要求1所述用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法，其特征在于，S1的物料a中，碳元素、钒元素的重量比为0.7～0.8：0.22～0.26。
3.根据权利要求1或2所述用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法，其特征在于，S1的物料a中，钛元素、钪元素和钇元素的重量比为0.003～0.004：0.004～0.005：0.08～0.09。
4.根据权利要求1-3任一项所述用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法，其特征在于，S1中，物料a按重量百分比包括：C：0.7～0.8％，Si：0.32～0.34％，V：0.22～0.26％，W：0.08～0.09％，Nb：0.06～0.07％，Zr：0.033～0.036％，Cr：3.4～3.5％，Ti：0.003～0.004％，Sc：0.004～0.005％，Bi：0.006～0.007％，B：0.07～0.08％，Y：0.08～0.09％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe。
5.根据权利要求1-4任一项所述用于刹车片的高硬度摩擦块的制备方法，其特征在于，S3中，K1的值为6～7，K2的值为28.5～29。
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