一种刹车片摩擦块的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种刹车片摩擦块的制备方法，包括：将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料；将第一物料出炉进行浇注，冷却至375～395℃，进行表面机加工得到第二物料；将第二物料升温至Ta℃进行奥氏体化，然后保温，取出置于温度为200～220℃的硝盐浴中，升温至Tb℃，保温，油冷至100～120℃，接着升温至Tc℃进行回火，保温，空冷至室温得到刹车片摩擦块；Ta＝1050+Ka×(nCo+nMo)/nNb，Ka的值为60～70，Tb＝355+Kb×(nCo+nMo)/nNb，Kb的值为18～20，Tc＝200+Kc×100×(nNb+nCo+nMo)，Kc的值为170～200。
【专利说明】
一种刹车片摩擦块的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及刹车片技术领域，尤其涉及一种刹车片摩擦块的制备方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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°C，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°C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。
[0004]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7000C，会引起刹车摩擦块易出现发生形变等问题。
【发明内容】
[0005]基于【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种刹车片摩擦块的制备方法，所得摩擦块耐磨性能优异，硬度可达HRC 68，冲击韧性可达8.8J/cm2，满足实际使用过程中对摩擦块的要求。
[0006]本发明提出的一种刹车片摩擦块的制备方法，包括如下步骤:
[0007]S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料，其中第一物料按重量百分比包括:C: 1.0?1.3%，S1:0.3?0.4%，Mn:0.35?0.45%，N1:0.07?0.10%，W:0.03?0.05%，Nb:0.05?0.06%，Zr:0.008?0.012%，Cr:2.5?2.8%，T1:0.2?0.3%，Co:0.04?0.05%，Mo:0.02?0.03%，B:0.06?0.09%，Ce:0.07?0.10%，S<0.015%，P彡0.015%，余量为Fe;
[0008]S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至375?395 °C，进行表面机加工得到第二物料；
[0009]S3、将第二物料升温至IVC进行奥氏体化，然后保温3.5?4.5h，取出置于温度为200?220°C的硝盐浴中，升温至Tb°C，保温4?5h，油冷至100?120°C，接着升温至IVC进行回火，保温I?2h，空冷至室温得到刹车片摩擦块;其中Ta = 1050+Ka X (nco+nMo)/nNb，Ka的值S60?70，Tb = 355+KbX (11。。+道。)/咖，1(1)的值为18?20，1'。= 200+1(。\100 X (nNb+nco+nMo)，KC的值为170?200，nNb、nCc1、nM。分别表示铌元素、钴元素和钼元素在第一物料中所占重量百分比。
[0010]本发明中各元素作用如下:
[0011 ]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。
[0012]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。
[0013]锰(Mn):可以扩大奥氏体区，增强了奥氏体的稳定性；固溶在基体和碳化物中，可以强化基体，提尚硬度，提尚基体的洋透性。但是，$父尚的含猛量会弓丨起晶粒粗大，且极易富集到共晶团的边界形成珠光体或碳化物。严重时碳化物形成网状，极大地影响了材料的韧性。
[0014]镍(Ni):在钢中强化铁素体并细化珠光体，能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，还能提高钢对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]钴(Co):能强化铁素体，加入碳素钢中，在退火或正火状态下能提高钢的硬度、屈服点和抗拉强度，还具有抗氧化性能，使钢具有高的高温硬度，在耐热钢和耐热合金中得到应用。
[0021]钼(Mo):细化钢的晶粒，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。钴与钼相互配合可使钢超高硬度和良好综合力学性能。
[0022]硼(B):钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热乳性能，提高强度。
[0023]铈(Ce):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。
[0024]优选地，SI的第一物料中，碳元素、硅元素和锰元素的重量比为1.1?1.2:0.32?0.36:0.38?0.42。
[0025]优选地，SI的第一物料中，钨元素、锆元素、铬元素的重量比为0.035?0.045:0.009?0.011:2.6?2.7。
[0026]优选地，SI中，第一物料按重量百分比包括:C:1.1?1.2%，S1:0.32?0.36%,Mn:0.38?0.42%，N1:0.08?0.09%，W:0.035?0.045%，Nb:0.055?0.058%，Zr:0.009?0.011%，Cr:2.6?2.7%，T1:0.23?0.26%，Co:0.044?0.046%，Mo:0.022?0.028% ,B:
0.07?0.08%，Ce:0.08?0.09% ,S^0.015% ,P^0.015%，余量为Fe。
[0027]优选地，S3中，Ka的值为62?68，Kb的值为18.5?19，KC的值为180?190。
[0028]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。
[0029]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、回火温度、奥氏体化时间、等温淬火的保温时间、回火的保温时间，揭示六个工艺参数之间的关系，通过对六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、回火温度与铌元素、钴元素、钼元素存在函数关系，随着铌元素、钴元素之和与钼元素的比值增大，提高奥氏体化温度、等温淬火温度，使本发明所得刹车片摩擦块晶粒细化均匀，通过将回火温度随着铌元素、钴元素、钼元素含量增多而升高，显著改善本发明所得刹车片摩擦块的热脆性，通过对奥氏体化温度、等温淬火温度、回火温度进行限定，使本发明所得刹车片摩擦块的硬度可达HRC 68，冲击韧性可达8.8J/cm2。
[0030]本发明还采用碳元素、硅元素和锰元素相互配合，提高淬透性，使得贝氏体+奥氏体基体中弥散分布着M3C型铬碳化合物，进一步提高本发明的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性;而钨元素、锆元素、铬元素相互配合固溶于奥氏体中，降低了碳的扩散速度，在奥氏体化过程中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，从而延缓奥氏体的转变，延长贝氏体转变的孕育期，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。
【具体实施方式】
[0031]下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0032]实施例1
[0033]本发明提出的一种刹车片摩擦块的制备方法，包括如下步骤:
[0034]S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料，其中第一物料按重量百分比包括:C: 1.0%，S1:0.4%，Mn:0.35%，N1:0.10%，W:0.03%，Nb:0.06%，Zr:0.008% ,Cr:2.8% ,T1:0.2% ,Co:0.05% ,Mo:0.02% ,B: 0.09% ,Ce:0.07%0.015%，P彡0.015%，余量为Fe;
[0035]S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至395°C，进行表面机加工得到第二物料；
[0036]S3、将第二物料升温至1120°C进行奥氏体化，然后保温3.5h，取出置于温度为220°(:的硝盐浴中，升温至378.3°(:，保温411，油冷至120°(:，接着升温至222.1°(:进行回火，保温lh，空冷至室温得到刹车片摩擦块。
[0037]实施例2
[0038]本发明提出的一种刹车片摩擦块的制备方法，包括如下步骤:
[0039]S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料，其中第一物料按重量百分比包括:(::1.3%，5丨:0.3%，]\111:0.45%，祖:0.07%，1:0.05%，恥:0.05%，Zr: 0.012% ,Cr: 2.5% ,Ti: 0.3% ,Co:0.04 % ,Mo:0.03% ,B: 0.06% ,Ce:0.10%0.015%，P彡0.015%，余量为Fe;
[0040]S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至375°C，进行表面机加工得到第二物料；
[0041]S3、将第二物料升温至1148°C进行奥氏体化，然后保温4.5h，取出置于温度为200°C的硝盐浴中，升温至380.2°C，保温5h，油冷至100°C，接着升温至224°C进行回火，保温2h，空冷至室温得到刹车片摩擦块。
[0042]实施例3
[0043]本发明提出的一种刹车片摩擦块的制备方法，包括如下步骤:
[0044]S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料，其中第一物料按重量百分比包括:C: 1.1%，S1:0.36% ,Mn:0.38% ,Ni:0.09% ,ff:0.035% ,Nb:0.058% ,Zr:0.009% ,Cr:2.7% ,T1:0.23% ,Co:0.046% ,Mo:0.022% ,B: 0.08% ,Ce:
0.08% ,S^0.015% ,P^0.015%，余量为Fe;
[0045]S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至390°C，进行表面机加工得到第二物料；
[0046]S3、将第二物料升温至1122.7°C进行奥氏体化，然后保温3.8h，取出置于温度为215 °C的硝盐浴中，升温至377.3 °C，保温4.2h，油冷至115 °C，接着升温至222.7 °C进行回火，保温1.2h，空冷至室温得到刹车片摩擦块。
[0047]实施例4
[0048]本发明提出的一种刹车片摩擦块的制备方法，包括如下步骤:
[0049]S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料，其中第一物料按重量百分比包括:C: 1.2%，S1:0.32% ,Mn: 0.42 % ,Ni:0.08% ,ff: 0.045% ,Nb:
0.055% ,Zr:0.011% ,Cr:2.6% ,T1:0.26% ,Co:0.044% ,Mo:0.028% ,B: 0.07% ,Ce:
0.09%,S^0.015% ,P^0.015%，余量为Fe;
[0050]S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至380°C，进行表面机加工得到第二物料；
[0051]S3、将第二物料升温至1139°C进行奥氏体化，然后保温4.2h，取出置于温度为205°C的硝盐浴中，升温至379°C，保温4.5h，油冷至105°C，接着升温至224.13°C进行回火，保温
1.6h，空冷至室温得到刹车片摩擦块。
[0052]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。
【主权项】
1.一种刹车片摩擦块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 51、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料，其中第一物料按重量百分比包括:C: 1.0 ?1.3%，S1:0.3 ?0.4% ,Mn: 0.35 ?0.45%，N1:0.07 ?0.10%，W:0.03?0.05%，Nb:0.05?0.06%，Zr:0.008?0.012%，Cr:2.5?2.8%，T1:0.2?0.3%，Co:0.04?0.05%，Mo:0.02?0.03%，B:0.06?0.09%，Ce:0.07?0.10%，S<0.015%，P彡0.015%，余量为 Fe; 52、将第一物料出炉进行浇注，冷却至375?395°C，进行表面机加工得到第二物料； 53、将第二物料升温至Ta°C进行奥氏体化，然后保温3.5?4.5h，取出置于温度为200?220°C的硝盐浴中，升温至Tb°C，保温4?5h，油冷至100?120°C，接着升温至IVC进行回火，保温1?211，空冷至室温得到刹车片摩擦块;其中1'3=1050+1\(1^。+1?。)/11_，1的值为60?70，Tb = 355+KbX (nco+nMo)/nNb，Kb的值为 18?20，TC = 200+KCX 100X (nNb+nco+nMo)，KC的值为170?200，nNb、nCc1、nM。分别表示铌元素、钴元素和钼元素在第一物料中所占重量百分比。2.根据权利要求1所述刹车片摩擦块的制备方法，其特征在于，SI的第一物料中，碳元素、硅元素和锰元素的重量比为1.1?1.2:0.32?0.36:0.38?0.42。3.根据权利要求1或2所述刹车片摩擦块的制备方法，其特征在于，SI的第一物料中，钨元素、锆元素、铬元素的重量比为0.035?0.045:0.009?0.011:2.6?2.7。4.根据权利要求1-3任一项所述刹车片摩擦块的制备方法，其特征在于，SI中，第一物料按重量百分比包括:c: 1.1?1.2%，S1:0.32 ?0.36%，Mn: 0.38 ?0.42 %，N1:0.08 ?0.09%，W:0.035?0.045%，Nb:0.055?0.058%，Zr:0.009?0.011 %，Cr:2.6?2.7% ,Ti:0.23?0.26%，Co:0.044?0.046%，Mo:0.022?0.028%，B:0.07?0.08%，Ce:0.08?0.09% ,S^0.015% ,P^0.015%，余量为Fe。5.根据权利要求1-4任一项所述刹车片摩擦块的制备方法，其特征在于，S3中，Ka的值为62?68，Kb的值为18.5?19，1(。的值为180?190。
【文档编号】C22C38/12GK105886946SQ201610235326
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】杨国军
【申请人】芜湖德业摩擦材料有限公司