[发明专利]灰铸铁合金和含有所述灰铸铁合金的制动盘

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分的灰铸铁合金。本发明还涉及含有根据本发明的灰铸铁合金的制动盘。

背景技术

灰铸铁是一种铸铁，它的结构由在例如珠光体基体中的石墨片，所谓的层状石墨组成。就振动吸收和热传导而言，该结构赋予灰铸铁良好的特性，使其成为用于制动盘合适的材料。

当在制动期间车辆的动能转化为其中的热时，制动盘受到大量的负载。反复制动操作随着时间流逝可能导致在同样受到磨损的盘中形成裂纹。控制裂纹形成的机理是所谓的热机械疲劳。在制动期间盘的反复加热和冷却导致使它们塑性变形的应力并且最终导致其中的裂纹。

改善制动盘的高温特性并且从而改善它们对热疲劳的抗性的一种已知方法是在制备盘的灰铸铁材料中添加多种合金元素。然而，这些合金元素，例如钼是昂贵的，导致已知制动盘的总成本高。EP1646732B1涉及特别用钼合金的制动盘。

本发明的一个目的是提供一种适用于制备制动盘的经济有效的灰铸铁合金。本发明的另一目的是提供一种经济有效的制动盘。

发明内容

根据本发明，该目的通过一种灰铸铁合金实现，其含有(以重量％计)：

C：≤4.2％

Si：＜1.30％

Mn：0.4-0.8％

Nb：0.05-0.4％

Cr：≤0.4％

Cu：≤0.7％

V+Ti+Mo：≤0.4％

P：＜0.05％

S：＜0.1％

余量包含Fe和天然存在的杂质，并且饱和度Sc表示为

％C/(4.26-0.317*(％Si)+0.027(％Mn)-0.3(％P))大于1。

合金物质仔细称量的含量导致一种灰铸铁合金，其具有非常良好的高温特性和耐磨性。这使得灰铸铁合金非常适合作为制动盘的材料，特别用于重型车辆例如卡车。

含有根据本发明的灰铸铁合金的制动盘对热机械疲劳具有良好的抗性并具有良好的耐磨性。它还可以以低成本制备，因为组成该盘的灰铸铁合金主要包括以相对低的成本可获得的合金物质。

灰铸铁合金的碳含量优选为3.9-4.1％。

灰铸铁合金的硅含量优选为1-1.25％。

灰铸铁合金的锰含量优选为0.5-0.7％。

灰铸铁合金的铌含量优选为0.1-0.4％。

更优选地，灰铸铁合金的铌含量为0.15-0.35％。

灰铸铁合金的铬含量优选不大于0.2％。

灰铸铁合金的铜含量优选为0.4-0.6％。

根据另一可选择的方案，灰铸铁合金具有≤0.2％的钒含量。

根据另一可选择的方案，灰铸铁合金具有≤0.05％的钛含量。

根据另一可选择的方案，灰铸铁合金具有≤0.3％的钼含量。

硫含量优选小于0.08％。

磷含量优选小于0.025％。

本发明还涉及含有如上所述的灰铸铁合金的制动盘。

发明详述

铸件产品，例如由根据本发明的灰铸铁合金制备的制动盘，具有在珠光体基体中的层状石墨的主要结构。层状石墨结构赋予铸件产品良好的热传导性并且珠光体基体保证良好的强度和耐磨性。

将以下合金物质引入到根据本发明的灰铸铁合金中：

碳(C)

灰铸铁合金的碳含量影响当合金凝固时析出的层状石墨的比例。因此重要的是根据本发明的灰铸铁合金的碳含量是高的，因为由它制备的制动盘将随后具有高比例的层状石墨，导致高热导率并且从而具有更少的热诱导的应力。然而，过高的碳含量引起石墨主要析出并由此漂浮，导致在灰铸铁中非均匀的结构和差的特性。因此，根据本发明的合金的碳含量应当不大于4.2重量％。优选应当在3.9-4.1重量％之间以保证高和均匀的热导率。

硅(Si)

将硅引入到灰铸铁合金中以改进其可铸性并且防止白凝固(white solidification)。为了确保这一点，硅含量需要不小于1重量％。然而，硅促进了合金的珠光体基体的解体，因此高硅含量降低了合金的稳定性，特别在高温下。因此，硅含量必须限制低于1.30重量％。它应当优选在1-1.25重量％之间以确保在灰铸铁合金中的珠光体基体。

磷(P)

磷是灰铸铁中的杂质，其可以在凝固合金中形成脆的磷杂质。因此其必须被限制小于0.05重量％，优选小于0.025重量％。

硫(S)