正確認(rèn)識(shí)對(duì)汽車(chē)用制動(dòng)鼓的質(zhì)量要求

    汽車(chē)用制動(dòng)鼓是非常重要的安全部件，對(duì)鑄造的內(nèi)在質(zhì)量有特殊的技術(shù)要求。但是，令人擔(dān)心的是：據(jù)中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)所作的調(diào)查，在眾多制造制動(dòng)鼓的企業(yè)中，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求有正確了解的卻為數(shù)不多。
    以鑄造的碳含量為例：為使鑄鐵的微觀組織中有較多的石墨片，以保證其具有較高的熱導(dǎo)率，乘用車(chē)制動(dòng)鼓的碳含量應(yīng)該在3.4%以上，重型車(chē)輛的制動(dòng)鼓則應(yīng)該在3.7%以上，而且這是首要的質(zhì)量要求。實(shí)際上，多數(shù)廠家只是簡(jiǎn)單地按強(qiáng)度要求，將碳含量控制在3.2%左右，正確了解這一基本要求的鑄造企業(yè)甚少。
    至于對(duì)鑄造微觀組織的要求，美國(guó)ASTMA159-83“汽車(chē)用灰鑄鐵件”標(biāo)準(zhǔn)中。對(duì)石墨的形態(tài)、石墨片的長(zhǎng)度和基本組織都作了具體規(guī)定。我國(guó)和其他一些國(guó)家尚未制定相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，鑄件購(gòu)買(mǎi)方往往未對(duì)此提出明確的要求，只按牌號(hào)要求試樣的抗拉強(qiáng)度。這種條件下，在生產(chǎn)過(guò)程中認(rèn)真控制顯微組織的廠家很少。
    1.制動(dòng)鼓的工況條件
    汽車(chē)制動(dòng)鼓，制動(dòng)時(shí)會(huì)因摩擦而導(dǎo)致溫度升高，隨后又會(huì)因金屬的熱導(dǎo)率而迅速冷卻，在使用過(guò)程中要經(jīng)過(guò)反復(fù)的加熱和冷卻，重型汽車(chē)的制動(dòng)鼓，制動(dòng)時(shí)溫度可達(dá)850℃，因而摩擦表面上易于產(chǎn)生裂紋。這種裂紋通常稱(chēng)之為熱疲勞裂紋、熱龜裂或網(wǎng)狀裂紋。
    一般說(shuō)來(lái)，熱疲勞是因?yàn)闇囟茸兓�引起的熱�?yīng)力循環(huán)作用而產(chǎn)生的疲勞。對(duì)于制動(dòng)鼓，溫度循環(huán)變化的作用，除產(chǎn)生熱應(yīng)力外，還會(huì)導(dǎo)致金屬材料內(nèi)部的組織變化，從而使應(yīng)力加劇。此外，制動(dòng)鼓作業(yè)時(shí)，各部位受熱不均勻、各微觀組織組成部分的熱膨脹不同，在反復(fù)加熱、冷卻的條件下，也會(huì)造成交變應(yīng)力。
    在使用過(guò)程中，其組織可能發(fā)生多種相變，如：
    ①在800℃附近或略低于800℃，共晶碳化物分解為石墨和鐵素體；
    ②珠光體和鐵素體在800℃以上轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體；
    2.石墨組織對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響
    灰鑄鐵中，石墨組織對(duì)熱疲勞裂紋的產(chǎn)生有非常重要的影響，主要是：
    ①如果灰鑄鐵中的石墨比較粗大、數(shù)量較多，則其熱膨脹系數(shù)較低；
    ②灰鑄鐵的熱導(dǎo)率與石墨在其中所占的體積分?jǐn)?shù)和石墨片的尺寸成正比。 
    因此，增加石墨量并使石墨片的尺寸較大，在相同的作業(yè)條件下，可使機(jī)體組織達(dá)到的溫度降低，從而使總體的熱應(yīng)力較小；
    ③石墨有緩沖基體組織膨脹的作用，而且還是一種固態(tài)潤(rùn)滑劑。
    3.石墨形態(tài)的影響
    無(wú)論是灰鑄鐵還是球墨鑄鐵，熱疲勞裂紋*初都產(chǎn)生于石墨的基面�；诣T鐵中，裂紋沿石墨的基面發(fā)展，其方向不受金屬基體晶界或珠光體取向的影響。具有A型石墨的灰鑄鐵，組織中的石墨片無(wú)方向性，疲勞的初期產(chǎn)生的裂紋時(shí)散亂分布的，因而具有較好的抵抗熱疲勞裂紋的能力。因此，制動(dòng)鼓鑄件的顯微組織中，石墨形態(tài)應(yīng)該是A型。B、D、E/型石墨都會(huì)導(dǎo)致鑄鐵的力學(xué)性能降低、熱疲勞性能惡化。
    球墨鑄鐵中，石墨的基面在球狀石墨的直徑方向，但球狀石墨不能緩沖基體中產(chǎn)生的應(yīng)力，會(huì)在石墨與鐵素體的界面上產(chǎn)生裂紋。然后，再產(chǎn)生徑向裂紋，通過(guò)鐵素體殼擴(kuò)展到珠光體，直到另一個(gè)石墨球。
    4.基體組織的影響
    按實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的結(jié)果，珠光體基體抗疲勞裂紋的能力較強(qiáng)，但是，在存在大量片狀石墨的情況下，基體組織對(duì)抗熱疲勞性能的影響很小，可不予考慮。
有的標(biāo)準(zhǔn)中限定鐵素體和碳化物的含量，主要是為了保證常溫強(qiáng)度和硬度。
     5.對(duì)制動(dòng)鼓用灰鐵的質(zhì)量要求
    基于以上幾個(gè)方面的考慮，對(duì)制動(dòng)鼓用灰鐵，除按照車(chē)輛特點(diǎn)規(guī)定力學(xué)性能和硬度的要求外，還有以下特殊要求：
    必須規(guī)定很低碳含量以保證組織中石墨所占的體積分?jǐn)?shù)，小型車(chē)制動(dòng)鼓的碳含量一般為3.4%，中型車(chē)為3.5%，重型車(chē)為3.6%或3.7%。在此條件下，鑄鐵中的石墨所占的體積分?jǐn)?shù)大致為11-12%，鑄鐵的導(dǎo)熱率大約是①其基體組織的2倍；
    ②規(guī)定石墨形態(tài)為A型；
    ③不允許過(guò)于細(xì)小的石墨，規(guī)定石墨長(zhǎng)度為2-4級(jí)或3-5級(jí)；
    ④基體以珠光體為主，要限定鐵素體含量或鐵素體和滲碳體的總量。
    符合上述要求的鑄鐵，常溫強(qiáng)度不很高，但是抵抗熱疲勞的能力很好。石墨片過(guò)于細(xì)小的灰鑄鐵，雖然常溫強(qiáng)度較高，但抵抗熱疲勞的能力較差。
    為使車(chē)主特殊用途的灰鑄鐵的常溫力學(xué)性能符合規(guī)定要求，除認(rèn)真控制鑄鐵的冶金質(zhì)量和孕育處理過(guò)程外，對(duì)于強(qiáng)度和硬度要求較高的品種，有時(shí)不得不加入Cu、Cr、Mo等合金元素。在此情況下，應(yīng)嚴(yán)格控制合金元素的加入量，以性能達(dá)到要求為度，過(guò)度的合金元素會(huì)使石墨細(xì)小、體積分?jǐn)?shù)較少，對(duì)制動(dòng)鼓的使用壽命有負(fù)面的影響。
    在實(shí)驗(yàn)室條件下，以相同的循環(huán)溫度變化對(duì)不同材質(zhì)的試樣進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果表明，珠光體基體組織的球墨鑄鐵試樣的耐熱疲勞壽命高于基體組織類(lèi)似的灰鑄鐵試樣。但是，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，就必須進(jìn)一步考慮其他因素的影響。由于灰鑄鐵達(dá)到熱導(dǎo)率較高、熱膨脹系數(shù)較低，而且片狀石墨能緩沖基體組織的膨脹，在相同的使用條件下，用灰鑄鐵制動(dòng)鼓制動(dòng)時(shí)所達(dá)到的*高溫度低于球墨鑄鐵制動(dòng)鼓，其實(shí)際使用壽命高于球墨鑄鐵制動(dòng)鼓。因此，一般不使用球墨鑄鐵制造制動(dòng)鼓。