汽車制動鼓是最常見的制動裝置,也是汽車安全行駛的重要保證。隨著汽車不斷向高速、重載等方向發展,原有的材料已不能滿足日益增長的要求,開發綜合性能優異的新型制動鼓材料是當務之急。釩鈦蠕墨鑄鐵是以釩鈦生鐵為原材料獲得一種新型蠕墨鑄鐵,具有優良的綜合性能,是制動鼓的理想材料。 本文研究了以富含釩鈦合金元素的釩鈦生鐵為原材料,經特殊的蠕化處理、孕育處理工藝獲得釩鈦蠕墨鑄鐵的方法,測試分析了釩鈦蠕墨鑄鐵的力學性能、金相組織、顯微組織、耐磨性能、導熱性能、壁厚敏感性以及蠕化衰退性,設計了釩鈦蠕墨鑄鐵汽車制動鼓的澆注系統。比較了釩鈦蠕墨鑄鐵與釩鈦灰鑄鐵在力學性能、金相組織、耐磨性能和導熱性能方面的差異,分析了產生原因。 力學性能測試結果表明,釩鈦蠕墨鑄鐵的抗拉強度在350MPa以上,布氏硬度為230～280HBW,延伸率在1.42%以上,達到了RuT340標準,力學性能明顯優于釩鈦灰鑄鐵。金相組織觀察發現,試驗各爐次試樣的石墨形態均為蠕蟲狀和球狀混合,其中蠕蟲狀石墨均在60%以上;各爐次試樣的基體組織為珠光體、鐵素體、少量滲碳體和合金化合物,其中珠光體量在50%以上。 通過掃描電鏡(SEM)和能譜(EDS)分析了釩鈦等合金元素在蠕墨鑄鐵中的作用和斷裂機制。結果表明:釩鈦元素在蠕墨鑄鐵中主要以方塊狀、多邊形狀、三角形狀等釩鈦碳化物形態以及固溶于滲碳體的方式存在。由于釩鈦化合物的彌散強化、釩鈦滲碳體的固溶強化以及釩鈦元素細化晶粒和細化石墨的作用,使得釩鈦蠕墨鑄鐵的強度和硬度得到了提高。但當釩鈦元素以及As等元素以沉淀相存在于晶界或者富集于晶界時會降低釩鈦蠕墨鑄鐵的強度及塑性。釩鈦蠕墨鑄鐵的斷口裂紋源自石墨聚集區,斷口微觀形貌為少量淺韌窩和河流花樣共存,表現為韌-脆混合斷裂。 采用激光熱常數儀和往復摩擦磨損試驗機測試了釩鈦蠕墨鑄鐵、釩鈦灰鑄鐵的導熱性能和磨損性能。結果表明:釩鈦蠕墨鑄鐵具有較高的導熱系數,尤其是在高溫時仍能保持較高的導熱性能,高溫時的導熱系數甚至高于釩鈦灰鑄鐵。釩鈦蠕墨鑄鐵的耐磨性能明顯優于普通合金灰鑄鐵,釩鈦蠕墨鑄鐵的磨損率與釩鈦灰鑄鐵相比低27%~35%左右,釩鈦蠕墨鑄鐵的摩擦系數比釩鈦灰鑄鐵高40%~55%左右。 對釩鈦蠕墨鑄鐵壁厚敏感性研究發現,當壁厚在50mm～15mm變化時,階梯試樣硬度值增加并不明顯,組織變化不明顯;當壁厚在15mm～8mm變化時,階梯試樣硬度增加較大,組織也存在明顯變化,但總體說來壁厚敏感性較小。蠕化衰退性研究表明:蠕化處理后不同時間澆注蠕鐵的力學性能存在一定的差別,但澆注時間在15min以內時衰退表現得不是十分明顯,不同澆注時間蠕鐵的力學性能和金相組織可以用殘留稀土量、殘留鎂量和殘留硫含量對蠕化率綜合作用的系數β值來衡量。β值越大,球化率增大,蠕化率減小。