汽車制動(dòng)鼓最佳材質(zhì)：為什么是蠕墨鑄鐵？ 
制動(dòng)鼓功能及對(duì)材質(zhì)的基本要求
汽車制動(dòng)鼓的使用功能及對(duì)材質(zhì)的基本要求如下：
1、承載重物，剎車時(shí)承受強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊，且載重越多，速度越快，這種沖擊越大，因此要求制動(dòng)鼓有足夠高的機(jī)械性能；
2、剎車時(shí)通過干滑摩擦把動(dòng)能迅速轉(zhuǎn)化為熱能并盡快散發(fā)出去，因此要求制動(dòng)鼓有良好的導(dǎo)熱性；
3、山區(qū)行駛頻繁剎車，或下山時(shí)長時(shí)間剎車，使制動(dòng)鼓溫度不斷升高，有時(shí)需用水激冷以降溫，或在雨天行駛時(shí)，雨水會(huì)濺上發(fā)熱的制動(dòng)鼓，因此要求制動(dòng)鼓有良好的熱疲勞性能；
4、剎車時(shí)依靠制動(dòng)鼓內(nèi)圓面（摩擦面）與剎車蹄摩擦片間的摩擦制動(dòng)，因此要求制動(dòng)鼓有良好的耐磨性和抗咬合能力。
5、現(xiàn)代汽車追求乘坐舒適性，要求剎車時(shí)減少震動(dòng)、降低響聲，因此要求制動(dòng)的尺寸穩(wěn)定，內(nèi)部組織均勻并有良好的吸震性。

蠕墨鑄鐵
早在上世紀(jì)70-80年代，鑒于蠕鐵表現(xiàn)出來的優(yōu)良的耐熱疲勞性能，國內(nèi)鑄造工作者就開發(fā)了蠕鐵制動(dòng)鼓。但或許是當(dāng)時(shí)汽車擁有量少，載重不多且車速不快，加上蠕鐵生產(chǎn)穩(wěn)定性也較難控制等多種原因，蠕鐵材質(zhì)的制動(dòng)鼓沒有得到產(chǎn)品設(shè)計(jì)師們的重視和認(rèn)同。進(jìn)入新世紀(jì)后，雖然汽車數(shù)量、載重量以及車速均有了質(zhì)的飛躍，但制動(dòng)鼓材質(zhì)提升又被短暫的利益綁架，“水貨”沖斥市場，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品得不到應(yīng)有的補(bǔ)償。加上普遍的嚴(yán)重超載讓人們分不清是制動(dòng)鼓本身問題還是使用者的問題。與此同時(shí)，近20年來，鐵路部門技術(shù)人員卻在制動(dòng)器系列方面進(jìn)行了卓有成效的研制工作，并把蠕鐵剎車盤應(yīng)用到時(shí)速為≤160km/h的客車上，還制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如《TB/T2444-1993鐵道機(jī)車車輛用蠕墨鑄鐵件通用技術(shù)條件》、《TB/T2980-2000客車用制動(dòng)盤技術(shù)條件》。
只要按照汽車制動(dòng)鼓的工況和對(duì)材質(zhì)的基本要求（即抗拉強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和耐磨性），對(duì)比蠕墨鑄鐵和灰鑄鐵，便可得出蠕鐵材質(zhì)更優(yōu)的結(jié)論——當(dāng)然還要用實(shí)際使用情況來加以驗(yàn)證。
①   抗拉強(qiáng)度
用于制動(dòng)鼓材質(zhì)的灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度只有150-260Mpa,而蠕鐵則可達(dá)到350-450Mpa,而且高溫強(qiáng)度蠕鐵也比灰鐵高得多。
②   導(dǎo)熱性
蠕鐵的熱導(dǎo)率介于灰鐵與球鐵之間，而且蠕化率越高，越接近于灰鐵。蠕鐵碳當(dāng)量高于灰鐵，即含有更多導(dǎo)熱性優(yōu)良的石墨；蠕鐵中石墨又是相互聯(lián)結(jié)，不象球狀石墨各自孤立，雖然蠕鐵共晶團(tuán)之間的石墨不象灰鐵那樣也相互交織，但由于蠕鐵的共晶團(tuán)數(shù)量不多（通常1cm長度上灰鐵共晶團(tuán)數(shù)為10-20個(gè)、蠕鐵為20-50個(gè)、球鐵為100-200個(gè)），因此蠕鐵仍有良好的導(dǎo)熱性。
③   耐磨性
張永振等人長期研究了鑄鐵的摩擦特性，得出結(jié)論：在干滑動(dòng)摩擦條件下，蠕墨鑄鐵與球墨鑄鐵和灰鐵相比具有最低的磨損率和最高的摩擦系數(shù)與最低的摩擦系數(shù)衰減量。蠕鐵摩擦表面三維形貌特征不同于球鐵與灰鐵，球鐵與灰鐵的摩擦表面主要以切削形成的犁溝-山脊形貌為主要特征，只是灰鐵的犁溝寬而較深，球鐵犁溝窄而較淺，但蠕鐵則以剝落形成的剝落坑-孤島形突出峰為主要特征，無明顯的切削犁溝。蠕鐵具有較好的耐磨性。
即使蠕鐵是制作汽車制動(dòng)鼓的好材質(zhì)能被人們接受，但對(duì)蠕化率高點(diǎn)還是低點(diǎn)、珠光體量是多點(diǎn)還是少點(diǎn)還莫衷一是。福建省建陽市杜氏鑄造公司自2009年起就開始研制蠕鐵制動(dòng)鼓，并已有數(shù)千件蠕鐵制動(dòng)鼓在黔北山區(qū)使用，依據(jù)這些生產(chǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)，筆者有如下看法：
關(guān)于蠕化率
ISO標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)都把蠕化率≥80%定義為蠕墨鑄鐵，但同時(shí)也指出，由于冷卻速度對(duì)蠕化率影響很大，因此具體到每一種鑄件，并不是一概要求蠕化率處處為80%以上，可以根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)和實(shí)際使用情況確定其最佳的蠕化率。制動(dòng)鼓壁厚較均勻，又要求有好的導(dǎo)熱性，因此蠕化率應(yīng)高一些，但絕不能出現(xiàn)片狀石墨。按照杜氏鑄造公司的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，即使采用沖入法，也可以穩(wěn)定獲得蠕化率≥80%的鑄件。但從加工和實(shí)際使用情況看，蠕化率≥70%和≥80%并無顯著差別，因此杜氏公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)把制動(dòng)鼓的蠕化率定為≥70%。

蠕鐵制動(dòng)鼓的生產(chǎn)實(shí)踐
福建省建陽市杜氏鑄造公司原為鑄造合金生產(chǎn)專業(yè)廠，生產(chǎn)球化劑、孕育劑等供國內(nèi)一些廠家使用，年生產(chǎn)能力達(dá)1500噸。2006年拓展業(yè)務(wù)，建立鑄造公司，生產(chǎn)工程機(jī)械的差速器殼、輪殼等球鐵鑄件，供廈門工程機(jī)械公司橋箱公司使用。2009年開發(fā)蠕鐵制動(dòng)鼓，現(xiàn)已形成年產(chǎn)球鐵件1萬噸、蠕鐵制動(dòng)鼓5萬件的能力。
1生產(chǎn)手段
1.1熔煉
使用1t中頻爐熔化鐵液，爐料為廢鋼+增碳劑+回爐料，生鐵加入量不超過20%（多數(shù)情況下不加生鐵）。所有爐料均需稱量。爐前用熱分析控制C、Si量，快速熱電偶測溫。出爐溫度1500 ±200C
1.2蠕化處理
   采用1t球化處理包（蠕化包與球化包通用），堤壩式，沖入法蠕化處理。
采用自制專利蠕化劑，由于與球鐵共處理包，因此蠕化劑中不含Ti(原鐵水中也不加Ti)，蠕化劑中RE14-16%、Mg 3-5%，另有若干Ca 、 Al、Si、Fe等。加入量0.6-0.8%（占鐵液重）。
采用二次孕育，包底加孕育劑（含Ba4%的75 Si–Fe）0.2%,隨流孕育量0.3-0.4%（同為含Ba4%的75 Si- Fe）。澆注時(shí)不再隨流孕育。
由于爐料變化少，又已經(jīng)準(zhǔn)確稱重，蠕化處理又是整爐出空，鐵液出爐溫度又有嚴(yán)格控制，因此蠕化率很穩(wěn)定。蠕化后澆注時(shí)間控制在15分鐘內(nèi)。
1.3造型
采用Z148造型機(jī)，潮模砂型，1件/型。
澆注系統(tǒng)采用頂注，多道內(nèi)澆口，以保證制動(dòng)鼓組織均勻，內(nèi)部沒有縮松、縮孔。
2、生產(chǎn)穩(wěn)定性
   統(tǒng)計(jì)了2011.5.20-6.18一個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這期間共開77爐。
2.1蠕化率（VG%）：見下表
生產(chǎn)日期
取樣次數(shù) M
蠕化率統(tǒng)計(jì)數(shù)
VG≥70%的集中度
VG≥80%的集中度
置信度為95%時(shí)蠕化率范圍`X±2б
 均值
級(jí)差
標(biāo)準(zhǔn)差
 `X
R
б
 2011年5.20-6.18
77
84.90%
20%
7.47%
100%
80.70%
70.0-99.9
 注：①金相試樣取自工廠正常生產(chǎn)時(shí)所澆注的Y型試塊。                      
②蠕化率加入量：占鐵液重0.6-0.8%
  
由表可見，蠕化率的穩(wěn)定性是很高的。
2.2力學(xué)性能：
抗拉強(qiáng)度：350-506Mpa，
伸長率：1.5-6.0%
硬度：HB 143-211
珠光體量：25%-65%
由于牌號(hào)不同，所加合金成分不一，因此力學(xué)性能數(shù)據(jù)較分散，不宜做統(tǒng)計(jì)分析。
3、標(biāo)準(zhǔn)：
杜氏公司于2011年制定第一份《卡車蠕墨鐵制動(dòng)鼓鑄件技術(shù)條件》的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容包括范圍、規(guī)范性引用文件、制動(dòng)鼓鑄件的化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織、尺寸公差、鑄件的鑄造缺陷、鑄件標(biāo)識(shí)、表面防護(hù)包裝儲(chǔ)運(yùn)要求9個(gè)方面。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了三個(gè)牌號(hào)，即RuT350、RuT400、RuT450，其基體組織珠光體量分別為≥35%、≥   50%、≥60%。
4、減重及市場反映
杜氏公司對(duì)部分制動(dòng)鼓進(jìn)行了減重試驗(yàn)。減重部位主要是鼓的壁厚。實(shí)驗(yàn)的鼓是153制動(dòng)鼓和1094制動(dòng)鼓。將外圓車去2mm,使壁厚由16mm減薄為12mm。153鼓由原重47.6kg減為40kg，減重率16%，1094鼓由厚重41 kg，減為38kg，減重率為7%，現(xiàn)已投放市場試驗(yàn)用。半年過去了市場反應(yīng)良好。
經(jīng)杜氏公司跟蹤調(diào)查，蠕鐵制動(dòng)鼓的“三包”退賠率因車型不同而有差別，反映最好的是九平柴車型，退賠率僅1.8%，最差的是斯太爾王車型制動(dòng)鼓，退賠率為8.2%。但總體比灰鐵鼓要好得多，初投市場退賠率只有灰鐵鼓的1/5-1/3。相信針對(duì)市場反饋?zhàn)龊酶倪M(jìn)工作后退賠率還會(huì)進(jìn)一步下降。

1、在當(dāng)前用于制作汽車制動(dòng)鼓的材質(zhì)中，以蠕墨鑄鐵為優(yōu)，它使用壽命最長，生產(chǎn)成本相當(dāng)于或略高于低合金灰鑄鐵，性價(jià)比最好。
2、汽車蠕鐵制動(dòng)鼓的蠕化率以≥70%為宜，過低恐怕會(huì)降低導(dǎo)熱性，過嚴(yán)可能導(dǎo)致生產(chǎn)成本的提高。當(dāng)前條件下只要工序過程得到控制，即使采用沖入法也能穩(wěn)定達(dá)到VG≥70%這一要求。
3、沒有必要追求高珠光體量，根據(jù)不同車型、不同使用條件，可以選擇RuT400 (≥50%P+F)，RuT450 (≥60%P+F)，也可以選擇 RuT350 (≥35%P+F)。
4、蠕鐵制動(dòng)鼓具有減重15-20%的潛力，壁厚減薄時(shí)應(yīng)注意與法蘭盤要圓滑過渡，保證動(dòng)平衡。壁的減薄有利于減少鑄件的溫度梯度，降低熱應(yīng)力。
5、認(rèn)真選擇鑄造工藝，消除鑄件內(nèi)部的縮孔、縮松缺陷，使內(nèi)部組織均勻，以利于減少內(nèi)部應(yīng)力，并減少剎車抖動(dòng)。




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