蠕墨鑄鐵制動盤鑄造缺陷分析及對策

潘安霞

PAN An-xia

（常州輕工職業技術學院，常州 213164）

0 引言

高速旅客列車基礎制動均采用盤形制動。我國盤形制動裝置研究和應用已經有了較大的發展。目前所有的提速客車和準高速客車及雙層客車都安裝了盤形制動裝置。制動盤是盤形制動裝置中最重要的部件，它必須通過與閘片的摩擦將巨大的列車動能轉化為摩擦熱能，并將熱量散逸到周圍環境中。它的結構既要求有良好的摩擦性能，又要求有良好的抗熱裂性能，還要求有良好的通風散熱性能。

蠕墨鑄鐵是20世紀70年代投入工業應用的一種新型鑄鐵材料，其最大的性能優勢在于它具有非常優良的熱疲勞性能，蠕鐵同灰鐵相比，抗拉強度提高至少70%，彈性模量提高35%，而疲勞強度提高近一倍。蠕鐵同球鐵相比，導熱性、熱疲勞性能和鑄造性能大大提高。同鋁合金相比，蠕鐵的強度和剛性要高出一倍，而疲勞強度要高出二倍。從不同石墨形態鑄鐵的摩擦磨損性能試驗結果可以得出：蠕墨鑄鐵的磨損率低和摩擦系數高，而且在速度與接觸壓力變化時其摩擦磨損性能變化率最小，因此蠕墨鑄鐵具有優良的摩擦磨損性能，是制造制動盤的比較理想的材料。

目前，國內采用的制動盤材質為蠕墨鑄鐵，但是我們在生產過程中發現制動盤合格率低，報廢率過高，因此我們對制動盤的報廢率低的原因進行分析和排查，對造成縮孔縮松的原因進行排查，并且對主要的生產過程進行分析、改進并控制，使之穩定在一定的水平上，提高制動盤合格率。

1 制動盤的化學成分及結構

1.1 化學成分

蠕墨鑄鐵制動盤化學成分如表1所示。

表1 蠕墨鑄鐵制動盤化學成分

1.2 結構

制動盤的外徑為640mm，內徑為360mm，摩擦面厚為20mm，總質量為100kg，兩摩擦面之間有散熱筋相連，結構復雜，生產難度較大，制動盤的結構如圖1所示。

2 制動盤的主要鑄造缺陷

對7-12月份期間有鑄造缺陷的制動盤進行大量取樣，結果如表2所示。

由表2和圖2可以看出：縮孔縮松的鑄造缺陷是制動盤的主要缺陷，因此決定對縮孔縮松的鑄造缺陷造成的原因進行分析和確認，并且加以控制，使其報廢率降低，即可有效提高制動盤合格率和總成品率。

圖1 蠕墨鑄鐵盤體的結構

表2 7-12月份期間制動盤報廢匯總統計

3 缺陷產生的原因確認

采用頭腦風暴法對形成縮孔縮松的原因進行了分析，歸納出如下可能出現的原因：蠕化率的影響、生鐵的有害元素影響、蠕化工藝的影響、操作工人技能不夠、壓邊冒口量不符合工藝、澆注溫度、速度不符合工藝、型砂配比不符合工藝、固化劑加入量超過工藝范圍、砂型剛度低、砂箱剛度低、樹脂砂設備的影響和環境溫度對回用砂的影響。對不用的原因采取相應的確認方法進行實驗和對比，如表3所示。

表3 原因確認

確認結果（如表4所示）：

表4 末端原因確認結果情況匯總

由表4可以看出，產生縮孔縮松的主要原因是：生鐵中的有害元素；蠕化工藝；固化劑的加入量。

圖2 制動盤鑄造缺陷情況排列圖

4 解決措施

4.1 固化劑加入量的控制

將超過工藝范圍的固化劑加入加入到型砂中，將會造成砂型的硬化速度加快，導致砂型的緊實度的均勻性差，降低砂型的強度和剛度，影響鑄件的自補縮能力。在澆注過程中，將鐵液注入型腔，鐵水在凝固時，由于砂型壁比較疏松，鐵液在冷凝時石墨化膨脹的自補縮能力將會變差，制動盤就容易產生縮孔縮松的鑄造缺陷缺陷，降低產品的合格率，并且砂型中的砂子容易掉落到鐵水中產生夾砂缺陷，影響制動盤的整體合格率。固化劑的加入量，應嚴格按照工藝執行。

4.2 生鐵中有害元素的影響

硫是反球化元素，同樣在蠕墨鑄鐵中它也是有害元素，它阻礙形成蠕蟲狀石墨。在正常生產時，加入蠕化變質劑以后，只有當鐵水含硫量降到0.020%以下，同時鐵水中又有一定的殘留變質元素含量時，才能處理成功?；蛘邔⒘蛎摰胶艿?s＜0.002%)。在金屬型中快速冷卻也可以得到蠕墨鑄鐵．因此硫量也是生產蠕墨鑄鐵的重要因素。含硫量的控制可以使得蠕化率高且穩定，減小鑄件的收縮率，提高鑄件的致密程度，減少縮孔縮松的產生。

4.2.1 選擇含S量合適的生鐵

通過對采用不同生鐵生產的制動盤缺陷的結果進行比較，發現徐州生鐵和本溪生鐵生產的制動盤，不僅蠕化率比較穩定，而且探傷合格率高。（詳見表4）。

表4 不同生鐵生產的制動盤廢品率統計

生鐵的含硫量的不同，對制動盤的蠕化結果有不同的影響，導致制動盤的鑄造缺陷會有所不同。通過理論研究分析及多次試驗，最終確定了生鐵的合適的含硫量（≤0.03%）。

4.2.2 進行生鐵和蠕化工藝合理搭配的工藝試驗

當采用含硫量較低的生鐵時，我們在生產制動盤時即采取蠕化劑處理工藝措施，使得蠕化率高而穩定，石墨體積變化小，鑄件收縮傾向小，較好地提高了鑄件的致密度。

當含硫量超過0.03%時，我們在生產制動盤時采取球化劑的蠕化工藝進行生產，使得蠕化穩定。

5 結論

通過控制固化劑的加入量、針對生鐵中的含S量的不同采取不同的蠕化工藝等對策對制動盤的加工工藝進行不斷改善，鑄件的成品率得到了提高，縮孔縮松的鑄造缺陷得到了較大的改善，產品的合格率得到了顯著的提高，其合格率率已由原來的75%提高到現有的88%。

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