重卡车制动鼓为什么不用球磨铸铁的???

发布网友 发布时间：2022-04-30 04:34

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热心网友 时间：2023-10-13 02:03

汽车制动鼓最佳材质：为什么是蠕墨铸铁？
——兼谈蠕铁制动鼓的生产实践

一、前言（制动鼓现状）
2010年以来，我国汽车产量超过1800万辆，超越美国居世界第一。汽车保有量也达到1.2亿辆。汽车产量的超常崛起带来了汽车配件市场的繁荣和混乱。汽车制动鼓是汽车行驶系的一个重要零件，它属于车桥总成的一部分。当前，车桥公司只是作为汽车整车厂的零部件公司，属子公司，或仅仅是整车厂的OEM供应商，利润空间远不及整车厂，竞争也异常激烈。车桥公司为降低成本，对一些形状简单或利润微薄的零件如卡车制动鼓也采取采购的方式，迫使一些大型的、有一定实力的铸造厂或放弃制动鼓的生产，或将生产过程简化，而一些小厂则乘虚而人，造成“大厂不愿干，小厂干不好”的现状，致使制动鼓产品质量下降，对制动鼓的深化研究也难有投入。有些车桥公司本可对车桥实施“5万公里包赔”的规则，却因为制动鼓的缘故不敢提出。

据了解，制动鼓的使用寿命因道路条件不同、超载与否、驾驶员操作习惯以及制造厂家不同有很大差异。一般而言，对轿车，若为原厂配置，使用寿命可超过10万公里，而若是配件市场配置，往往只有5万公里。对卡车，原厂配置可达3-5万公里甚至更多（平原地区行驶，踩刹车较少路况好也可达8万公里以上），而配件市场的鼓则大多在3万公里以下，甚至不足1万公里。

制动鼓的频繁更换不仅浪费了大量的财力、物力，更可怕的是汽车行驶过程中制动鼓失效可能造成车毁人亡的恶性事故，因此改善制动鼓材质，提高使用寿命和使用可靠性，应是汽车业和铸造业的共同责任。

什么是制造制动鼓的最好材质？要回答这个问题，应先了解一下制动鼓的功能和制动鼓的失效形式。

二、制动鼓功能及对材质的基本要求
汽车制动鼓的使用功能及对材质的基本要求如下：

1、承载重物，刹车时承受强烈的机械冲击，且载重越多，速度越快，这种冲击越大，因此要求制动鼓有足够高的机械性能；

2、刹车时通过干滑摩擦把动能迅速转化为热能并尽快散发出去，因此要求制动鼓有良好的导热性；

3、山区行驶频繁刹车，或下山时长时间刹车，使制动鼓温度不断升高，有时需用水激冷以降温，或在雨天行驶时，雨水会溅上发热的制动鼓，因此要求制动鼓有良好的热疲劳性能；

4、刹车时依靠制动鼓内圆面（摩擦面）与刹车蹄摩擦片间的摩擦制动，因此要求制动鼓有良好的耐磨性和抗咬合能力。

5、现代汽车追求乘坐舒适性，要求刹车时减少震动、降低响声，因此要求制动的尺寸稳定，内部组织均匀并有良好的吸震性。

三、制动鼓的失效形式
目前市场上汽车制动鼓大多数是灰铸铁材质，另有极少量的复合材料镶嵌鼓。还有若干企业投放市场进行试用的蠕墨铸铁制动鼓。

浩信公司赵永启等人[1]统计分析了35500件“三包”赔偿的灰铸铁材质卡车制动鼓的失效形式，下表为失效原因分析：

失效原因
开裂
龟裂
掉底
无明显失效
非正常磨损
磨损过大
合计

数量（件）
26492
5764
1831
947
330
136
35500

所占比例（%）
74.63%
16.23%
5.16%
2.67%
0.93%
0.38%
100

赵永启等指出，开裂件中其实大多数都是先出现龟裂，由于“三包”赔偿服务人员分辨不细，经常把龟裂计为开裂。

由统计表可见，开裂和龟裂占“三包”赔偿总数的90%以上，而磨损（正常磨损和非正常磨损的总和）只占总数的1.3%

笔者不知道该公司“三包”里程为多少，也不知道“三包”赔偿率为多少。笔者曾在黔北至重庆綦江一带调研，发现当地配件经销商都要求在制动鼓摩擦面上加工出一圈深约1mm的沟槽，并与用户约定如果沟槽仍可见而鼓已损坏（如开裂、掉底等），则予以无偿换新，若沟槽被磨平不可见，则不予赔偿。配件经销商介绍，这条沟槽被磨平，通常需行驶3万公里左右。在当地，制动鼓“三包”期内赔偿率是：OEM公司提供的配件在10%左右，而小企业提供的配件则为15-20%。

据上所述，自动鼓3万公里内的早期失效原因主要是开裂和龟裂（90.9%），其次是掉底(5.16%),远远没到磨损失效的程度。

产生掉底失效的原因比较清楚，就是材质不合格，抗拉强度太低，或局部壁厚尺寸过薄。这多半是因为生产过程失控，或是小企业生产的”水货”。而开裂(龟裂) 则因热冲击而引起。汽车制动时，巨大的制动热负荷和热冲击使制动鼓上产生很大的温度梯度，造成很高的热应力；又由于制动产生的巨大热能还会使摩擦区产生足以引起相变的高温，导致产生相变应力。热应力和相变应力的存在，使得材质的力学性能不均匀。在频繁的制动载荷作用下，便产生裂纹。这些裂纹多呈断续或连续状，并不断延伸而成网状（即龟裂），严重时裂纹宽而长，即为开裂。

四、制动鼓的材质

制作汽车制动鼓的材质目前主要有三种，即灰铸铁、蠕墨铸铁、复合材料。常用作火车刹车盘材质的铸钢或锻钢，在汽车制动鼓中还未见报道。

1、灰铸铁

灰铸铁具有优良的导热性、低的弹性模量、良好的的吸震性、较高的强度和较好的耐磨性，以及低廉的价格，迄今为止仍是汽车制动鼓材质的首选。但随着汽车的提速和卡车载重量的不断增加，使汽车运动动能成几何级数增长，刹车时产生的热冲击也随之大幅增长，以致制动鼓早期失效频发，龟裂开裂激增。为此，铸造工作者采取了两类对策：

①在保持良好导热性的前提下，提高材质的强度。

由于灰铸铁中石墨形状和尺寸对导热性影响至关重要，为保证组织中有足够的3-5级长度的A型石墨，必须保持较高的碳当量，（一般应在3.8%以上），因此只能依靠低合金化来提高铸铁的抗拉强度。通常加入的合金及其范围是：Cr 0.15-0.45%、Mo 0.15-0.65%、Cu 0.4-0.8%、Ni 0.2-0.5%,也有加入Sn和V的,可加以上合金的一种或几种，但联合加入效果更好一些。低合金化灰铸铁的抗拉强度可达到220-260Mpa。当前大多数商用车制动鼓都采用这一措施来提高制动鼓寿命。

资料[2]介绍在碳当量为3.93%、Cr 0.27%、Cu 0.68%的亚共晶铸铁制动盘中加入0.1%Nb,抗拉强度达到222Mpa,A型石墨，长度4-5级,符合TL011标准要求。这种材质已用于普遍轿车的制动盘上。

尽管低合金化可使灰铸铁抗拉强度超过260Mpa（只需把碳当量再降一点），但往往石墨细小，导热性降低，加工性能也恶化，对提高制动鼓的使用寿命并无好处，作为制动鼓材质并不合适。也就是说，在保持良好导热性前提下，能提高的强度有限。

②在保证一定强度前提下，提高材质的导热性.

一些高级轿车不仅要求(采用盘式制动器的)制动盘有高的使用寿命，还要求刹车时低响声、无抖动，因此选择了吸震性和导热性都极好的高碳当量灰铸铁作为刹车盘的材质。资料[2]介绍了大众汽车公司采用过共晶灰铸铁作为高级轿车的制动盘（标准号TL048），要求碳当量控制在4.4-4.5%左右，A型石墨，长度3-5级,允许有少量A型2级长度的石墨和个别C型石墨，摩擦面硬度150-200HB，抗拉强度150-250Mpa。资料[3]介绍，丰田汽车公司为解决轿车刹车响声和抖动问题，选择了高碳当量灰铸铁，并用控制孕育的方法使A型石墨长度在100μm以上(相当于国标中石墨长度1级)，抗拉强度为175-225Mpa。

这种对石墨形状和大小有苛求的灰铸铁生产难度很大，并不是所有铸造厂都能生产出来的。而且这种材质由于强度偏低，并不适用于通常采用鼓式制动器的商用车的制动鼓。

2、复合材料

目前配件市场上有一些镶嵌的制动鼓，其摩擦面（内圈）采用强度高的钢质材料，外圈则用导热性能好的灰铸铁，两种材料镶嵌而成（据说也有熔合而成的）。这种材质对减少早期制动鼓开裂有一定好处。但由于两种材料的热膨胀系数不一样，多次冷-热冲击后镶嵌处出现松动，因此使用寿命并不很长。加上售价又高，并不受欢迎。

3蠕墨铸铁

早在上世纪70-80年代，鉴于蠕铁表现出来的优良的耐热疲劳性能，国内铸造工作者就开发了蠕铁制动鼓。但或许是当时汽车拥有量少，载重不多且车速不快，加上蠕铁生产稳定性也较难控制等多种原因，蠕铁材质的制动鼓没有得到产品设计师们的重视和认同。进入新世纪后，虽然汽车数量、载重量以及车速均有了质的飞跃，但制动鼓材质提升又被短暂的利益绑架，“水货”冲斥市场，优质产品得不到应有的补偿。加上普遍的严重超载让人们分不清是制动鼓本身问题还是使用者的问题。与此同时，近20年来，铁路部门技术人员却在制动器系列方面进行了卓有成效的研制工作，并把蠕铁刹车盘应用到时速为≤160km/h的客车上，还制定了行业标准，如《TB/T2444-1993铁道机车车辆用蠕墨铸铁件通用技术条件》、《TB/T2980-2000客车用制动盘技术条件》。

只要按照汽车制动鼓的工况和对材质的基本要求（即抗拉强度、导热性和耐磨性），对比蠕墨铸铁和灰铸铁，便可得出蠕铁材质更优的结论——当然还要用实际使用情况来加以验证。

① 抗拉强度

用于制动鼓材质的灰铸铁抗拉强度只有150-260Mpa,而蠕铁则可达到350-450Mpa,而且高温强度蠕铁也比灰铁高得多。

② 导热性

蠕铁的热导率介于灰铁与球铁之间，而且蠕化率越高，越接近于灰铁。蠕铁碳当量高于灰铁，即含有更多导热性优良的石墨；蠕铁中石墨又是相互联结，不象球状石墨各自孤立，虽然蠕铁共晶团之间的石墨不象灰铁那样也相互交织，但由于蠕铁的共晶团数量不多（通常25px长度上灰铁共晶团数为10-20个、蠕铁为20-50个、球铁为100-200个）[4]，因此蠕铁仍有良好的导热性。

③ 耐磨性

张永振等人[5] 长期研究了铸铁的摩擦特性，得出结论：在干滑动摩擦条件下，蠕墨铸铁与球墨铸铁和灰铁相比具有最低的磨损率和最高的摩擦系数与最低的摩擦系数衰减量。蠕铁摩擦表面三维形貌特征不同于球铁与灰铁，球铁与灰铁的摩擦表面主要以切削形成的犁沟-山脊形貌为主要特征，只是灰铁的犁沟宽而较深，球铁犁沟窄而较浅，但蠕铁则以剥落形成的剥落坑-孤岛形突出峰为主要特征，无明显的切削犁沟。蠕铁具有较好的耐磨性。

即使蠕铁是制作汽车制动鼓的好材质能被人们接受，但对蠕化率高点还是低点、珠光体量是多点还是少点还莫衷一是。福建省建阳市杜氏铸造公司自2009年起就开始研制蠕铁制动鼓，并已有数千件蠕铁制动鼓在黔北山区使用，依据这些生产和使用经验，笔者有如下看法：

关于蠕化率

ISO标准和国标都把蠕化率≥80%定义为蠕墨铸铁，但同时也指出，由于冷却速度对蠕化率影响很大，因此具体到每一种铸件，并不是一概要求蠕化率处处为80%以上，可以根据铸件的结构和实际使用情况确定其最佳的蠕化率。制动鼓壁厚较均匀，又要求有好的导热性，因此蠕化率应高一些，但绝不能出现片状石墨。按照杜氏铸造公司的生产经验，即使采用冲入法，也可以稳定获得蠕化率≥80%的铸件。但从加工和实际使用情况看，蠕化率≥70%和≥80%并无显著差别，因此杜氏公司的企业标准把制动鼓的蠕化率定为≥70%。

关于珠光体量

有人认为，制动鼓是耐磨件，原采用的灰铁制动鼓珠光体量大多在97%以上，因此生产蠕铁制动鼓也应高珠光体量。其实未必。理由有三：A）资料[5]指出：蠕铁具有比球铁和灰铁都要好的耐磨性。也可以认为，即使是混合基体的蠕铁，其耐磨性也堪比珠光体基体的球铁和灰铁；B）铸态蠕铁有更倾向于生成铁素体的特征，不象球铁和灰铁在正常化学成分范围内，只要通过调整常规元素成分，就能够得到铸态下高珠光体量，蠕铁想要获得铸态下的高珠光体，必须加入较多的促进珠光体的元素，如Cu、Cr、Mn、Mo、Sn等，势必造成制造成本的升高；C)、制动鼓失效分析表明，磨损不是失效的主要原因，把大量成本用在提高已有剩余功能的耐磨性上,是对资源的浪费。

杜氏公司企业标准《卡车蠕墨铸铁制动鼓铸件技术条件》规定了三种牌号，分别为RnT350、RnT400、RnT450，其蠕化率都要求≥70%，但珠光体量分别为≥35%、≥50%、≥60%。投放市场的蠕铁制动鼓还没有一件因磨损而报废。

五、蠕铁制动鼓的生产实践

福建省建阳市杜氏铸造公司原为铸造合金生产专业厂，生产球化剂、孕育剂等供国内一些厂家使用，年生产能力达1500吨。2006年拓展业务，建立铸造公司，生产工程机械的差速器壳、轮壳等球铁铸件，供厦门工程机械公司桥箱公司使用。2009年开发蠕铁制动鼓，现已形成年产球铁件1万吨、蠕铁制动鼓5万件的能力。

1生产手段

1.1熔炼

使用1t中频炉熔化铁液，炉料为废钢+增碳剂+回炉料，生铁加入量不超过20%（多数情况下不加生铁）。所有炉料均需称量。炉前用热分析控制C、Si量，快速热电偶测温。出炉温度1500 ±200C

1.2蠕化处理

采用1t球化处理包（蠕化包与球化包通用），堤坝式，冲入法蠕化处理。

采用自制专利蠕化剂，由于与球铁共处理包，因此蠕化剂中不含Ti(原铁水中也不加Ti)，蠕化剂中RE14-16%、Mg 3-5%，另有若干Ca 、 Al、Si、Fe等。加入量0.6-0.8%（占铁液重）。

采用二次孕育，包底加孕育剂（含Ba4%的75 Si–Fe）0.2%,随流孕育量0.3-0.4%（同为含Ba4%的75 Si- Fe）。浇注时不再随流孕育。

由于炉料变化少，又已经准确称重，蠕化处理又是整炉出空，铁液出炉温度又有严格控制，因此蠕化率很稳定。蠕化后浇注时间控制在15分钟内。

1.3造型

采用Z148造型机，潮模砂型，1件/型。

浇注系统采用顶注，多道内浇口，以保证制动鼓组织均匀，内部没有缩松、缩孔。

2、生产稳定性

统计了2011.5.20-6.18一个月的生产数据，这期间共开77炉。

2.1蠕化率（VG%）：见下表

生产日期
取样次数 M
蠕化率统计数
VG≥70%的集中度
VG≥80%的集中度
置信度为95%时蠕化率范围`X±2б

均值
级差
标准差

`X
R
б

2011年5.20-6.18
77
84.90%
20%
7.47%
100%
80.70%
70.0-99.9

注：①金相试样取自工厂正常生产时所浇注的Y型试块。

②蠕化率加入量：占铁液重0.6-0.8%

由表可见，蠕化率的稳定性是很高的。

2.2力学性能：

抗拉强度：350-506Mpa，

伸长率：1.5-6.0%

硬度：HB 143-211

珠光体量：25%-65%

由于牌号不同，所加合金成分不一，因此力学性能数据较分散，不宜做统计分析。

3、标准：

杜氏公司于2011年制定第一份《卡车蠕墨铁制动鼓铸件技术条件》的企业标准，内容包括范围、规范性引用文件、制动鼓铸件的化学成分、力学性能、金相组织、尺寸公差、铸件的铸造缺陷、铸件标识、表面防护包装储运要求9个方面。标准中规定了三个牌号，即RuT350、RuT400、RuT450，其基体组织珠光体量分别为≥35%、≥ 50%、≥60%。

4、减重及市场反映

杜氏公司对部分制动鼓进行了减重试验。减重部位主要是鼓的壁厚。实验的鼓是153制动鼓和1094制动鼓。将外圆车去2mm,使壁厚由16mm减薄为12mm。153鼓由原重47.6kg减为40kg，减重率16%，1094鼓由厚重41 kg，减为38kg，减重率为7%，现已投放市场试验用。半年过去了市场反应良好。

经杜氏公司跟踪调查，蠕铁制动鼓的“三包”退赔率因车型不同而有差别，反映最好的是九平柴车型，退赔率仅1.8%，最差的是斯太尔王车型制动鼓，退赔率为8.2%。但总体比灰铁鼓要好得多，初投市场退赔率只有灰铁鼓的1/5-1/3。相信针对市场反馈做好改进工作后退赔率还会进一步下降。

六、结束语

1、在当前用于制作汽车制动鼓的材质中，以蠕墨铸铁为优，它使用寿命最长，生产成本相当于或略高于低合金灰铸铁，性价比最好。

2、汽车蠕铁制动鼓的蠕化率以≥70%为宜，过低恐怕会降低导热性，过严可能导致生产成本的提高。当前条件下只要工序过程得到控制，即使采用冲入法也能稳定达到VG≥70%这一要求。

3、没有必要追求高珠光体量，根据不同车型、不同使用条件，可以选择RuT400 (≥50%P+F)，RuT450 (≥60%P+F)，也可以选择 RuT350(≥35%P+F)。

4、蠕铁制动鼓具有减重15-20%的潜力，壁厚减薄时应注意与法兰盘要圆滑过渡，保证动平衡。壁的减薄有利于减少铸件的温度梯度，降低热应力。

5、认真选择铸造工艺，消除铸件内部的缩孔、缩松缺陷，使内部组织均匀，以利于减少内部应力，并减少刹车抖动

热心网友 时间：2023-10-13 02:03

汽车制动鼓最佳材质：为什么是蠕墨铸铁？
——兼谈蠕铁制动鼓的生产实践

一、前言（制动鼓现状）
2010年以来，我国汽车产量超过1800万辆，超越美国居世界第一。汽车保有量也达到1.2亿辆。汽车产量的超常崛起带来了汽车配件市场的繁荣和混乱。汽车制动鼓是汽车行驶系的一个重要零件，它属于车桥总成的一部分。当前，车桥公司只是作为汽车整车厂的零部件公司，属子公司，或仅仅是整车厂的OEM供应商，利润空间远不及整车厂，竞争也异常激烈。车桥公司为降低成本，对一些形状简单或利润微薄的零件如卡车制动鼓也采取采购的方式，迫使一些大型的、有一定实力的铸造厂或放弃制动鼓的生产，或将生产过程简化，而一些小厂则乘虚而人，造成“大厂不愿干，小厂干不好”的现状，致使制动鼓产品质量下降，对制动鼓的深化研究也难有投入。有些车桥公司本可对车桥实施“5万公里包赔”的规则，却因为制动鼓的缘故不敢提出。

据了解，制动鼓的使用寿命因道路条件不同、超载与否、驾驶员操作习惯以及制造厂家不同有很大差异。一般而言，对轿车，若为原厂配置，使用寿命可超过10万公里，而若是配件市场配置，往往只有5万公里。对卡车，原厂配置可达3-5万公里甚至更多（平原地区行驶，踩刹车较少路况好也可达8万公里以上），而配件市场的鼓则大多在3万公里以下，甚至不足1万公里。

制动鼓的频繁更换不仅浪费了大量的财力、物力，更可怕的是汽车行驶过程中制动鼓失效可能造成车毁人亡的恶性事故，因此改善制动鼓材质，提高使用寿命和使用可靠性，应是汽车业和铸造业的共同责任。

什么是制造制动鼓的最好材质？要回答这个问题，应先了解一下制动鼓的功能和制动鼓的失效形式。

二、制动鼓功能及对材质的基本要求
汽车制动鼓的使用功能及对材质的基本要求如下：

1、承载重物，刹车时承受强烈的机械冲击，且载重越多，速度越快，这种冲击越大，因此要求制动鼓有足够高的机械性能；

2、刹车时通过干滑摩擦把动能迅速转化为热能并尽快散发出去，因此要求制动鼓有良好的导热性；

3、山区行驶频繁刹车，或下山时长时间刹车，使制动鼓温度不断升高，有时需用水激冷以降温，或在雨天行驶时，雨水会溅上发热的制动鼓，因此要求制动鼓有良好的热疲劳性能；

4、刹车时依靠制动鼓内圆面（摩擦面）与刹车蹄摩擦片间的摩擦制动，因此要求制动鼓有良好的耐磨性和抗咬合能力。

5、现代汽车追求乘坐舒适性，要求刹车时减少震动、降低响声，因此要求制动的尺寸稳定，内部组织均匀并有良好的吸震性。

三、制动鼓的失效形式
目前市场上汽车制动鼓大多数是灰铸铁材质，另有极少量的复合材料镶嵌鼓。还有若干企业投放市场进行试用的蠕墨铸铁制动鼓。

浩信公司赵永启等人[1]统计分析了35500件“三包”赔偿的灰铸铁材质卡车制动鼓的失效形式，下表为失效原因分析：

失效原因
开裂
龟裂
掉底
无明显失效
非正常磨损
磨损过大
合计

数量（件）
26492
5764
1831
947
330
136
35500

所占比例（%）
74.63%
16.23%
5.16%
2.67%
0.93%
0.38%
100

赵永启等指出，开裂件中其实大多数都是先出现龟裂，由于“三包”赔偿服务人员分辨不细，经常把龟裂计为开裂。

由统计表可见，开裂和龟裂占“三包”赔偿总数的90%以上，而磨损（正常磨损和非正常磨损的总和）只占总数的1.3%

笔者不知道该公司“三包”里程为多少，也不知道“三包”赔偿率为多少。笔者曾在黔北至重庆綦江一带调研，发现当地配件经销商都要求在制动鼓摩擦面上加工出一圈深约1mm的沟槽，并与用户约定如果沟槽仍可见而鼓已损坏（如开裂、掉底等），则予以无偿换新，若沟槽被磨平不可见，则不予赔偿。配件经销商介绍，这条沟槽被磨平，通常需行驶3万公里左右。在当地，制动鼓“三包”期内赔偿率是：OEM公司提供的配件在10%左右，而小企业提供的配件则为15-20%。

据上所述，自动鼓3万公里内的早期失效原因主要是开裂和龟裂（90.9%），其次是掉底(5.16%),远远没到磨损失效的程度。

产生掉底失效的原因比较清楚，就是材质不合格，抗拉强度太低，或局部壁厚尺寸过薄。这多半是因为生产过程失控，或是小企业生产的”水货”。而开裂(龟裂) 则因热冲击而引起。汽车制动时，巨大的制动热负荷和热冲击使制动鼓上产生很大的温度梯度，造成很高的热应力；又由于制动产生的巨大热能还会使摩擦区产生足以引起相变的高温，导致产生相变应力。热应力和相变应力的存在，使得材质的力学性能不均匀。在频繁的制动载荷作用下，便产生裂纹。这些裂纹多呈断续或连续状，并不断延伸而成网状（即龟裂），严重时裂纹宽而长，即为开裂。

四、制动鼓的材质

制作汽车制动鼓的材质目前主要有三种，即灰铸铁、蠕墨铸铁、复合材料。常用作火车刹车盘材质的铸钢或锻钢，在汽车制动鼓中还未见报道。

1、灰铸铁

灰铸铁具有优良的导热性、低的弹性模量、良好的的吸震性、较高的强度和较好的耐磨性，以及低廉的价格，迄今为止仍是汽车制动鼓材质的首选。但随着汽车的提速和卡车载重量的不断增加，使汽车运动动能成几何级数增长，刹车时产生的热冲击也随之大幅增长，以致制动鼓早期失效频发，龟裂开裂激增。为此，铸造工作者采取了两类对策：

①在保持良好导热性的前提下，提高材质的强度。

由于灰铸铁中石墨形状和尺寸对导热性影响至关重要，为保证组织中有足够的3-5级长度的A型石墨，必须保持较高的碳当量，（一般应在3.8%以上），因此只能依靠低合金化来提高铸铁的抗拉强度。通常加入的合金及其范围是：Cr 0.15-0.45%、Mo 0.15-0.65%、Cu 0.4-0.8%、Ni 0.2-0.5%,也有加入Sn和V的,可加以上合金的一种或几种，但联合加入效果更好一些。低合金化灰铸铁的抗拉强度可达到220-260Mpa。当前大多数商用车制动鼓都采用这一措施来提高制动鼓寿命。

资料[2]介绍在碳当量为3.93%、Cr 0.27%、Cu 0.68%的亚共晶铸铁制动盘中加入0.1%Nb,抗拉强度达到222Mpa,A型石墨，长度4-5级,符合TL011标准要求。这种材质已用于普遍轿车的制动盘上。

尽管低合金化可使灰铸铁抗拉强度超过260Mpa（只需把碳当量再降一点），但往往石墨细小，导热性降低，加工性能也恶化，对提高制动鼓的使用寿命并无好处，作为制动鼓材质并不合适。也就是说，在保持良好导热性前提下，能提高的强度有限。

②在保证一定强度前提下，提高材质的导热性.

一些高级轿车不仅要求(采用盘式制动器的)制动盘有高的使用寿命，还要求刹车时低响声、无抖动，因此选择了吸震性和导热性都极好的高碳当量灰铸铁作为刹车盘的材质。资料[2]介绍了大众汽车公司采用过共晶灰铸铁作为高级轿车的制动盘（标准号TL048），要求碳当量控制在4.4-4.5%左右，A型石墨，长度3-5级,允许有少量A型2级长度的石墨和个别C型石墨，摩擦面硬度150-200HB，抗拉强度150-250Mpa。资料[3]介绍，丰田汽车公司为解决轿车刹车响声和抖动问题，选择了高碳当量灰铸铁，并用控制孕育的方法使A型石墨长度在100μm以上(相当于国标中石墨长度1级)，抗拉强度为175-225Mpa。

这种对石墨形状和大小有苛求的灰铸铁生产难度很大，并不是所有铸造厂都能生产出来的。而且这种材质由于强度偏低，并不适用于通常采用鼓式制动器的商用车的制动鼓。

2、复合材料

目前配件市场上有一些镶嵌的制动鼓，其摩擦面（内圈）采用强度高的钢质材料，外圈则用导热性能好的灰铸铁，两种材料镶嵌而成（据说也有熔合而成的）。这种材质对减少早期制动鼓开裂有一定好处。但由于两种材料的热膨胀系数不一样，多次冷-热冲击后镶嵌处出现松动，因此使用寿命并不很长。加上售价又高，并不受欢迎。

3蠕墨铸铁

早在上世纪70-80年代，鉴于蠕铁表现出来的优良的耐热疲劳性能，国内铸造工作者就开发了蠕铁制动鼓。但或许是当时汽车拥有量少，载重不多且车速不快，加上蠕铁生产稳定性也较难控制等多种原因，蠕铁材质的制动鼓没有得到产品设计师们的重视和认同。进入新世纪后，虽然汽车数量、载重量以及车速均有了质的飞跃，但制动鼓材质提升又被短暂的利益绑架，“水货”冲斥市场，优质产品得不到应有的补偿。加上普遍的严重超载让人们分不清是制动鼓本身问题还是使用者的问题。与此同时，近20年来，铁路部门技术人员却在制动器系列方面进行了卓有成效的研制工作，并把蠕铁刹车盘应用到时速为≤160km/h的客车上，还制定了行业标准，如《TB/T2444-1993铁道机车车辆用蠕墨铸铁件通用技术条件》、《TB/T2980-2000客车用制动盘技术条件》。

只要按照汽车制动鼓的工况和对材质的基本要求（即抗拉强度、导热性和耐磨性），对比蠕墨铸铁和灰铸铁，便可得出蠕铁材质更优的结论——当然还要用实际使用情况来加以验证。

① 抗拉强度

用于制动鼓材质的灰铸铁抗拉强度只有150-260Mpa,而蠕铁则可达到350-450Mpa,而且高温强度蠕铁也比灰铁高得多。

② 导热性

蠕铁的热导率介于灰铁与球铁之间，而且蠕化率越高，越接近于灰铁。蠕铁碳当量高于灰铁，即含有更多导热性优良的石墨；蠕铁中石墨又是相互联结，不象球状石墨各自孤立，虽然蠕铁共晶团之间的石墨不象灰铁那样也相互交织，但由于蠕铁的共晶团数量不多（通常25px长度上灰铁共晶团数为10-20个、蠕铁为20-50个、球铁为100-200个）[4]，因此蠕铁仍有良好的导热性。

③ 耐磨性

张永振等人[5] 长期研究了铸铁的摩擦特性，得出结论：在干滑动摩擦条件下，蠕墨铸铁与球墨铸铁和灰铁相比具有最低的磨损率和最高的摩擦系数与最低的摩擦系数衰减量。蠕铁摩擦表面三维形貌特征不同于球铁与灰铁，球铁与灰铁的摩擦表面主要以切削形成的犁沟-山脊形貌为主要特征，只是灰铁的犁沟宽而较深，球铁犁沟窄而较浅，但蠕铁则以剥落形成的剥落坑-孤岛形突出峰为主要特征，无明显的切削犁沟。蠕铁具有较好的耐磨性。

即使蠕铁是制作汽车制动鼓的好材质能被人们接受，但对蠕化率高点还是低点、珠光体量是多点还是少点还莫衷一是。福建省建阳市杜氏铸造公司自2009年起就开始研制蠕铁制动鼓，并已有数千件蠕铁制动鼓在黔北山区使用，依据这些生产和使用经验，笔者有如下看法：

关于蠕化率

ISO标准和国标都把蠕化率≥80%定义为蠕墨铸铁，但同时也指出，由于冷却速度对蠕化率影响很大，因此具体到每一种铸件，并不是一概要求蠕化率处处为80%以上，可以根据铸件的结构和实际使用情况确定其最佳的蠕化率。制动鼓壁厚较均匀，又要求有好的导热性，因此蠕化率应高一些，但绝不能出现片状石墨。按照杜氏铸造公司的生产经验，即使采用冲入法，也可以稳定获得蠕化率≥80%的铸件。但从加工和实际使用情况看，蠕化率≥70%和≥80%并无显著差别，因此杜氏公司的企业标准把制动鼓的蠕化率定为≥70%。

关于珠光体量

有人认为，制动鼓是耐磨件，原采用的灰铁制动鼓珠光体量大多在97%以上，因此生产蠕铁制动鼓也应高珠光体量。其实未必。理由有三：A）资料[5]指出：蠕铁具有比球铁和灰铁都要好的耐磨性。也可以认为，即使是混合基体的蠕铁，其耐磨性也堪比珠光体基体的球铁和灰铁；B）铸态蠕铁有更倾向于生成铁素体的特征，不象球铁和灰铁在正常化学成分范围内，只要通过调整常规元素成分，就能够得到铸态下高珠光体量，蠕铁想要获得铸态下的高珠光体，必须加入较多的促进珠光体的元素，如Cu、Cr、Mn、Mo、Sn等，势必造成制造成本的升高；C)、制动鼓失效分析表明，磨损不是失效的主要原因，把大量成本用在提高已有剩余功能的耐磨性上,是对资源的浪费。

杜氏公司企业标准《卡车蠕墨铸铁制动鼓铸件技术条件》规定了三种牌号，分别为RnT350、RnT400、RnT450，其蠕化率都要求≥70%，但珠光体量分别为≥35%、≥50%、≥60%。投放市场的蠕铁制动鼓还没有一件因磨损而报废。

五、蠕铁制动鼓的生产实践

福建省建阳市杜氏铸造公司原为铸造合金生产专业厂，生产球化剂、孕育剂等供国内一些厂家使用，年生产能力达1500吨。2006年拓展业务，建立铸造公司，生产工程机械的差速器壳、轮壳等球铁铸件，供厦门工程机械公司桥箱公司使用。2009年开发蠕铁制动鼓，现已形成年产球铁件1万吨、蠕铁制动鼓5万件的能力。

1生产手段

1.1熔炼

使用1t中频炉熔化铁液，炉料为废钢+增碳剂+回炉料，生铁加入量不超过20%（多数情况下不加生铁）。所有炉料均需称量。炉前用热分析控制C、Si量，快速热电偶测温。出炉温度1500 ±200C

1.2蠕化处理

采用1t球化处理包（蠕化包与球化包通用），堤坝式，冲入法蠕化处理。

采用自制专利蠕化剂，由于与球铁共处理包，因此蠕化剂中不含Ti(原铁水中也不加Ti)，蠕化剂中RE14-16%、Mg 3-5%，另有若干Ca 、 Al、Si、Fe等。加入量0.6-0.8%（占铁液重）。

采用二次孕育，包底加孕育剂（含Ba4%的75 Si–Fe）0.2%,随流孕育量0.3-0.4%（同为含Ba4%的75 Si- Fe）。浇注时不再随流孕育。

由于炉料变化少，又已经准确称重，蠕化处理又是整炉出空，铁液出炉温度又有严格控制，因此蠕化率很稳定。蠕化后浇注时间控制在15分钟内。

1.3造型

采用Z148造型机，潮模砂型，1件/型。

浇注系统采用顶注，多道内浇口，以保证制动鼓组织均匀，内部没有缩松、缩孔。

2、生产稳定性

统计了2011.5.20-6.18一个月的生产数据，这期间共开77炉。

2.1蠕化率（VG%）：见下表

生产日期
取样次数 M
蠕化率统计数
VG≥70%的集中度
VG≥80%的集中度
置信度为95%时蠕化率范围`X±2б

均值
级差
标准差

`X
R
б

2011年5.20-6.18
77
84.90%
20%
7.47%
100%
80.70%
70.0-99.9

注：①金相试样取自工厂正常生产时所浇注的Y型试块。

②蠕化率加入量：占铁液重0.6-0.8%

由表可见，蠕化率的稳定性是很高的。

2.2力学性能：

抗拉强度：350-506Mpa，

伸长率：1.5-6.0%

硬度：HB 143-211

珠光体量：25%-65%

由于牌号不同，所加合金成分不一，因此力学性能数据较分散，不宜做统计分析。

3、标准：

杜氏公司于2011年制定第一份《卡车蠕墨铁制动鼓铸件技术条件》的企业标准，内容包括范围、规范性引用文件、制动鼓铸件的化学成分、力学性能、金相组织、尺寸公差、铸件的铸造缺陷、铸件标识、表面防护包装储运要求9个方面。标准中规定了三个牌号，即RuT350、RuT400、RuT450，其基体组织珠光体量分别为≥35%、≥ 50%、≥60%。

4、减重及市场反映

杜氏公司对部分制动鼓进行了减重试验。减重部位主要是鼓的壁厚。实验的鼓是153制动鼓和1094制动鼓。将外圆车去2mm,使壁厚由16mm减薄为12mm。153鼓由原重47.6kg减为40kg，减重率16%，1094鼓由厚重41 kg，减为38kg，减重率为7%，现已投放市场试验用。半年过去了市场反应良好。

经杜氏公司跟踪调查，蠕铁制动鼓的“三包”退赔率因车型不同而有差别，反映最好的是九平柴车型，退赔率仅1.8%，最差的是斯太尔王车型制动鼓，退赔率为8.2%。但总体比灰铁鼓要好得多，初投市场退赔率只有灰铁鼓的1/5-1/3。相信针对市场反馈做好改进工作后退赔率还会进一步下降。

六、结束语

1、在当前用于制作汽车制动鼓的材质中，以蠕墨铸铁为优，它使用寿命最长，生产成本相当于或略高于低合金灰铸铁，性价比最好。

2、汽车蠕铁制动鼓的蠕化率以≥70%为宜，过低恐怕会降低导热性，过严可能导致生产成本的提高。当前条件下只要工序过程得到控制，即使采用冲入法也能稳定达到VG≥70%这一要求。

3、没有必要追求高珠光体量，根据不同车型、不同使用条件，可以选择RuT400 (≥50%P+F)，RuT450 (≥60%P+F)，也可以选择 RuT350(≥35%P+F)。

4、蠕铁制动鼓具有减重15-20%的潜力，壁厚减薄时应注意与法兰盘要圆滑过渡，保证动平衡。壁的减薄有利于减少铸件的温度梯度，降低热应力。

5、认真选择铸造工艺，消除铸件内部的缩孔、缩松缺陷，使内部组织均匀，以利于减少内部应力，并减少刹车抖动