摘 要：汽車(chē)制動(dòng)鼓在汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，汽車(chē)由高速降至低速或停車(chē)，使得汽車(chē)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。在制動(dòng)停車(chē)期間產(chǎn)生的熱能約90%以上為制動(dòng)鼓吸收，使制動(dòng)鼓工作表面溫度隨著制動(dòng)的持續(xù)而升高，致使制動(dòng)鼓工作表面機(jī)械性能和組織穩(wěn)定性相對(duì)降低。根據(jù)公司的市場(chǎng)故障件統(tǒng)計(jì)分析，制動(dòng)鼓的主要失效形式是熱機(jī)械疲勞開(kāi)裂，表現(xiàn)為制動(dòng)鼓內(nèi)表面易產(chǎn)生龜裂和外表面的貫穿性裂紋，此次新研發(fā)的蠕鐵制動(dòng)鼓將會(huì)很好地克服這一現(xiàn)象，為驗(yàn)證蠕鐵制動(dòng)鼓的可靠性，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了制動(dòng)鼓的熱-力沖擊試驗(yàn)及進(jìn)行了市場(chǎng)的客戶裝車(chē)路試試驗(yàn)，最終證明，蠕鐵制動(dòng)鼓是目前重卡車(chē)橋所用制動(dòng)鼓比較理想的方式。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)制動(dòng)鼓；蠕鐵制動(dòng)鼓；制動(dòng)鼓熱-力沖擊試驗(yàn)

汽車(chē)制動(dòng)鼓是汽車(chē)行駛系的一個(gè)重要零件，它屬于車(chē)橋總成的一部分，是車(chē)橋制動(dòng)系統(tǒng)中主要的制動(dòng)元件，因其性能可靠、制動(dòng)功率大，是卡車(chē)和大中型客車(chē)最常見(jiàn)的制動(dòng)裝置元件之一；汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)，由于制動(dòng)摩擦片對(duì)制動(dòng)鼓內(nèi)表面存在較大的推力，使制動(dòng)鼓內(nèi)表面承受擠壓應(yīng)力，同時(shí)在鼓壁截面上還將承受張應(yīng)力，行車(chē)制動(dòng)時(shí)，汽車(chē)由高速降至低速或停車(chē)，使得汽車(chē)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。理論研究表明，在制動(dòng)停車(chē)期間產(chǎn)生的熱能約90%以上為制動(dòng)鼓吸收，制動(dòng)鼓工作表面溫度隨著制動(dòng)的持續(xù)而升高，致使制動(dòng)鼓工作表面機(jī)械性能和組織穩(wěn)定性相對(duì)降低，同時(shí)在工作表面產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。特別是重載汽車(chē)制動(dòng)鼓使用過(guò)程中承受著較大制動(dòng)力和離心力，其綜合性能的優(yōu)劣決定了整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而直接影響重載車(chē)輛的行車(chē)安全。據(jù)了解，制動(dòng)鼓的使用壽命因道路條件不同、超載與否、駕駛員操作習(xí)慣以及制造廠家不同有很大差異。一般而言，對(duì)卡車(chē)，特別是在礦區(qū)及重載卡車(chē)，其制動(dòng)鼓使用壽命則大多在2.5萬(wàn)公里以下（據(jù)公司售后服務(wù)制動(dòng)鼓損壞統(tǒng)計(jì)），更甚至有不足1萬(wàn)公里，頻繁地更換不僅浪費(fèi)了大量的財(cái)力、物力，更可怕的是汽車(chē)行駛過(guò)程中制動(dòng)鼓失效可能造成車(chē)毀人亡的惡性事故，因此，改善制動(dòng)鼓的性能，提高其使用壽命和使用可靠性，應(yīng)是車(chē)橋行業(yè)及鑄造企業(yè)義不容辭的責(zé)任。

通過(guò)公司的售后服務(wù)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，制動(dòng)鼓的主要失效形式是熱機(jī)械疲勞開(kāi)裂，在頻繁的制動(dòng)、冷卻、反復(fù)交變載荷下使用的重卡車(chē)橋制動(dòng)鼓其失效機(jī)制是熱機(jī)疲勞裂紋的萌生、擴(kuò)展和斷裂，熱疲勞損壞是在遠(yuǎn)低于靜強(qiáng)度載荷下發(fā)生的，因而制動(dòng)鼓的熱疲勞破壞具有極大的危險(xiǎn)性，因此，要求所使用的制動(dòng)鼓擁有較高的強(qiáng)度、塑性，良好的導(dǎo)熱性、抗熱疲勞性能和耐磨性，較高的摩擦系數(shù)、較低的摩擦系數(shù)衰減率，以保證其在重載運(yùn)行時(shí)不破裂、對(duì)制動(dòng)蹄片的磨損較小，制動(dòng)平穩(wěn)、有效，有較長(zhǎng)的使用壽命和較高的安全可靠性。目前國(guó)內(nèi)外用于生產(chǎn)重卡車(chē)橋制動(dòng)鼓的材料主要為三類鑄鐵材料：

（1）珠光體灰鑄鐵，主要特點(diǎn)是導(dǎo)熱性好，摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定。常采用HT250、HT300、釩鈦鑄鐵和低合金鑄鐵等；HT250、HT300、釩鈦鑄鐵的強(qiáng)度、塑性、耐磨性和抗熱疲勞性能較差，而低合金鑄鐵通常加入Cr、Mo、Cu、Ni、Sn等貴重合金元素，雖然在強(qiáng)度、耐磨性方面有一定提高，但抗熱疲勞性能沒(méi)有多少改善，且生產(chǎn)成本較高。同時(shí)由于珠光體灰鑄鐵強(qiáng)度、塑性和耐磨性相對(duì)較低，尤其是顯微組織中存在具有尖角的片狀石墨，割裂基體，引起應(yīng)力集中，促進(jìn)熱疲勞裂紋的萌生與擴(kuò)展，導(dǎo)致制動(dòng)鼓早期發(fā)生龜裂，甚至斷裂，使用壽命偏低，安全可靠性差。

（2）鐵素體球墨鑄鐵，其特點(diǎn)是強(qiáng)度、塑性、耐磨性較好，500℃以下抗熱疲勞性能尚可，但導(dǎo)熱性和抗變形能力差，摩擦系數(shù)較低且不穩(wěn)定，其熱導(dǎo)率低、屈強(qiáng)比低，所生產(chǎn)的汽車(chē)制動(dòng)鼓在重載、大制動(dòng)力使用時(shí)變形嚴(yán)重，制動(dòng)面開(kāi)裂處向內(nèi)凸起嚴(yán)重撕扯、磨損制動(dòng)蹄片，制動(dòng)的平穩(wěn)性和可靠性差。

（3）珠光體蠕鐵（珠光體量大于85%，蠕化率大于80%）。蠕墨鑄鐵既有灰口鑄鐵所具有的高熱導(dǎo)率、高摩擦系數(shù)，也有球墨鑄鐵所具有的高強(qiáng)度、抗熱疲勞性和耐磨性，伸長(zhǎng)率和彈性模量介于灰鐵和球鐵兩者之間，是制造高速重載汽車(chē)制動(dòng)鼓的較佳備選材料。但由于追求高的蠕化率和高含量單一基體（蠕化率大于80%，珠光體量大于85%），故蠕化范圍窄，穩(wěn)定控制難度大。

由于上述三種鑄鐵材料存在的不足常常使制動(dòng)鼓由于熱裂紋擴(kuò)展、疲勞剝落、開(kāi)裂掉底、變形失圓及強(qiáng)韌性不足斷裂等而導(dǎo)致其失效，嚴(yán)重威脅到重載車(chē)輛的行駛安全，同時(shí)也給車(chē)輛維修、保養(yǎng)帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)迫切需要一種強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、抗熱疲勞、耐磨損、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠性好的新型制動(dòng)鼓。

要改善鑄鐵組織中的石墨結(jié)構(gòu)，以減輕應(yīng)力集中現(xiàn)象，阻止裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展。由于高速制動(dòng)時(shí)摩擦副表面溫度很高，材料應(yīng)有高的高溫力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能、低的彈性模量和膨脹系數(shù)等，使制動(dòng)熱量迅速逸散，減小鼓體的變形，另外材料應(yīng)有較高的熱疲勞強(qiáng)度以提高其壽命?；诖宋覀冮_(kāi)發(fā)的是一種蠕蟲(chóng)狀及球狀雙態(tài)石墨和鐵素體及珠光體混合基體的鑄鐵材料及由該材料制作的重載汽車(chē)制動(dòng)鼓。蠕墨鑄鐵鑄鐵制動(dòng)鼓材質(zhì)牌號(hào)：RuT300，機(jī)械性能及金相組織：抗拉強(qiáng)度：σb≥300Mp，延伸率：δ≥1%，硬度：HB140-249，蠕化率：≥Ru55，珠光體：25%-75%。

蠕鐵制動(dòng)鼓對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制非常敏感，如果生產(chǎn)控制過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題，其將對(duì)蠕鐵制動(dòng)鼓產(chǎn)生致命損傷，因此，蠕鐵制動(dòng)鼓生產(chǎn)過(guò)程的控制至關(guān)重要，下面我們簡(jiǎn)要的說(shuō)明蠕鐵制動(dòng)鼓的鑄造過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)控制的部分。

（1）澆冒口設(shè)計(jì)：蠕鐵制動(dòng)鼓在專門(mén)的造型線上生產(chǎn)，其澆冒口設(shè)計(jì)非常重要。（見(jiàn)圖1）

（2）鐵液成分的控制：按工藝要求進(jìn)行配料，各種爐料、合金使用時(shí)準(zhǔn)確稱量，最大限度減小稱量誤差，溶化后爐內(nèi)鐵液成分需要進(jìn)行微調(diào)，用紅外C-S儀檢測(cè)鐵液C、S含量以及光譜儀檢測(cè)其余成分含量，直到成分符合工藝要求，方可出鐵澆注。

（3）蠕化率控制：每包次蠕化及孕育處理的鐵液，均取樣分析成分，每包次蠕化及孕育處理的鐵液，上線澆注時(shí)均測(cè)溫，每包次澆注的剩余鐵水，全部澆成回爐鐵。在橫澆道局部位置，設(shè)計(jì)大小合適的附鑄試塊進(jìn)行蠕化率檢測(cè)。抽取每包次有標(biāo)識(shí)的試塊和每包次對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)的制動(dòng)鼓進(jìn)行蠕化率對(duì)比，經(jīng)過(guò)蠕化率對(duì)比驗(yàn)證，試塊蠕化率與制動(dòng)鼓本體蠕化率相差5%，生產(chǎn)時(shí)將試塊蠕化率替代制動(dòng)鼓本體蠕化率的檢測(cè)。產(chǎn)品入庫(kù)前，質(zhì)檢部門(mén)對(duì)制動(dòng)鼓還隨機(jī)取樣進(jìn)行本體蠕化率檢測(cè)。

造型時(shí)，每箱制動(dòng)鼓鑄型均做標(biāo)識(shí)號(hào)（爐次號(hào)、包次號(hào)），便于檢測(cè)到蠕化率不合格時(shí)產(chǎn)品隔離。

嚴(yán)格的過(guò)程控制，生產(chǎn)出了符合要求的蠕鐵制動(dòng)鼓，其使用性能如何呢？為了驗(yàn)證該制動(dòng)鼓的可靠性，我們實(shí)驗(yàn)室對(duì)現(xiàn)批量生產(chǎn)使用的灰鐵制動(dòng)鼓與此次所設(shè)計(jì)的蠕鐵制動(dòng)鼓進(jìn)行了制動(dòng)鼓的熱-力沖擊制動(dòng)試驗(yàn)（一種等扭矩制動(dòng)試驗(yàn)）對(duì)比，試驗(yàn)方法是制動(dòng)鼓隨車(chē)橋總成以85km/h速度運(yùn)行，每次制動(dòng)約45秒（平均溫升約300℃）后脫離制動(dòng)，待制動(dòng)鼓溫度降至50℃以下，開(kāi)始下一次沖擊制動(dòng)，反復(fù)循環(huán)，一直做到制動(dòng)鼓內(nèi)表面裂紋長(zhǎng)度超過(guò)鼓制動(dòng)面高度的三分之二或鼓外表面有穿透裂紋為止。

蠕鐵鼓與灰鐵鼓經(jīng)過(guò)340次沖擊試驗(yàn)后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，蠕鐵制動(dòng)鼓明顯優(yōu)于現(xiàn)生產(chǎn)狀態(tài)的蠕鐵制動(dòng)鼓內(nèi)、外表面熱疲勞裂紋形貌，可見(jiàn)內(nèi)表面疲勞開(kāi)裂情況相近，而外表面差異很大。對(duì)于灰鐵鼓而言，外表面裂紋已貫穿整個(gè)截面，不能繼續(xù)試驗(yàn)；而蠕鐵鼓外表面則完好無(wú)損。如圖3、4。

為了更好地驗(yàn)證新開(kāi)發(fā)的蠕鐵制動(dòng)鼓情況，我們又對(duì)兩種形態(tài)的制動(dòng)鼓進(jìn)行整車(chē)路試試驗(yàn)，采用同一臺(tái)橋上一邊裝配蠕鐵制動(dòng)鼓，另一邊裝配灰鐵制動(dòng)鼓，同時(shí)選擇11臺(tái)整車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)，我們進(jìn)行實(shí)地跟蹤實(shí)驗(yàn)，制動(dòng)鼓試驗(yàn)跟蹤了9個(gè)多月，平均里程4.6萬(wàn)公里，已經(jīng)在用戶處行駛了10個(gè)月，試驗(yàn)的22只鼓在11月初換下2只，中旬換下1只，其余仍在使用，用戶對(duì)此種制動(dòng)鼓都很認(rèn)可。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的制動(dòng)鼓的熱-力沖擊制動(dòng)試驗(yàn)以及市場(chǎng)整車(chē)的對(duì)比試驗(yàn)來(lái)看，蠕鐵制動(dòng)鼓的使用性能明顯優(yōu)于灰鐵制動(dòng)鼓，因此，我公司自2014年下半年開(kāi)始批量生產(chǎn)使用蠕鐵制動(dòng)鼓的車(chē)橋，現(xiàn)經(jīng)過(guò)1年批量的使用，市場(chǎng)故障率明顯下降，公司市場(chǎng)索賠費(fèi)用下降非常明顯。