本發明涉及一種汽車制動鼓制造技術領域，更具體地，涉及一種廢舊汽車零部件、鐵屑再利用生產高強度低合金制動鼓。
背景技術：
制動鼓是一種灰鑄鐵件，是汽車制動器重要組件，其結構緊湊，制動功率大，是汽車主要安保件之一，對行車安全起著舉足輕重的作用。在制動鼓早期生產，主要利用生鐵、回爐料、焦炭等為主要原材料，在工藝上主要采用降低碳含量，提高硅碳比，孕育劑進行孕育處理，改變石墨形態，提高產品的力學性能。但隨著市場的發展，汽車的重載、提速、載荷不平衡及頻繁的制動等等，所帶來的汽車制動鼓使用壽命和安全性大幅下降，對制動鼓的生產提出了更高的要求。具我們對制動鼓市場調查與了解，汽車制動鼓的使用功能及對材質提出如下的基本要求：
1、承載重物，剎車時承受強烈的機械沖擊，且載重越多，速度越快，這種沖擊越大，因此要求制動鼓有足夠高的機械性能。
2、剎車時通過干滑摩擦把動能迅速轉化為熱能并盡快散發出去，因此要求制動鼓有良好的導熱性；
3、山區行駛頻繁剎車，或下山時長時間剎車，使制動鼓溫度不斷升高，有時需用水激冷以降溫，或在雨天行駛時，雨水會濺上發熱的制動鼓，因此要求制動鼓有良好的熱疲勞性能；
4、剎車時依靠制動鼓內圓面(摩擦面)與剎車蹄摩擦片間的摩擦制動，因此要求制動鼓有良好的耐磨性和抗咬合能力；
5、現代汽車追求乘坐舒適性，要求剎車時減少震動、降低響聲，因此要去制動的尺寸穩定，內部組織均勻并有良好的吸震性；
為了滿足這五大要求，利用廢舊汽車零部件、鐵屑等(取代傳統的生鐵)作為主要原材料，添加增碳劑和少量合金元素及孕育處理相結合的方法，對制動鼓的成分進行合理設計，從而改良制動鼓的性能，目前未見相關文獻記載。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種高強度、高性能、生產成本低、采用廢舊金屬為原料的廢舊汽車零部件、鐵屑再利用生產高強度低合金制動鼓。
為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：一種廢舊汽車零部件、鐵屑再利用生產高強度低合金制動鼓，所述制動鼓為采用廢鋼料、鐵屑、機雜鐵和回爐料為原料，輔以硅鐵、錳鐵、鉻鐵、增碳劑、金屬添加劑熔煉制得原鐵水，再經過孕育處理制得的高強度低合金化孕育制動鼓；其中，所述原鐵水中含有的化學成分按質量百分比計為：C 3.3～3.6％、Si 1.6～1.9％、Mn 0.6～0.9％、P≤0.1％、S≤0.04％、Cr 0.2～0.4％、Cu 0.25～0.5％、Ti 0.05％～0.15％、Ni≤0.1％、Mo≤0.1％、Sn 0.04％～0.08％，余量為Fe及其它不可避免的雜質。
碳：是鑄鐵中最經濟、最基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化作用以提高鑄鐵的強度，為使鑄鐵的微觀組織中有較多的石墨片，以保證其具有較高的熱導率，乘用車制動鼓的碳含量應該在3.3％以上，但過高的碳量會造成較高的易脆性，故為保證較高強度和較高的熱導率，將碳含量控制在3.3～3.6％之間。
硅：在鑄鐵中起固溶強化作用，并能提高鋼質純凈度和脫氧，但含量太高會降低鑄鐵的韌性，而且容易使鑄鐵表面產生紅鐵皮等表面缺陷，在孕育處理和澆鑄處理時，較高的碳量和較低的硅量能保證鐵水良好的流動性，因此本發明Si含量控制在1.6～1.9％。
錳：可以溶入鐵素體，提高鑄鐵的強度，還能與S形成MnS，以消除S的有害作用，同時也是重要的強韌性元素，Mn含量太高對鑄件中心偏析有不利影響，有損于鑄件的韌性。本發明Mn的含量控制在0.6～0.9％。
磷：為鑄鐵中的有害元素，形成磷共晶體，增加脆性，本發明中嚴格控制P≤0.1％
硫：為鑄鐵中的有害元素，在鑄鐵中形成MnS、TiS等多種化合物，適量的硫具有改善孕育效果，促進A型石墨，本發明中嚴格控制S≤0.04％。
鈦：是強碳化物的形成元素，可形成細微的TiC顆粒，細化晶粒；TiC能有效釘扎奧氏體晶界，有效控制奧氏體晶粒長大，而且TiC在晶粒內的析出能顯著增強鑄鐵的強度；鈦是成分過冷元素，若鈦過高則促進過冷石墨形成，不利于提高A型石墨比例，降低導熱性能，若鈦量過低，則提高強度效果不明顯，達不到強度要求。本發明的Ti含量控制在0.05～0.15％。
鉻：可以提高鑄鐵的強度和硬度，含量過高易增加鑄型難度和形成白口化，本發明的Cr含量控制在0.2～0.4％。
銅：能增加和穩定珠光體并促進石墨化，可抵消Cr元素的增大白口的不利影響，有利于保證鐵水的鑄造工藝性能，同時Cu是一種導熱性能較好價格低廉的金屬元素，能顯著提高鑄鐵的熱疲勞性和熱導性能，在Cr含量為0.2～0.4％，本發明的Cu的較適合的范圍為0.25～0.5％。
鎳：共晶期間促進石墨化，降低奧氏體轉變溫度，擴大奧氏體區，能細化并增加珠光體，同時還能有效阻止Cu的熱脆引起的網裂，含量過高易造成鑄鐵氧化鐵皮難以脫落且增加成本，因此本發明控制Ni≤0.1％。
鉬：能使鐵素體從奧氏體中析出并增加奧氏體的穩定性，但鉬屬于貴金屬，過量的鉬會提高鑄鐵的成本，因此本發明控制Ni≤0.1％。
錫：能促進并穩定珠光體，加入微量的Sn就可增加鑄鐵的激冷白口傾向；增加錫的含量可以提高鑄鐵的硬度，但是過高的Sn會使碳化物增多，造成脆性增大，強度下降；當Sn≤0.08％時，隨著錫含量的增加，凝固前膨脹率下降，共析前收縮率提高，共析后收縮率下降，總收縮率提高。因此本發明控制Sn的含量在0.04％～0.08％之間。
75硅鐵孕育劑作為本發明第一次孕育處理劑，在鐵水包內處理，根據三角試樣白口寬度確定加入量，用濕型三角試片檢測，原鐵水白口寬度一般控制在4毫米以下，因此本發明的一般75硅鐵孕育劑較佳取值范圍為0.2～0.5％，白口寬取上限，白口小取下限。
硅鋇鈣隨流孕育劑作為本發明第二次孕育處理劑，是鑄鐵澆鑄工藝中的脫氧劑，且具有很好的脫硫、磷能力，本發明硅鋇鈣的含量控制在0.15～0.25％。
錳鐵：選用GB3795-1996規定的錳鐵。其中要求：Mn≥50％，同批次錳含量波動范圍不應超過3％，P≤0.5％，S≤0.04％。
硅鐵：選用GB2272-87規定中的Fe-Si75-A、Fe-Si75-B、Fe-Si75-C，Si＞70％，同批次硅含量波動范圍不應超過3％。
鉻鐵：GB5683-87規定的鉻鐵，其中要求：Cr≥60％，同批次鉻含量波動范圍不應超過3％，P≤0.03％，S≤0.03％。
本發明的有益效果在于：
(1)本發明中加入少量合金元素(銅、鉻、錫、鈦、鎳、鉬)，不僅可以在鐵水共析轉變時顯著地穩定和部分細化珠光體，而且能促進碳化物形成；硅鋇孕育劑孕育處理，能減少鉻的白口傾向，改善鑄件斷面均勻性，使原鐵水中石墨兩頭鈍化，類似蠕蟲狀，呈細片狀，從而減少石墨對基體的切割作用，同時適當增加共晶團數和促進細片珠光體的形成，有利于提高制動鼓強度，同時可大大減少原料中廢鋼的加入量，對我國目前供應的原材料廢鋼質量差，量又少的局面有著特別重要的意義。
(2)本發明中添加銅錫合金，不僅能提高制動鼓的抗熱疲勞性能，還具有良好的熱導性能，使剎車制動時易將動能轉化為熱能散發出去，具有良好的剎車制動性。
(3)通過確定合理的化學成分和爐料配比，加強爐料的管理和控制，加入適量的合金元素，提高熔化溫度及強化孕育，使生產的制動鼓在抗拉強度、硬度、加工性能都能滿足產品要求，制動鼓的抗拉強度為240～280Mpa，硬度為190～220HB，其金相組織為：A型石墨95％以上，石墨長度4～6級，珠光體≥98％。
(4)本發明利用汽車零部件、鐵屑回收再利用生產高強度低合金化灰鑄鐵件-制動鼓，廢鋼、鐵屑等的大量使用，降低了鑄造生產成本，極大地緩解了企業的生存壓力，經濟效益高。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應對本發明的保護范圍有任何的限制作用。
本發明的一種廢舊汽車零部件、鐵屑再利用生產高強度低合金制動鼓，所述制動鼓為采用廢鋼料、鐵屑、機雜鐵和回爐料為原料，輔以硅鐵、錳鐵、鉻鐵、增碳劑、金屬添加劑熔煉制得原鐵水，再經過孕育處理制得的高強度低合金化孕育制動鼓；其中，所述原鐵水中含有的化學成分按質量百分比計為：C 3.3～3.6％、Si 1.6～1.9％、Mn 0.6～0.9％、P≤0.1％、S≤0.04％、Cr 0.2～0.4％、Cu 0.25～0.5％、Ti 0.05％～0.15％、Ni≤0.1％、Mo≤0.1％、Sn 0.04％～0.08％，余量為Fe及其它不可避免的雜質。
上述技術方案中，所述制動鼓的抗拉強度為240～280Mpa，硬度為190～220HB，其金相組織為：A型石墨95％以上，石墨長度4～6級，珠光體≥98％。鑄鐵的熱導率與石墨在其中所占的體積分數和石墨片的尺寸成正比。
一種如上述所述的廢舊汽車零部件、鐵屑再利用生產高強度低合金制動鼓的制備方法，包括以下步驟：熔制原鐵水、鐵水孕育處理、澆鑄；所述熔制原鐵水步驟中，依次將廢鋼料、機雜鐵、鐵屑、回爐料經過前處理后加入中頻感應爐中，將增碳劑加入爐底，再加入硅鐵、錳鐵、鉻鐵，對爐料進行熔煉制得原鐵水，待鐵水熔清后除渣，在出鐵水前加入預處理劑碳化硅，然后加入金屬添加劑調整鐵水成分，使得原鐵水中各化學成分的重量百分比為：C 3.3～3.6％、Si 1.6～1.9％、Mn 0.6～0.9％、P≤0.1％、S≤0.04～0.1％、Cr 0.2～0.4％、Cu 0.25～0.5％、Ti 0.05％～0.15％、Ni≤0.1％、Mo≤0.1％、Sn 0.04％～0.08％，余量為Fe及其它不可避免的雜質；所述鐵水孕育處理步驟中，將熔制的原鐵水倒入澆包中，向澆包中加入75硅鐵孕育劑，進行第一次孕育；其中鐵水倒入澆包的出鐵溫度為1520～1540℃，較高的出鐵溫度可得到良好鑄態性能的制動鼓，可降低后續鐵水鑄型時的澆鑄溫度；所述澆鑄步驟中，將鐵水包運至澆注車中澆注制動鼓，在澆注過程中，隨流加入硅鋇鈣隨流孕育劑，進行第二次孕育；其中，鐵水澆入鑄型的澆鑄溫度為1420～1480℃。
上述技術方案中，所述原料的配比按重量百分比計為：鐵屑60～75％、廢鋼料5～15％、回爐料15～20％、機雜鐵1～10％。
上述技術方案中，所述75硅鐵孕育劑占原鐵水含量0.2～0.5％，75硅鐵孕育劑鐵水包內處理，根據三角試樣白口寬度確定加入量，用濕型三角試片檢測，原鐵水白口寬度一般控制在4毫米以下，因此本發明的一般75硅鐵孕育劑較佳取值范圍為0.2～0.5％，白口寬取上限，白口小取下限。
上述技術方案中，所述硅鋇鈣隨流孕育劑占原鐵水含量0.15～0.25％。
用本發明的方法制造的制動鼓的性能如下：
(1)強度高：抗拉強度為240～280Mpa。
(2)熱導性良好：鑄鐵的熱導率與石墨在其中所占的體積分數和石墨片的尺寸成正比，本發明的制動鼓A型石墨為95％以上，石墨長度4～6級，表明其具有較好的熱導性能，可以散去制動片上的熱量，具有良好的剎車制動性能。
(3)抗疲勞性：本發明的制動鼓的抗疲勞性比全灰鐵制動鼓和鋼體制動鼓要好。
(4)耐磨性：本發明添加的金屬元素銅、鈦、鎳、鉻、錫均具有良好的耐磨性，且能提高鑄鐵的硬度，本發明制動鼓的硬度為190～220HB，其磨損量比普通的制動鼓磨損量小。
(5)壽命：因本發明制動鼓的強度高、熱導性良好、磨損量小、改善了制動鼓的抗龜裂能力，因而延長了使用壽命。
(6)減震性：減震性比普通的制動鼓要好。
實施例1
1、原料的前處理：
(1)廢鋼料：為廢舊的汽車零部件鋼鐵結構件、邊角余料，A3、45#、40Cr等普通的含C≤1％、Si≤1％、Mn≤1％、低S、低P的材料；廢舊的壓力容器需解體后投料，薄小的廢鋼料需打包，零散的或者是通過打包成塊的，要能直接加入到熔爐內，不能卡爐影響加料，更不能殘存汽、液體引起爆炸；廢鋼投料前需除銹、清除表面油污、除去鍍層。
(2)鐵屑：為機加工過程中鋼鐵件因加工去掉的鐵屑，其中，鋼屑的化學成分與廢鋼相同，鐵屑由普通灰鑄鐵或球墨鑄鐵產生，其主要化學成分在C 2.5～4.0％、Si 1.5～3.5％、Mn 0.3～2.0％之間；鐵屑碎小零散，需裝袋或做成屑餅以方便加料和節省能源，需清除表面油污和切削液，除銹。
(3)機雜鐵：為拆卸的報廢的機器設備鋼鐵零部件、機身、底座等，化學成分相對復雜，可能含有少量合金元素或非金屬雜質，一般情況下可清除其中的鋁、鋅、鉛等輕質低熔點金屬、銅等有色金屬，去油污坭后再使用。
(4)回爐料：為鑄造生產時產生的澆冒系統、飛邊、毛刺、鐵豆、鍋巴鐵以及廢品等，投料前要除掉其表面的粘砂、除銹。
2、投爐料熔制原鐵水
本實施例通過化學成分要求計算得到合理的原料比例為：鐵屑60％、廢鋼料10％、回爐料20％、機雜鐵10％；依次按順序將經過前處理后的廢鋼料、機雜鐵、鐵屑、回爐料加入中頻感應爐中，將增碳劑加入爐底，再加入硅鐵、錳鐵、鉻鐵，對爐料進行熔煉制得原鐵水，待鐵水熔清后除渣，在出鐵水前15min加入預處理劑碳化硅，保證原鐵水保持較高的碳量和較低的硅量，以使鐵水具有良好的流動性，然后加入金屬添加劑調整鐵水成分，使得原鐵水中各化學成分的重量百分比為：C 3.3％、Si 1.6％、Mn 0.6％、P 0.08％、S 0.01％、Cr 0.3％、Cu 0.3％、Ti 0.15％、Ni 0.1％、Mo 0.05％、Sn 0.07％，余量為Fe及其它不可避免的雜質；
3、鐵水孕育處理
將熔制的原鐵水倒入澆包中，其中鐵水倒入澆包的出鐵溫度為1520～1530℃，向澆包中加入75硅鐵孕育劑，根據三角試樣白口寬度確定加入量，一般為原鐵水含量的0.3％，白口寬取上限，白口小取下限，進行第一次孕育，出鐵后扒渣除渣；
4、澆鑄
將鐵水包運至澆注車中澆注制動鼓，在澆注過程中，隨流加入硅鋇鈣隨流孕育劑，進行第二次孕育，硅鋇鈣隨流孕育劑的添加量為原鐵水含量的0.15％；其中，鐵水澆入鑄型的澆鑄溫度為1460～1480℃。
本實施例制得的制動鼓的抗拉強度為240Mpa，硬度為220HB，其金相組織為：A型石墨95％以上，石墨長度4級，珠光體≥98％。
實施例2
本實施例的原料處理和制備方法同實施例1，不同之處在于，原料配比為：鐵屑65％、廢鋼料15％、回爐料15％、機雜鐵5％；原鐵水中各化學成分的重量百分比為：C 3.4％、Si 1.7％、Mn 0.7％、P 0.083％、S 0.02％、Cr 0.2％、Cu 0.4％、Ti 0.1％、Ni 0.05％、Mo 0.1％、Sn 0.06％，余量為Fe及其它不可避免的雜質；75硅鐵孕育劑的添加量為0.2％，硅鋇鈣隨流孕育劑的添加量為0.2％；鐵水倒入澆包的出鐵溫度為1525～1535℃，鐵水澆入鑄型的澆鑄溫度為1450～1470℃。本實施例制得的制動鼓的抗拉強度為254Mpa，硬度為200HB，其金相組織為：A型石墨95％以上，石墨長度4級，珠光體≥98％。
實施例3
本實施例的原料處理和制備方法同實施例1，不同之處在于，原料配比為：鐵屑70％、廢鋼料9％、回爐料20％、機雜鐵1％；原鐵水中各化學成分的重量百分比為：C 3.5％、Si 1.8％、Mn 0.8％、P 0.085％、S 0.03％、Cr 0.4％、Cu 0.25％、Ti 0.05％、Ni 0.08％、Mo 0.07％、Sn 0.08％，余量為Fe及其它不可避免的雜質；75硅鐵孕育劑的添加量為0.5％，硅鋇鈣隨流孕育劑的添加量為0.25％；鐵水倒入澆包的出鐵溫度為1530～1540℃，鐵水澆入鑄型的澆鑄溫度為1435～1450℃。本實施例制得的制動鼓的抗拉強度為267Mpa，硬度為195HB，其金相組織為：A型石墨95％以上，石墨長度5級，珠光體≥98％。
實施例4
本實施例的原料處理和制備方法同實施例1，不同之處在于，原料配比為：鐵屑75％、廢鋼料5％、回爐料15％、機雜鐵5％；原鐵水中各化學成分的重量百分比為：C 3.6％、Si 1.9％、Mn 0.9％、P 0.088％、S 0.04％、Cr 0.3％、Cu 0.5％、Ti 0.1％、Ni 0.06％、Mo 0.09％、Sn 0.04％，余量為Fe及其它不可避免的雜質；75硅鐵孕育劑的添加量為0.3％，硅鋇鈣隨流孕育劑的添加量為0.2％；鐵水倒入澆包的出鐵溫度為1530～1540℃，鐵水澆入鑄型的澆鑄溫度為1420～1440℃。本實施例制得的制動鼓的抗拉強度為280Mpa，硬度為190HB，其金相組織為：A型石墨95％以上，石墨長度6級，珠光體≥98％。
以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明的技術范圍作出任何限制，故凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明的技術方案范圍內。