Nb在高导热铸铁制动盘中的应用_周文彬
Nb在铸铁中的物理冶金学作用原理
即使在半全镇静钢中通常也大于 90%。
氮量[N]的变化情况，如图 3 所示。
铌铁的熔点在 1 580~1 630 ℃的范围，远高
由溶度积公式和理想化学配比式联立求解，
于铸铁，略高于铸钢。因此，铌铁在铁液中不可能 可得到确定温度下平衡溶解的 [Nb]、[C] 或[Nb]、
熔化，只能通过以界面扩散为基础的形式而被溶 [N]量：
铌
铸
铁
的
研
TAS＝
B A-lg（wNb·wX）
（5） 比于溶质含量而推导得到的，对 w（C）量较高的
究 和
铸铁，必须考虑 C 对 C 和 Nb 的活度的影响，而
应
当实际最低凝固温度高于 NbX 的全溶解温 对于合金元素含量较高的合金铸铁及合金铸钢，
用
度 TAS 时，NbX 相将不会发生液析。
还必须考虑相关合金元素对 C 和 Nb 的活度的
解，其溶解速度见图 1[1]。扩散依赖于温度和时间
lg{[Nb]·[X]}=A-B/T
（3）
过程，温度越高，时间越长，扩散越充分；搅拌则 可促进扩散过程。所以，铁液中加入铌铁后需要 一定时间才可能完全扩散均匀化，铁液温度越 低，需要的时间越长。铌微合金钢容易发生连铸 边裂，这与 Nb 未完全均匀化，因而在轻压下时， 边部铌溶质富集微区发生含铌相的应变诱导析 出有关。而含铌铸铁由于铁液温度较低，更容易
此，在含铌铸铁生产中需要充分考虑这一问题，
采用粒度较小的铌铁、加入铌铁的时间提前、充
分搅拌使之发生动态溶解、缓慢凝固延长扩散时
间等工艺措施有助于减轻或消除相关危害作用。
1.2 Nb 在液态铁中的溶解与 NbC、NbN 的液
析
Nb 是强碳化物和氮化物形成元素，除溶解
耐火钢
参考文献：[1]贺静.耐火钢的耐火机理研究.西华大学硕士论文
由上述文献中提供的4种类型的耐火钢金相组织 图中可以看出: 一、室温组织均含有：粒状贝氏体+珠光体+铁素 体 二、高温组织均含有：多边形铁素体+粒状贝氏 体+少量珠光体
通常混合添加Mo, Cr 等微合金元素可使耐火钢获得铁素体+ 珠光体 + 针状铁素体( 或下贝氏体) 的混合组织。 有研究指出[1]：针状铁素体或贝氏体可以有效提高耐火钢的高温强 度。因此，针状铁素体或者粒状贝氏体是耐火钢耐火的有效组织成分。
A、钢的微合金化 B、降低C含量
提高高温强度最 为有效的元素， 但它们很贵重， 会增加成本
单独添加Nb 可增加 钢的室温和高温强 度，N b、 Mo 复合 添加是提高钢高温 强度的有效途径
微合金元素
Si在钢中不仅可以 可以促进铁素体的 形成，还可以抑制 渗碳体的长大，提 高钢的高温强度。 Mn主要起到脱氧防 止热脆性的作用
Ti和V在耐火钢的作 用与Nb相似，可以 增加钢的高温强度， 改善钢焊接后的塑 韧性
参考文献：[1]完卫国. 吴结才.耐火钢 的开发与应用综述
根据耐火钢的性能要求, 各国对多 种合金系的耐火钢进行了研究, 目前生产的 耐火钢有Mo-Nb , Mo-Nb-T i, Mo-V, Mo-CrNb, Mo-Cr-N b-V合金系钢等, 为提高钢的耐 候性, 还研制了Mo-Cr-Cu , Mo-Cr-Cu-V-T i-Ni合金系钢[1—5]。
mn主要起到脱氧防止热脆性的作用提高高温强度最为有效的元素但它们很贵重会增加成本ti和v在耐火钢的作用与nb相似可以增加钢的高温强度改善钢焊接后的塑韧性单独添加nb可增加钢的室温和高温强mo复合添加是提高钢高温强度的有效途径参考文献
Nb在变形高温合金中的作用
由于随着nb含量的增加和相的晶格错配度变化不大因此nb对由于晶格错配所产生的共格应变的贡献不大表3也就是说nb的加入不会通过增大由于晶格错配产生的共格应变而提高合金的强度
Nb 在变形高温合金中的作用
S. J. Patel and G. D. Smith （Special Metals Corporation，3200 Riverside Drive，Huntington，U.S.A.）
1 引言
Nb 在许多重要变形 Ni 基高温合金中是一种关键的合金化元素。本文目的在于研究 Nb 在这些高温 合金中的作用，并描述变形高温合金中 Nb 夹杂物对性能的影响。除了技术文献中描述的 Nb 的一般合 金化特性之外，本文也对 Nb 在 625、706 和 718 合金中所起的特殊作用进行了研究，同时评估了 Nb 对这些合金的显微组织及力学性能的影响。
命和增大裂纹扩展速率的晶界低强度区的出现。
2.3 镍基高温合金中铌的共格相强化
nb在不锈钢中应用
Nb-N Nb-Al N Nb V W
在不锈钢中 提耐蚀性 抑制相变控制 Md30 细化晶粒 提高强度 改善晶间腐蚀 改善 F 钢韧性 晶 内 析 出 抑 制 Cr23C6 敏化 提高屈服强度
提高耐酸性，耐应力 腐蚀 强化 TIRP 效应 平衡 r 相组织 提高 F 钢耐蚀性 提高点缝蚀电位
双稳定化拖宽稳 定化温度 改善表面质量 抑制Cr23C6析出 提高 r 钢屈服强度
的出现，把抗蠕变强度研究推向新的台阶。 现实研究内容为利用W、N、B固溶强化弱化 带，Nb的沉淀强化仍不失去作用，从而开发 了改性的新钢种。
4、 利用 Nb（C，N）的溶度积与 TMCP 相结合是生产细晶，防此粗晶和混晶的高强 度高韧性的钢铁材料的重要技术之一。也是 生产高强度不锈钢、细晶粒耐高温水腐蚀的 耐热不锈钢的主要技术。此技术还包括冷加 工材退火后的晶粒控制。 这一技术的主要内容为再结晶控轧、非 再结晶控轧，以及热加工后的冷却速度的控 制。温度控制与 Nb（C、N）溶度积必须相 匹配，在加工温度下必须有足够数量的细小 的析出物为形变热处理提供“钉扎物”抑制 再结晶后的晶粒长大。而溶质 Nb 对晶格重 组，位错迁移有拖拽作用，对细化组织有利。 这方面的研究工作很多，经验丰富。以资利 用。 二、现代不锈钢产业特点 1、应用范围广 现代不锈钢的特点是在人民生活中的 应用远重于产业用。它是最“善解人意”、 “与人为善”的材料，作为商业用不锈钢应 用领域扩展到人们日常生活的各个方面，表 3 中所列内容是日本 1985 年的资料。
含Nb灰铸铁轿车制动盘的特点及应用实例_征灯科
2 轿车制动盘的性能要求
使用要求相近，通过合金化、热处理等手段，可以 使材料性能有较大的改善，从而满足制动盘的一
（1）蓄热性与导热性 制动盘在使用时同轮毂装配在一起，通过与
些特殊性能要求。 3.2 灰铸铁制动盘的性能要求
制动衬片的干摩擦，将高速行驶车辆的动能转化 为热能。通常在一次紧急制动过程中，制动盘和 摩擦块的摩擦表面温度可升到 500 ℃以上[4]，高 温对零件本身以及相邻件的寿命、尺寸稳定、行 车安全等都是极为不利的，这就要求制动盘材料
灰铸铁制动盘要求基体组织为珠光体，石墨 形态为充分生长的细片状 A 型石墨，且无初生石 墨。为保证其硬度和耐磨性，加入适量的合金元
磨性成为衡量制动盘质量好坏的重要性能。从安 全角度出发，一般规定其报废的最大磨损量为单 面不大于 1 mm[6]。硬度在一定条件下可表示材料 的强度大小，耐磨性的高低及切削性能的好坏。 硬度与耐磨性的关系极为密切，在干摩擦和磨料
4.1 在 PQ35 制动盘中的应用[15] 制动盘采的，一般制动盘的
提高一个牌号。随着 w（Nb）量的增加，铸铁的硬 度也有所提高，但提高幅度并不大，当 w（Nb）量 增加到 0.3%左右时，硬度仅提高 8 HB 左右。 3.4 灰铸铁制动盘孕育剂的选择
Study and Application of Niobium-containing Cast Irons 含
铌
铸
铁
的
研
灰铸铁是最经济的材料之一，无论从原材料还是
究
和
从生产工艺，都体现出其价格优势；二是制作较
应
容易、生产环节少、质量便于控制、成品率高、易
用
制动盘早期磨损的原因之一。
于实现机械化；三是本身的性能特征与制动盘的
加热温度对管线钢奥氏体晶粒尺寸和
加热温度对管线钢奥氏体晶粒尺寸和Nb固溶的影响张志波1，2） 刘清友2） 张晓兵3） 孙新军2） 项金钟1）（1．云南大学物理科学技术学院，云南昆明 650091；2．钢铁研究总院结构材料研究所，北京100081;3．江苏沙钢集团有限公司技术中心，江苏 215625）摘要：对X70管线钢的原始奥氏体晶粒尺寸随加热温度的变化情况进行了研究，通过淬火后回火测硬度的方法来分析在加热过程中铌的固溶情况。
结果表明，随着加热温度的升高，原始奥氏体晶粒尺寸逐渐增大，并在1200℃附近出现粗大晶粒，而钢中的铌在1150℃左右已基本固溶，由此对此种管线钢在控轧控冷工艺中加热温度的选择进行了探讨。
关键词：加热温度，管线钢，晶粒尺寸，固溶中图分类号：TG142.41 文献标识码：A 文章编号：Effect of Heating Temperature on Prior-austenite Sizeand the Solution of Nb in a Pipeline SteelZHANG Zhi-bo1,2), LIU Qing-you2), ZHANG Xiao-bing3) , SUN Xin-jun2), XIANG Jin-zhong1)(1.School of Physical Science and Technology, Yunnan University, Yunnan Kunming 650091;2. Institute for Structural Materials of CISRI, Beijing 100081;3.Technical Center, Jiangsu Shagang Group CO.,LTD., Jiangsu 215625)Abstract: Effect of heating temperature on prior-austenite size of X70 pipeline has been studied by quenching and tempering experiments, and the solution of Nb has been analyzed. The results showed that the prior-austenite size increased with increasing the heating temperature, and coarsening grains were found around 1200℃, Nb has dissolved around 1150℃.In addition, the option of heating temperature for controlled rolling and cooling was discussed.Key words: heating temperature pipeline grain size solution在高韧性管线钢生产中，铸坯的加热温度是轧制工艺中主要的控制参数之一。
Nb对Cu基非晶合金热加工及力学性能的影响
Nb对Cu基非晶合金热加工及力学性能的影响张丹;邱克强;任英磊;胡壮麒【摘要】为了提高Cu基非晶合金的热加工性能和力学性能,采用铜模铸造法制备了直径为2mm的Cu47Zr47-xAl6Nbx非晶合金.分别利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热计和电子万能试验机对Cu47Zr47-xAl6 Nbx非晶合金的相组成、显微组织、热力学参数和力学性能进行了研究.结果表明,适量的Nb元素可以提高Cu47Zr47-xAl6Nbx非晶合金的热加工和力学性能.Cu47Zr47Al6非晶合金的过冷液相区和断裂强度分别为53.5K和1 528 Mpa.当Nb元素的原子分数为2％时,Cu47Zr45Al6Nb2非晶合金具有最大的过冷液相区和断裂强度,且可以分别达到69.0K和l 830 Mpa.【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2016(038)002【总页数】5页(P159-163)【关键词】Cu47Zr47-xAl6 Nbx非晶合金;铜模铸造;微合金化;Nb元素;热加工;力学性能;脆性断裂;断口【作者】张丹;邱克强;任英磊;胡壮麒【作者单位】沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870;沈阳化工大学材料科学与工程学院,沈阳110142;沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870;中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室,沈阳110016【正文语种】中文【中图分类】TG139.8近年来，大块非晶合金已经成为材料研究领域的热点之一.与晶态合金相比，大块非晶合金在强度、硬度、耐腐蚀和耐磨性等诸多方面的优势使其具有良好的应用前景[1-2].然而.大块非晶合金的室温加工性较差的缺点又严重制约了其应用范围[3].目前，主要利用非晶合金在过冷液相区具有粘滞流变的特征而进行的热塑性成形来完成非晶合金电子元器件的成形[4].较大的过冷液相区可以使非晶合金能够在更宽的温度区间内保持结构稳定，从而避免在成形过程中由于温度波动而引发晶化的问题[5].因此，过冷液相区已经成为衡量非晶合金电子元器件热塑性成形的主要指标之一.随着研究的不断深入，人们发现可以通过微合金化的方法调节非晶合金的热加工性能或力学性能.在Zr65-xCu17.5Ni10Al7.5Fex(x=0～5)非晶合金中，可以通过控制Fe的加入量来调节非晶合金的过冷液相区和力学性能[6].在Zr60Cu25-xAl15Nix(x=0～25)非晶合金中，添加Ni元素可以增加体系的过冷液相区；当以原子分数为15%的Ni元素进行成分调整时，非晶合金的非晶形成能力可由12 mm(x=0)提高到18 mm[7].在Fe48Cr15Mo14C15B6M2(M=Gd、Tb)非晶合金中，添加稀土元素Tb比Gd更有利于增加合金体系的过冷液相区，并提高非晶合金的压缩断裂强度[8].与Zr基非晶合金相比，由于具有价格低、冲击韧性好与不易氧化等优点，Cu基非晶合金已经成为电子元器件加工的良好材料.因此，作为电子元器件成形的热塑性加工窗口，过冷液相区的大小对非晶合金的应用具有十分重要的意义.由于具有较高的玻璃形成能力、较好的塑性与较低的费用成本，Cu-Zr-Al系非晶合金受到了广泛关注.本文以Cu47Zr47Al6非晶合金为基础合金[9]，研究了微量Nb对非晶合金热加工性能和力学性能的影响，并将试验合金与具有较大过冷液相区的几种Cu基非晶合金进行了性能对比.选用纯度大于99.9%(质量分数)的Cu、Zr、Al和Nb作为原料，按照名义成分Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)进行配料.在Ti吸收与高纯氩气保护下，采用电弧炉熔炼得到母合金铸锭，且每个铸锭应翻炼5次以保证母合金的成分尽可能均匀.利用金刚石切割机将熔炼得到的母合金切成小块后装入石英管中，然后进行抽真空处理，直至真空度达到2×10-3 Pa.在高纯氩气保护下，采用真空感应加热和铜模铸造法，制备得到直径为2 mm的圆棒试样.利用Shimadzu 7000S/L型X射线衍射仪对非晶合金进行结构分析.利用Netzsch STA449C型差示扫描量热计测定非晶合金的热力学参数，且升温速度为0.33 K/s.利用MTS E45.305型电子万能试验机检测非晶合金的室温压缩性能，且应变速率为2×10-4 s-1，试样长径比为2∶1.利用Hitachi S-3400型扫描电子显微镜观察非晶合金的微观组织与断裂后的表面形貌.图1为直径2 mm的Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金的XRD图谱.由图1可知，在Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金的XRD图谱中，仅观察到了非晶特有的漫散射峰，表明在X射线衍射仪的精度范围内，在非晶合金中未检测到晶态相的存在.由于X射线衍射仪的检测精度有限，有必要采用扫描电子显微镜对Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金进行进一步检测.图2为Cu47Zr45Al6Nb2非晶合金的SEM图像.由图2可见，非晶合金由无特征对比的区域组成.试验发现，其他非晶合金的SEM 图像与Cu47Zr45Al6Nb2非晶合金极为相似.因此，可以进一步印证直径为2 mm 的Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金为完全非晶结构.实际上，Cu47Zr47-xAl6Nbx非晶合金是在Cu47Zr47Al6非晶合金的基础上，利用少量Nb元素替代非晶合金中的Zr元素形成的.Cu47Zr47Al6非晶合金作为基础合金，其构成元素的原子半径关系为：Zr(0.216 nm)>Al(0.182nm)>Cu(0.157 nm).当Nb作为微合金化元素加入合金体系时，由于Nb元素的原子半径为0.208 nm，正好介于Zr和Al元素之间，因此，此类大、中、小形式的原子搭配有利于形成高度无序的紧密堆垛结构，从而使得非晶合金中组元原子的长程扩散开始变得困难，同时使其形核受到抑制，因而有利于保持合金体系的非晶结构.图3为Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金的DSC曲线.玻璃转变温度和晶化温度分别如图3中向上和向下箭头所示，且其具体数值如表1所示.由表1可见，具有不同Nb含量的非晶合金的玻璃转变温度均约为703 K.当Nb含量逐渐增加时，Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金的晶化温度依次为756.4、768.9、772.2和764.6 K，因此，过冷液相区随着Nb元素的增加呈现先增加后减小的规律.当x=2时，Cu47Zr45Al6Nb2非晶合金具有最大的热加工窗口，此时过冷液相区为69.0 K.Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金出现过冷液相区随着Nb元素的添加先增加后减小的现象，这可能是因为当合金体系中含有少量的Nb元素时(x=1、2)，Nb元素的聚集情况虽不明显，但却有助于形成高度无序的紧密堆垛结构，有利于保持合金体系的非晶结构，从而提高了合金体系的热稳定性.当Nb元素的含量达到一定数值时(x=3)，在4个组元中具有最高熔点的Nb优先发生聚集，这种聚集会在合金熔体中形成富含Nb元素的原子团簇，尽管这些原子团簇尚未达到临界形核尺寸，但却可以作为熔体异质形核的核心促进形核的进行，因而可以降低非晶合金的晶化温度，进而能够降低非晶合金过冷液相的热稳定性[10].图4为Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金在室温下的压缩应力-应变曲线.由图4可见，所有非晶合金的压缩应力-应变曲线均呈现出典型的脆性断裂特征，即弹性应力达到极限后就会发生断裂.当Nb含量逐渐增加时，Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金的断裂强度分别为1 528、1 606、1 830和1 760 MPa，即断裂强度随着Nb元素的增加先增加后减小.这是因为添加适量的Nb元素可使原子错排密度增大，从而有利于提高块体非晶合金的强度[5].然而，由于Nb元素的原子半径较大，添加过多的Nb元素反而不利于非晶堆垛结构的形成，因此，当Nb的添加量达到一定数值时，断裂强度反而开始降低.由于Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金的侧裂面和断口形貌相似，图5只给出了Cu47Zr45Al6Nb2非晶合金的侧裂面和断口形貌.由图5a可见，非晶合金的侧裂面与压缩轴呈一定的夹角，这是典型的剪切断裂方式.由图5b可见，非晶合金的断口则呈现出由非晶绝热剪切形成的典型脉状纹形貌，这是因为在压缩过程中，剪切带内积聚的高弹性能在断裂瞬间迅速释放，导致部分非晶合金发生软化，因而在压缩应力作用下，形成了脉状纹形貌.作为塑性加工和变形窗口，过冷液相区的大小决定了在加工过程中非晶合金是否能够保持稳定，以及是否能够避免由于温度波动而引发晶化的问题.断裂强度的大小则直接影响着非晶合金的承载能力.因此，材料的热加工性能和力学性能是表征非晶合金成形和应用的重要指标.表2为Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金和其他几种典型Cu基非晶合金[11-13]的过冷液相区和压缩断裂强度数据.由表2可见，在Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金中，基础合金Cu47Zr47Al6x(x=0)的过冷液相区和断裂强度仅分别为53.5 K和1 528 MPa，而随着Nb含量的增加，Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金的过冷液相区和断裂强度均随之增加.当Nb的原子分数为2%时，非晶合金的过冷液相区和断裂强度达到最大值.与Cu53.1Ti31.4Zr9.5Ni6、Cu45Zr45Al6Y4和Cu60Hf25Ti15三种非晶合金相比，Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金中表征热加工性能的过冷液相区总体而言明显提高，而非晶合金的断裂强度指标比较接近Cu45Zr45Al6Y4非晶合金，但明显低于Cu53.1Ti31.4Zr9.5Ni6和Cu60Hf25Ti15非晶合金.不过，Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金的断裂强度指标属于高强度指标范围，完全可以满足零部件的力学性能要求.采用铜模铸造法制备了直径为2 mm的Cu47Zr47-xAl6Nbx(x=0、1、2、3)非晶合金.通过以上试验分析，可以得到如下结论：1) 在压缩载荷作用下，在非晶合金的侧裂面观察到典型的剪切断裂形貌，而在非晶合金的断口观察到由非晶绝热剪切所形成的典型脉状纹形貌.2) 添加适量的Nb元素可以同时提高非晶合金的热加工和力学性能.当Nb元素的原子分数为2%时，非晶合金具有最大的过冷液相区和最大的断裂强度.(YANG Hong-wang，LUO Lei，SHEN Ying-ying，et al.Glass forming ability and thermal stability of Al-Y-Fe amorphous alloys [J].Journal of Shenyang University of Technology，2014，36(5)：498-502.)(HU Zhuang-qi，ZHANG Hai-feng.Recent progress in the area of bulk amorphous alloys and composites [J].Acta Metallurgica Sinica，2010，46(11)：1391-1421.)(WU Can-jun，KOU Sheng-zhong，LI Yong-qiang，et al.Research situation of forming technique of bulk amorphous 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《高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响》范文
《高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度的影响》篇一一、引言高Nb微合金钢作为一种重要的工程材料，因其良好的力学性能和工艺性能，在桥梁、建筑、汽车制造等领域有着广泛的应用。
其中，铌（Nb）的添加对于钢的微观结构和性能起着至关重要的作用。
而NbC的析出行为作为影响钢的力学性能的关键因素之一，本文将深入探讨其在高Nb微合金钢中的析出过程及其对组织与硬度的影响。
二、NbC在高Nb微合金钢中的析出（一）NbC析出的基本原理在高Nb微合金钢中，铌元素与碳元素结合形成稳定的化合物NbC。
这种析出过程通常在钢的固溶处理过程中发生，随后在随后的冷却过程中进一步发展。
（二）NbC的析出过程NbC的析出过程受到温度、时间、合金元素含量等多种因素的影响。
在高温下，铌元素和碳元素在固溶处理过程中形成过饱和固溶体。
随着温度的降低，过饱和固溶体中的NbC开始析出，形成细小的碳化物颗粒。
三、NbC的析出对高Nb微合金钢组织的影响（一）对晶粒尺寸的影响NbC的析出有助于细化晶粒，这是因为细小的NbC颗粒可以作为非均质形核的核心，促进钢的晶粒细化。
此外，NbC的析出还可以阻碍晶粒长大，进一步优化钢的组织结构。
（二）对相组成的影响NbC的析出改变了钢中的相组成。
随着NbC的析出，钢中的硬质相增加，这有助于提高钢的硬度和耐磨性。
同时，铌元素的加入还可以促进其他稳定相的形成，进一步优化钢的组织结构。
四、NbC的析出对高Nb微合金钢硬度的影响（一）硬度提升的机理NbC作为一种硬质相，其析出可以显著提高钢的硬度。
这是因为NbC具有较高的硬度，且其细小的颗粒状结构可以有效地阻碍位错运动，从而提高钢的力学性能。
（二）硬度与NbC含量的关系高Nb微合金钢的硬度与其中的NbC含量密切相关。
一般来说，随着NbC含量的增加，钢的硬度也会相应提高。
然而，过高的NbC含量可能会导致钢的脆性增加，因此需要合理控制NbC 的含量以获得良好的综合性能。
五、结论高Nb微合金钢中NbC的析出对组织与硬度具有显著影响。
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铌
铸
铁
的
研
究
和
Nb 在高导热铸铁制动盘中的应用
应 用
周文彬 1，朱洪波 2
（1.上海汇众汽车制造有限公司，上海 200072；2.上海大学 材料科学与工程学院，上海 200072）
摘要：在 CE 为 4.4%~4.5%的高导热铸铁制动盘中加入不同量的铌合金, 研究了 Nb 对其组织和力学性能的影响。结果
汽车在行驶过程中，由于频繁制动，使得制 动盘表面温度急剧升高，导致制动盘性能下降， 有产生制动失效的危险[1~2]。因此，高导热铸铁制 动盘的研究应运而生。
裂纹形成机制的分析表明，制动盘要获得良 好的抗热裂性，制动盘材料首先应具有高的导热 率，采用高导热率材料可以显著降低制动初期制 动盘表面与内部的温差[3]。现有的研究表明：一方 面，微观组织中含有足够数量的石墨是灰铸铁具 备较好的吸震性、热传导性、抗抖动性等性能的
表明，CE 为 4.4%、w（Nb）量为 0.09%时，高导热铸铁制动盘石墨组织细化，力学性能得到一定的提高，磨损量降低，制动
盘的抗热裂性提高。
关键词：铸铁制动盘；Nb；CE
中图分类号：TG251
文献标识码：A
文章编号：1003－8345（2011）02－0057－03
DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2011.02.010
表 1 制动盘的化学成分 Tab.1 Chemical composition of brake disc
w（B %） w（B %）
编号 Nb C Si CE Mn Cr Cu S R1 0 3.70 1.99 4.36 0.76 0.18 0.15 0.070 R2 0 3.71 2.10 4.41 0.79 0.18 0.15 0.070 R3 0.09 3.70 1.97 4.37 0.73 0.18 0.12 0.070
国大众PV29954 标准。
3 结语
试验结果表明，CE 为 4.4%、w（Nb）量为 0.09% 的高导热铸铁制动盘石墨组织细化，力学性能得 到一定的提高，磨损量降低，确保制动盘具有较 好的抗热裂性，满足中高档轿车高速制动的需 要。
参考文献
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5/187.5），安装面硬度 160~200 HB（2.5/187.5）； 抗拉强度 150 ~250 MPa （安 装 面 楔 压 强 度 RK 115～169 MPa）。
表 2 高导热铸铁的硬度与楔压强度 Tab.2 Hardness and wedge-pressing strength of the high
nitride nano -precipitates in ferrite [J]. Micron，2006，37：492 502. [8]S G Hong. Strain-induced Precipitation of NbC in Nb and NbTi Microalloyed HSLA Steels [J]. Scripta Materialia，2002，46：
试验（制动惯量 J=38 kgm2），循环制动 500 次无 热疲劳裂纹产生，制动盘的磨损量极低，符合德
压强度）RK 的检测方法采用德国大众 TL 011 标 准，在 INSTRON 4482 拉伸试验机上进行；制动 盘的热裂纹试验按照德国大众 PV29954 标准进 行。
试样的组织和力学性能要求按照德国大众 TL048 认定的高导热珠光体灰铸铁较高强度标
通过试验发现，随着 w（Nb）量的增加，试样
轿车高速制动的需要，确保制动盘的高导热性， 的石墨组织得到细化，强度有所提高。制动盘的
所以该制动盘的 CE 通常控制在 4.4%~4.5%，属 石墨在 3~5 级，硬度、强度和耐磨性能够得到保
于高 CE 过共晶灰铸铁。为确保该制动盘材料的 证。
强度，添加 Nb 进行微合金化。
163-168.
（编辑：王 峰，E-mail：xdzt_wf@； 编审：周 亘，E－mail：zhougen_embx@）
2011 / 2 现代铸铁 57
含 Study and Application of Niobium-containing Cast Irons
然而过多的石墨虽然提高了热传导性，但同 样也会极大地恶化材料的力学性能。文献[3]指 出，增加 w（C）量可以改进导热性，但将降低抗拉 强度。所以，在这种情况下，微合金化成为进一步 提高材料性能必然的选择。当然，加入的合金元 素既需要有利于提高材料强度，同时又需要改进
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从表 2 和图 1 可以看到，w（Nb）量 0.09%的
1 试验过程与方法
R3 试样组织和力学性能最佳，硬度、强度两方面 力学性能均满足了德国大众 TL048 材料标准的
试验采用熔炼设备为 1 t 中频感应电炉，原 材料选用优质生铁、汽车用优质低碳废钢、回炉 铁、硫化亚铁、锰合金、铌合金等，配以高纯增碳 剂、碳化硅等非金属材料，熔炼出 w（Nb）量不同 的过共晶高 CE 成分的铁液，采用粘土砂湿型， 浇注获得不同条件下的 Rover 制动盘试样。
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号 A 材料标准规定：石墨 3~5 级，少量 B 型，允 许有少量 A2 和个别 C 型，加工后外圆 5 mm 内 允许极少量 D、E 型；摩擦面硬度 150~200 HB（2.
R4 0.15 3.71 1.99 4.39 0.73 0.18 0.12 0.070 R5 0.09 3.79 2.10 4.50 0.73 0.19 0.27 0.070 R6 0.14 3.80 2.07 4.52 0.74 0.18 0.13 0.076
thermal conductivity cast iron
2 试验结果与讨论
试验得到的 Rover 制动盘试样的化学成分
编号
R1
R2
R3
R4
R5 R6
硬度（HB） 155 149 182 185 165 144
RK/MPa 129 116 141 160 114 125