CN101568664B - 铁系复合材料以及铁系复合材料的制造方法 - Google Patents

铁系复合材料以及铁系复合材料的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种与钢材相比耐磨损性和耐烧伤性高、冲击吸收性优异，并且与铸铁材料相比机械强度高的铁系复合材料以及该材料的制造方法。该铁系复合材料至少具有钢组织层(12)、铸铁组织层(14)、和在钢组织层(12)与铸铁组织层(14)之间对钢组织进行渗碳而成的渗碳组织层(13)。

Description

铁系复合材料以及铁系复合材料的制造方法
技术领域
本发明涉及至少在铁系材料中含有碳的铁系复合材料以及该材料的制造方法，特别是涉及具有多个组织层的铁系复合材料以及该材料的制造方法。
背景技术
以往由于铁系的材料与其他的金属材料相比，延性、展性以及抗拉强度等的机械特性优异、加工性也好，因此在广泛的领域被使用。上述铁系的材料，通过相应于用途调整碳的含量，可得到钢组织或铸铁组织。
例如在钢组织的情况下，可通过使纯铁材料含有0.03质量％以上且不到1.7质量％的碳而得到，上述具有钢组织的材料一般被称为碳素钢。这样的具有钢组织的构件(钢材)，由于延性、展性优异、加工性好，因此被应用于结构用、机械部件用、工具用等的用途。
而且，钢材，为了提高耐磨损性、耐疲劳性，有时通过将其表面与焦炭等的固体渗碳剂或烃系气体等的气体渗碳剂一起在规定的温度气氛下加热，来实施在上述范围内从表面使碳固溶扩散的渗碳处理。通过进行该渗碳处理，在钢材的表面形成由渗碳组织构成的层。
另一方面，在铸铁组织的情况下，可通过使纯铁材料含有1.7～6.68质量％的碳而得到，在实用上，上述碳的含量为2.5质量％～4.5质量％的范围，而且含有硅、锰、磷、硫等的情况较多。这样的铸铁组织，与钢组织相比，缺少延性、展性，但压缩强度大，可切削性、耐磨损性以及冲击吸收性(振动衰减能力)优异。
例如作为使用了铸铁材料的构件，曾提出了铸铁制的圆盘转体(参照专利文献1)。该圆盘转体是构成汽车等车辆的盘式制动器的圆板状部件，制动块按压的制动面，由片状石墨铸铁构成。这样的圆盘转体，如上述那样，由于铸铁材料的耐磨损性和冲击吸收性优异，因此上述圆盘转体的制动面难以磨损，而且也能够吸收制动时的振动，因此可很好地使车辆制动。
专利文献1：特开昭62-146280号公报
发明内容
可是，使用专利文献1所述的铸铁材料的场合，与钢材比较，机械强度低。其结果，为了得到所希望的强度，必需将圆盘转体的壁厚增厚，圆盘转体的重量增大，难以使车辆的燃油利用率提高。
鉴于该点，为了确保上述强度，并谋求圆盘转体的轻量化，也考虑到使用钢材代替铸铁材料来制作圆盘转体，但如上述那样，钢材与铸铁材料相比，耐磨损性和耐烧伤性均差，因此钢材制的圆盘转体，与铸铁制的圆盘转体相比，制动面的磨损量多，有制动面产生烧伤的危险。
即使如上述那样为提高耐磨损性，通过对钢材的表面实施渗碳处理而提高了制动面的表面硬度，伴随着制动面的表面硬化，按压于圆盘转体的制动块的磨损也有可能被进一步促进。另外，实施了渗碳处理的制动面，并不象具有铸铁组织的制动面那样具有作为润滑剂而发挥作用的石墨，因此如使用了铸铁材料的情况那样，难以抑制制动面的烧伤。而且，钢材与铸铁材料相比，冲击吸收性也低，因此在制动块按压于圆盘转体上时，圆盘转体未完全吸收制动块的冲击载荷，存在盘式制动器自身振动的可能。
本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于，提供与钢材相比，耐磨损性以及耐烧伤性高，冲击吸收性优异，并且与铸铁材料相比，机械强度高的铁系复合材料以及该材料的制造方法。
为解决上述课题，本发明的铁系复合材料，其特征在于，至少具有钢组织层、铸铁组织层、和上述钢组织层与上述铸铁组织层之间的对钢组织进行渗碳而成的渗碳组织层。
根据本发明，通过具有铸铁组织层，由于该铸铁组织层具有冲击吸收性，因此与钢材相比，铁系复合材料的减振性提高。而且，通过以钢组织层为基础，铁系复合材料的机械强度可确保与钢材同等的机械强度。而且，根据本发明，在将铸铁组织层配置于滑动面的场合，铸铁组织层的表面存在的碳起到固体润滑剂的作用，可使耐磨损性以及耐烧伤性提高。而且，本发明的铁系复合材料，通过在铸铁组织层与钢组织层之间具有对上述钢组织层进行渗碳而成的渗碳组织层，与以往的铸铁材料相比，可使耐磨损性提高。
本发明中所说的「钢组织层」，是由在纯铁材料中至少含有0.03质量％以上且不到1.7质量％的碳的钢组织构成的层，作为该钢组织的常温下的结晶组织，可举出含有马氏体、屈氏体、索氏体、贝氏体、铁素体·渗碳体以及珠光体之中的至少一种的结晶组织，通过适当确定热处理的条件、铁组织中含有的金属元素及其含量、以及碳的含量，能够得到上述结晶组织。这些结晶组织之中，更优选可在热锻造组织的状态下使用的铁素体·珠光体组织。
另外，本发明中所说的「铸铁组织层」，是由在纯铁材料中至少含有1.7～6.68质量％碳的铸铁组织构成的层，该铸铁组织，可举出具有片状石墨的铸铁组织(灰铸铁FC：JIS标准)、具有球状石墨的铸铁组织(球状石墨铸铁FCD：JIS标准)、白心可锻铸铁(FCMW：JIS标准)、黑心可锻铸铁(FCMB：JIS标准)、珠光体铸铁(FCMP：JIS标准)等的可锻铸铁组织，可通过根据形成铸铁组织时的添加元素的种类、热处理的条件适当确定来得到。另外，具有片状石墨的铸铁组织，由于片状石墨可作为固体润滑剂发挥作用，因此在用于具有滑动面的构件时是有效的。更优选上述铸铁组织层是具有球状石墨的铸铁组织。具有球状石墨的铸铁组织层，与具有片状石墨的铸铁组织层相比，机械强度、韧性高，而且耐磨损性、耐烧伤性也能进一步提高。
另外，发明中所说的「渗碳组织层」，是具有对上述钢组织进行渗碳而成的渗碳组织的层，该渗碳组织是在上述钢组织中以0.03质量％以上且不到1.7质量％的范围含有碳的组织。
更优选本发明所涉及的上述渗碳组织层沿着从上述钢组织层到上述铸铁组织层的方向其碳的含量倾斜性地增加。根据本发明，通过具有沿着碳含量多的铸铁组织层至与该铸铁组织层相比碳含量少的钢组织层，碳的含量倾斜性地增加的渗碳组织层，可更稳定地保持铸铁组织层和钢组织层。
作为含有本发明所涉及的铁系复合材料的构件，本发明所涉及的圆盘转体，更优选：作为包括其制动面在内的表面层，至少具有上述铸铁组织层。根据本发明，由于包括制动面在内的表面层具有铸铁组织层，因此可降低制动面的磨损，抑制制动面的烧伤，与钢材相比，冲击吸收性也好，因此也能够吸收制动时的圆盘转体的冲击。另外，在制动面的表面层的内部，具有渗碳组织层以及钢组织层，因此可确保与以往的圆盘转体同等或其以上的机械强度，并谋求圆盘转体的轻量化，可使车辆的燃油利用率提高。
作为另外的方式，作为含有本发明所涉及的铁系复合材料的构件，本发明所涉及的减振钢板，更优选：作为其板厚方向的中间层，至少具有上述铸铁组织层。根据本发明，铸铁组织层与钢材相比，振动衰减能力优异，因此作为板厚方向的中间层具有铸铁组织层的减振钢板，与在钢板间夹有树脂的减振钢板同样地具有减振性。另外，由于具有铸铁组织层来代替树脂，因此本发明所涉及的减振钢板，与使用了树脂的减振钢板相比，可降低减振钢板的重量。另外，上述减振钢板，也可以层叠多层的铸铁组织层作为上述减振钢板的中间层。这样的减振钢板随着增加铸铁组织层的层数，可使减振钢板的减振性进一步提高。
另外，作为另外的方式，作为含有本发明所涉及的铁系复合材料的构件，本发明所涉及的钢管，更优选，作为其外周面或内周面的至少一方的表面层，至少具有上述铸铁组织层。根据本发明，由于上述钢管含有铸铁组织层，因此即使是外力作用于钢管的场合，也能够使该振动衰减。其结果，将上述钢管通过例如焊接等连接的部位，由振动引起的应力集中降低，难以产生裂纹，能够得到可靠性高的钢管。
作为本发明，还公开了适合于制造上述铁系复合材料的制造方法。本发明所涉及的铁系复合材料的制造方法，其特征在于，至少包括：使具有钢组织的钢材的至少一部分的钢组织表面接触碳材料的工序；和维持该接触的状态，在铸铁的共晶点温度以上的温度条件下，至少将上述钢组织的表面加热使得在上述钢材的表面形成具有铸铁组织的铸铁组织层的工序。
根据本发明，在铸铁的共晶点(1148℃)以上的温度条件下一边使钢材的表面接触碳材料，一边至少将上述表面加热，因此在与碳材料接触的钢材的表面层中形成铸铁组织层。而且，在其下层中也可得到沿着从表面层(铸铁组织层)到内部(钢组织层)碳的含量倾斜性地增加的渗碳组织层。这样一来，能够得到至少具备钢组织层、铸铁组织层、在上述钢组织层与上述铸铁组织层之间对上述钢组织进行渗碳而成的渗碳组织层的铁系复合材。而且，通过使碳材料与钢组织的表面接触，得到了具有铸铁组织的铸铁组织层，因此铸铁组织层的表面存在碳的含量(石墨的量)多的倾向。其结果，铸铁组织层的表面成为相比于碳的平均含量相同的铸铁材料的表面，不易磨损和烧伤的滑动性优异的表面。另外，上述加热温度的上限温度，优选是小于产生δ铁的相变的温度的温度，具体地优选为小于作为A4相变点的1394℃。在该温度条件以上的场合，会产生δ铁的相变，将碳固溶的量降低。
本发明中所说的「碳材料」，是含有碳作为主材的构件或粉末，只要是例如含有作为工业用碳的石墨的粉末、或将该粉末压固而成的构件、由石墨构成的构件等的、碳可从钢材的表面固溶扩散的含有碳同素异形体的构件，就并没有特别的限定。
本发明所涉及的铁系复合材料的制造方法，更优选在上述加热工序中，在惰性气体气氛下进行上述加热。根据本发明，通过在惰性气体气氛下，至少将上述钢材的表面加热，在能够使碳更高效率地固溶于钢材的同时，能够防止钢材表面的氧化。
本发明所涉及的铁系复合材料的制造方法，更优选在上述加热工序中，一边将上述碳材料按压于上述钢材的表面，一边维持上述接触状态。根据本发明，通过将碳材料按压于钢材的表面，可使碳向钢组织内固溶。
本发明所涉及的铁系复合材料的制造方法，还包括对上述加热工序后的构件进行上述钢组织的热处理的工序。根据本发明，对在加热工序中得到的铁系复合材料的钢组织层进行热处理，因此可得到上述所示的结晶组织。另外，上述热处理是能够得到与铁系复合材料所要求的机械强度等相应的结晶组织的处理，可举出退火、正火、淬火、或回火等的处理，也可以是将这些热处理组合了的热处理。例如在希望使钢组织进一步硬化的场合，进行在比A1相变点高的温度条件下加热的淬火，在希望提高韧性的场合，进行在比A1相变点低的温度条件下加热的回火。
本发明所涉及的铁系复合材料的制造方法，更优选：在上述接触工序中，在上述钢组织的与上述碳材料的接触面还配置镁以及镁合金的粉末之中的至少一种粉末，在上述加热工序中，形成具有球状石墨铸铁组织作为上述铸铁组织的铸铁组织层。
根据本发明，将镁系的粉末配置于接触面，使该接触面接触碳材料，并将钢材加热，因此铸铁组织的石墨易被球状化，易形成球状石墨铸铁组织的层。这样得到的球状石墨铸铁组织，与片状石墨铸铁组织相比，耐磨损性和耐烧伤性优异、抗拉强度以及延伸率也高，因此特别适合于滑动构件、结构用构件。另外，作为用于使铸铁组织的石墨球状化的元素，可举出镁、铈、钙等的元素，其中，镁相比于其他的元素廉价并且可切实地将石墨球状化，因此是更优选的。
另外，作为别的方式，也可以使上述碳材料的至少与钢组织接触的面含有镁或镁合金。通过这样地使碳材料含有镁或镁合金，就不需要配置上述镁的粉末，因此作业效率提高。
本发明是包括上述铁系复合材料的制造方法的圆盘转体制造方法，更优选：在上述接触工序中，使上述圆盘转体的至少制动面接触上述碳材料，在上述加热工序中，至少对上述制动面进行上述加热。根据本发明制造的圆盘转体，可至少形成上述铸铁组织层作为包括其制动面在内的表面层。
另外，作为别的方式，本发明是包括上述铁系复合材料的制造方法的减振钢板制造方法，可以在上述接触工序中，在作为上述钢材的两个钢板之间配置上述碳材料，使该碳材料与钢板接触，在上述加热工序中，进行上述加热直到上述两个钢材的与碳材料接触的面彼此至少接合，也可以通过将作为上述钢材的钢板和碳材料依次层叠，从而使碳材料与钢板接触，在上述加热工序中，进行上述加热直到上述层叠的钢材的与碳材料接触的面彼此至少接合。
根据本发明制造的减振钢板，作为其板厚方向的中间层，可至少具有上述铸铁组织层。而且，碳材料的碳向钢板中固溶扩散，并且，上述两个钢板被加热至共晶点温度以上，因此上述两个钢板借助于铸铁组织容易接合。另外，同样地，即使是将钢板和碳材料层叠了的场合，由于与上述同样的理由，借助于铸铁组织容易接合。而且，在加热工序中，将这样的钢板与碳材料的叠层体加热时，优选在板厚方向按压该叠层体。通过这样地按压，可将配置于钢板间的碳材料按压于钢板的表面，能够使碳均匀地固溶扩散到钢板表面中。
另外，作为别的方式，本发明是包括上述铁系复合材料的制造方法的钢管的制造方法，更优选：在上述接触工序中，作为上述钢材的钢管的外周面和内周面的任一方或双方的表面配置上述碳材料，使该碳材料与钢管接触。根据本发明制造的钢管，可至少形成上述铸铁组织层作为其外周面或内周面的至少一方的表面层。
根据本发明，可得到与钢材相比耐磨损性和耐烧伤性高、冲击吸收性优异，并且与铸铁材料相比机械强度高的铁系复合材料。
本说明书包含作为本申请的优先权基础的日本国专利申请2006-351181号的说明书和/或附图中记载的内容。
附图说明
图1是用于说明本实施方式涉及的铁系复合材料及其制造方法的图，(a)是铁系复合材料的剖面图，(b)是用于说明(a)所示的铁系复合材料的制造方法的图。
图2是表示图1(a)所示的铁系复合材料的组织照片的图，(a)是表示铸铁组织层的图，(b)是表示渗碳组织层的图，(c)是表示钢组织层的图。
图3是用于说明含有图1所示的铁系复合材料的圆盘转体及其制造方法的一部分的图，(a)是圆盘转体的剖面图，(b)是用于说明(a)所示的圆盘转体的制造方法的一部分的图。
图4是用于说明含有图1所示的铁系复合材料的减振钢板及其制造方法的一部分的图，(a)是减振钢板的剖面图，(b)是用于说明(a)所示的减振钢板的制造方法的一部分的图。
图5是用于说明含有图4所示的铁系复合材料的别的形态所涉及的减振钢板及其制造方法的一部分的图，(a)是减振钢板的剖面图，(b)是用于说明(a)所示的减振钢板的制造方法的一部分的图。
图6是用于说明含有图1所示的铁系复合材料的钢管及其制造方法的一部分的图，(a)是钢管的剖面图，(b)是用于说明(a)所示的钢管的制造方法的一部分的图，(c)是用于说明另外的钢管制造方法的一部分的图。
图7是表示实施例涉及的铁系复合材料的组织照片的图。
图8是表示测定实施例涉及的铁系复合材料的表面硬度的结果的图。
图9是用于磨损试验的装置概念图。
图10是表示测定实施例和比较例涉及的材料的磨损深度的结果的图。
图11是表示比较例涉及的材料的组织照片的图。
在附图中，各标号分别表示如下：10-铁系复合材料、10A-圆盘转体、10B-减振钢板、10C-减振钢板、10D-钢管、10a-制动面、10c-外周面、10d-内周面、11-钢材、12，12A，12B，12C，12D-钢组织层、13，13A，13B，13C，13D-渗碳组织层、14，14A，14B，14C，14D-铸铁组织层、30，30A，30B，31D，32D，33D-碳材料、40-块试件、50-环试件、60-浴槽、T-板厚方向。
具体实施方式
另外，以下参照附图对于关于本发明所涉及的铁系复合材料及其制造方法的一个实施方式、该实施方式涉及的铁系复合材料的几个应用例说明如下。
图1是用于说明本实施方式涉及的铁系复合材料及其制造方法的图，(a)是铁系复合材料的剖面图，(b)是用于说明(a)所示的铁系复合材料的制造方法的图。另外，图2是表示图1(a)所示的铁系复合材料的组织照片的图，(a)是表示铸铁组织层的图，(b)是表示渗碳组织层的图，(c)是表示钢组织层的图。
如图1(a)所示，本发明所涉及的铁系复合材料10，是以铁为主材的不同的3种组织构成的层复合而成的材料，至少具有钢组织层12、铸铁组织层14、和在钢组织层12与铸铁组织层14之间将钢组织渗碳而成的渗碳组织层13。进而，渗碳组织层13沿着从钢组织层12到铸铁组织层14的方向其碳含量倾斜性地增加。具体地讲，铸铁组织层14附近的渗碳组织层13，与铸铁组织层14的碳含量接近，钢组织层12附近的渗碳组织层13与钢组织层12的碳含量接近。
这样的铁系复合材料10，可采用图1(b)所示那样的制造方法制造。具体地讲，首先，准备具有钢组织的钢材11、和碳材料30。接着，使钢材11的至少一部分的钢组织表面11a接触碳材料30(接触工序)。然后，维持该接触的状态，将这些构件装入惰性气体气氛下的炉(没有图示)内，在铸铁的共晶点温度(1148℃)以上、并且δ铁的相变温度(1394℃)以下的温度条件下，至少将钢材11的钢组织的表面11a加热以使得在钢材11的表面11a形成具有铸铁组织的铸铁组织层(加热工序)。
另外，在该加热工序中，如图1(b)所示，一边将碳材料30按压于钢材11的表面11a(加压)，一边维持碳材料30与钢材11的表面的接触状态，在上述温度条件下对钢组织的表面11a进行上述加热。通过这样地按压，可促进碳向钢材组织的固溶扩散。
由这样的制造方法制造的铁系复合材料，从与碳材料30接触的表面起依次可得到如图2(a)所示的具有含有片状石墨的灰铸铁组织的铸铁组织层14、如图2(b)所示的对钢材11的钢组织进行渗碳(碳还在钢组织中固溶)而成的渗碳组织层13、和如图2(c)所示的具有热处理过的钢组织(图中表示的结晶组织为铁素体-珠光体组织的组织照片)的钢组织层12。
另外，在本实施方式中，也可以控制加热工序后的钢组织的冷却速度，使得图2(c)所示的钢组织层12的结晶组织为别的组织。另外，虽然在本实施方式中仅使碳材料30和钢材11接触，但是也可以在碳材料30和钢材11之间配置由镁或镁合金形成的粉末，并进行上述加热工序。通过使用上述粉末，铸铁组织层中含有的片状石墨球状化，因此可得到具有球状石墨铸铁组织的铸铁组织层。
这样制造的铁系复合材料10，通过具有铸铁组织层14，与钢材相比，耐磨损性和耐烧伤性好，冲击吸收性优异，通过具有钢组织层12，与铸铁材料相比，机械强度变高。由于这样的性质，铁系复合材料10适用于机械部件、结构用构件等。
以下参照图3～6来说明使用了铁系复合材料10的机械部件、结构用构件等的几个应用例。
图3是表示含有本实施方式涉及的铁系复合材料的圆盘转体10A的剖面图，该圆盘转体10A，是构成盘式制动器(没有图示)的构件，呈圆板状的形状，与车辆的车轴的端部(没有图示)连结，与车轴一同旋转。另外，上述盘式制动器构成为：在使车辆制动的场合，将夹着圆盘转体10A的制动面10a而配置的制动块(没有图示)按压于制动面10a。
如图3(a)所示，上述圆盘转体10A，至少形成有：作为包括制动面10a在内的表面层的铸铁组织层14A、作为母材的钢组织层12A、和在钢组织层12A与铸铁组织层14A之间对钢组织进行渗碳而成的渗碳组织层13A。
这样构成的圆盘转体10A，通过在包括制动面10a在内的表面层中具有铸铁组织层14A，可降低制动面10a的磨损，抑制制动面10a的烧伤。而且，铸铁组织层14A，与钢材相比，冲击吸收性也好，因此也能够吸收制动时的来自制动块的冲击。另外，圆盘转体10A，在制动面10a的铸铁组织层14A的内部，具有渗碳组织层13A和钢组织层12A，因此可确保与以往的只由铸铁材料构成的圆盘转体同等或其以上的机械强度，并且可降低圆盘转体的壁厚从而谋求圆盘转体的重量的轻量化，因此能够提高车辆的燃油利用率。
上述圆盘转体10A可如以下所示那样制造。具体地讲，如图3(b)所示，准备由钢材制成的圆盘转体11A、与该圆盘转体11A的制动面相同的形状的环状的碳材料30A。接着，在先前所示的本实施方式的接触工序中，使由钢材制成的圆盘转体11A的至少制动面10a夹持两个环状的碳材料30A而进行接触。并且，在先前所示的本实施方式的加热工序中，一边将碳材料30A按压于由钢材制成的圆盘转体11A的制动面10a，一边维持上述接触状态，使碳材料30A的碳向制动面10a固溶扩散直到作为包括制动面10a在内的表面层，至少形成铸铁组织层14A。另外，在制造上述圆盘转体10A的场合，使用上述的镁系的粉末，以铸铁组织层14A中具有球状石墨的方式进行制造，可得到耐磨损性更优异的制动面10a。
图4是表示含有本实施方式涉及的铁系复合材料的减振钢板10B的图，减振钢板10B，如图4(a)所示，包含作为表面层的钢组织层12B、和作为板厚方向T的中间层，该中间层至少包含铸铁组织层14B、和在钢组织层12B与铸铁组织层14B之间对钢组织进行渗碳而成的渗碳组织层13B。
铸铁组织层14B，与钢材相比，振动衰减能力优异，因此这样构成的减振钢板10B，通过作为板厚方向T的中间层具有铸铁组织层14B，可具有与在钢板间夹有树脂的减振钢板同样的减振性。
上述减振钢板10B可如以下所示那样制造。具体地讲，如图4(b)所示，准备作为钢材的两个钢板11B、和与该钢板11B的表面相同程度的大小的片状的碳材料30B。接着，在先前所示的本实施方式的接触工序中，将两个钢板11B以对峙方式配置，再在两个钢板11B之间配置碳材料30B，将对峙的钢板11B彼此进行按压，使碳材料30B与钢板11B的表面接触。并且，与先前所示的本实施方式的加热工序同样地，进行加热直到使碳材料30B的碳固溶扩散到钢板11B中，并且两个钢板11B的与碳材料30B接触的面彼此至少接合。
根据这样的制造方法，碳材料30B的碳向钢板11B固溶扩散，并且，两个钢板11B被加热至铸铁的共晶点温度以上，因此两个钢板容易接合。另外，由本制造方法制造的减振钢板10B，形成了沿着碳含量多的铸铁组织层14B到与该铸铁组织层14B相比碳含量少的钢组织层12B碳含量倾斜性地增加的渗碳组织层13B，因此即使进行冲压加工等的伴有塑性变形的加工，也能够稳定地保持铸铁组织层和钢组织层。
图5是表示上述减振钢板10B的变形例的图，如图5(a)所示，减振钢板10C，沿着板厚方向T，将多个铸铁组织层14C层叠作为中间层。作为减振钢板10C的制造方法，首先，如图5(b)所示，在多个钢板11B(图中为5片钢板)之间配置片状的碳材料30B(图中为4片碳材料)，在上述接触工序中，按压位于上方侧以及下方侧的钢板11B，使碳材料30B与钢板11B的表面接触。并且，在上述加热工序中进行加热，直到使碳材料30B的碳固溶扩散到钢板11B中，并且钢板11B的与各碳材料30B接触的面彼此接合。这样就可得到减振性更高的钢板。
图6是表示含有本实施方式涉及的铁系复合材料的钢管10D的图，该钢管10D，如图6(a)所示，至少含有成为母材的钢组织层12D、作为钢管10D的外周面10c以及内周面10d的表面层而形成的铸铁组织层14D、和在钢组织层12D与铸铁组织层14D之间将钢组织渗碳而成的渗碳组织层13D。另外，钢管10D，在外周面10c以及内周面10d形成有铸铁组织层14D，但也可以相应于钢管的使用用途，在外周面10c和内周面10d的任一面形成铸铁组织层14D。这样构成的钢管10D，含有铸铁组织层14D，因此即使是外力作用于钢管10D的场合，也能够使由外力引起的振动衰减。
上述钢管10D，可如以下所示那样制造。具体地讲，如图6(b)所示，准备作为钢材的钢管11D、从外部覆盖钢管11D的圆筒状的碳材料31D、和填充到该钢管11D的内部的圆柱状的碳材料32D。接着，在先前所示的本实施方式的接触工序中，使圆筒状的碳材料31D和由钢材制成的钢管11D的外周面10c接触，使圆柱状的碳材料32D和钢管11D的内周面10d接触。并且，在先前所示的本实施方式的加热工序中进行加热，以使碳材料31D、32D的碳向钢管11D中固溶扩散，在表面层中形成铸铁组织层14D。
另外，如图6(c)所示，在为内部具有多个液体流通用的贯通孔的钢管11E的场合，对于各贯通孔，配置圆柱状的碳材料33C，使碳材料33C和各贯通孔的内周面接触，使圆筒状的碳材料34C和钢管11D的外周面接触，进行上述加热工序，由此可在各贯通孔的表面层中形成铸铁组织层。
实施例
以下基于本实施方式示出实施例。
(实施例)
准备6.5mm×15.7mm、厚度10mm的钢材(锰钢38MnS6：DIN标准)，在6.5mm×15.7mm的表面，将对碳粉末进行压粉成型而成的碳材料以5MPa的压力条件按压于钢材上使其接触，在该状态下装入炉内，在1150℃(铸铁的共晶点的温度以上)的温度条件下加热15分钟，制作出铸铁组织层的层厚度为300μm的铁系复合材料。
[评价方法]
<组织观察>
用显微镜观察了铁系复合材料的组织。其结果示于图7。
<表面硬度试验>
从铁系复合材料的形成了铸铁组织层的表面，每隔0.1mm用维氏硬度试验机以试验载荷500g测定铁系复合材料的表面硬度。其结果示于图8。
<磨损试验>
使用图9所示的磨损试验机，测定了铁系复合材料的磨损量。具体地讲，向浴槽60加入润滑油(JWS3090)100cc，将直径35mm、厚度10mm的环试件(SAE4620)50配置于浴槽60内，将由铁系复合材料制成的块状的试件(块试件)40的6.5mm×15.7mm的面以10kgf压碰于环试件50的侧面。然后，以向环试件50与块试件40的压碰的部位供给上述润滑油的方式，使环试件以160rpm旋转15分钟，测定了块试件40的磨损深度。进行2次这样的试验。其结果示于图10。
(比较例)
准备了与实施例相同的尺寸的灰铸铁材料(FC23：JIS标准)。并且，与实施例同样地进行了组织观察。其结果示于图11。另外，在与实施例相同的条件下进行了磨损试验。其结果示于图10。
[结果1]
如图7以及图11所示，实施例的铁系复合材料，可确认出由铁素体珠光体组织构成的钢组织层、含有片状石墨的灰铸铁组织层、和在钢组织层与铸铁组织层之间对钢组织进行渗碳而成的渗碳组织层。另外，比较例的构件中，可确认出片状石墨。
[结果2]
从图8的结果的组织观察的结果和图9的表面硬度试验的结果来看，铸铁组织层的平均的表面硬度为Hv230，渗碳组织层为Hv300，钢组织层为Hv220。
[结果3]
如图10所示，与比较例相比，实施例的磨损深度为约1/3左右。
[考察]
与比较例相比，实施例难以磨损的理由，可考虑以下两点。第一可以认为，通过在铸铁组织层与钢组织层之间具有对上述钢组织层进行渗碳而成的渗碳组织层，渗碳组织层与铸铁组织层和钢组织层相比，硬度高，因此在表面层具有铸铁组织层的场合，作为铸铁组织层的支持材料(衬垫材料；back up material)发挥作用，因此相比于比较例，实施例难以磨损。第二可以认为，实施例的铸铁组织层的表面在制造时与碳材料接触，因此可考虑到与比较例的铸铁材料相比，其碳含量多，相比于比较例，实施例难以磨损。
以上采用附图对本发明的实施方式进行了详述，但具体的构成并不限于该实施方式，即使有不脱离本发明要旨的范围的设计变更，这些设计变更也包含在本发明内。
例如作为本实施方式的应用例，对圆盘转体、减振钢板或钢管进行了叙述，但并不限于这些，也可以应用于要求耐磨损性、要求振动衰减能力(减振性)的结构用构件、机械部件。
另外，实施方式涉及的铁系复合材料含有碳，但只要是能够得到耐磨损性和减振性，则也可以还含有Cr、S、Si、P、Mo等的其他的添加元素。
本发明中表示数值范围的“以上”和“以下”均包括本数。

Claims (13)

1.一种铁系复合材料，其特征在于，通过下述过程而制造：使钢材的钢组织的至少一部分的表面接触碳材料，维持该接触的状态，在铸铁的共晶点温度以上的温度条件下，至少将所述表面加热使得在所述表面形成具有铸铁组织的铸铁组织层。
2.根据权利要求1所述的铁系复合材料，其特征在于，所述铁系复合材料至少具有钢组织层、铸铁组织层、和在所述钢组织层与所述铸铁组织层之间将钢组织渗碳而成的渗碳组织层，所述渗碳组织层沿着从所述钢组织层到所述铸铁组织层的方向其碳含量倾斜性地增加。
3.一种圆盘转体，是包含权利要求1或2所述的铁系复合材料的圆盘转体，其特征在于，该圆盘转体，作为包括其制动面在内的表面层，至少具有所述铸铁组织层。
4.一种减振钢板，是包含权利要求1或2所述的铁系复合材料的减振钢板，其特征在于，该减振钢板，作为其板厚方向的中间层，至少具有所述铸铁组织层。
5.一种钢管，是包含权利要求1或2所述的铁系复合材料的钢管，其特征在于，该钢管，作为其外周面或内周面的至少一方的表面层，至少具有所述铸铁组织层。
6.一种铁系复合材料的制造方法，其特征在于，至少包括：
使钢材的钢组织的至少一部分的表面接触碳材料的工序；和
维持该接触的状态，在铸铁的共晶点温度以上的温度条件下，至少将所述表面加热使得在所述表面形成具有铸铁组织的铸铁组织层的工序。
7.根据权利要求6所述的铁系复合材料的制造方法，其特征在于，在所述加热工序中，在惰性气体气氛下进行所述加热。
8.根据权利要求6所述的铁系复合材料的制造方法，其特征在于，在所述加热工序中，一边将所述碳材料按压于所述钢材的表面一边维持所述接触状态。
9.根据权利要求7所述的铁系复合材料的制造方法，其特征在于，在所述加热工序中，一边将所述碳材料按压于所述钢材的表面一边维持所述接触状态。
10.根据权利要求6～9的任一项所述的铁系复合材料的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：对所述加热工序后的材料进行所述钢组织的热处理的工序。
11.根据权利要求6～9的任一项所述的铁系复合材料的制造方法，其特征在于，在所述接触工序中，在所述钢组织的与所述碳材料的接触面还配置镁粉末和镁合金粉末之中的至少一种粉末；在所述加热工序中，形成作为所述铸铁组织具有球状石墨铸铁组织的铸铁组织层。
12.根据权利要求10所述的铁系复合材料的制造方法，其特征在于，在所述接触工序中，在所述钢组织的与所述碳材料的接触面还配置镁粉末和镁合金粉末之中的至少一种粉末；在所述加热工序中，形成作为所述铸铁组织具有球状石墨铸铁组织的铸铁组织层。
13.一种圆盘转体的制造方法，是包括权利要求6～12的任一项所述的铁系复合材料制造方法的圆盘转体制造方法，其特征在于，在所述接触工序中，使所述圆盘转体的至少制动面接触所述碳材料；在所述加热工序中，至少对所述制动面进行所述加热。
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