CN104114728A

CN104114728A - 铸铁和制动部件

Info

Publication number: CN104114728A
Application number: CN201380008963.XA
Authority: CN
Inventors: 渡边博之; 新川雅树; 张茂仁; K·苏巴吉若
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Riken Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Riken Corp
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2014-10-22
Also published as: EP2816127A4; EP2816127A1; JP5698852B2; US20150004048A1; EP2816127B1; JPWO2013122248A1; WO2013122248A1

Abstract

本发明提供一种铸铁，其通过具有高比热可以实现制动部件的轻量化等。本发明的铸铁以质量％计具有包含C：3.0％～4.8％、Si：3.5％～5.0％、Mn：0.5％～2.0％、Cu：0.3％～1.5％、余量：Fe和不可避免的杂质的化学成分组成。

Description

铸铁和制动部件

技术领域

本发明涉及适合用于车辆等的制动装置的铸铁和制动部件，特别涉及通过具备高比热来实现制动盘的轻量化的技术。

背景技术

汽车或机动双轮车等的制动装置具备与车轮一起旋转的制动盘和可抵压制动盘的制动衬块。对于制动盘，为了抑制所产生的摩擦热导致的性能下降而要求高导热率。作为以低成本实现这样的要求的材料，以往使用片状石墨铸铁、CV石墨铸铁或球状石墨铸铁。由于石墨为热的优良导体，因而尤其是片状石墨铸铁通过增大石墨长度能够提高导热率。

作为铸铁相关的现有技术文献有如下文献。专利文献1的记载涉及耐腐蚀性铸铁，其碳当量为3.8～4.5％的范围，包含C：2.8～4％、Si：1.5～3.0％、Mn：0.3～1.2％、P：0.2％以下、S：0.06～0.25％、Cu：0.15～3.5％以及余量：Fe和不可避免的杂质，改变Cu的含量抑制了生锈。

专利文献2的记载涉及盘式制动器用盘，其包含C：2.8～3.8％、Si：1.8～3.4％、Mn：0.5～1.0％、S：0.02～0.1％、Cr：0.1～1.5％、Mo：0.1～1.0％、Ni：0.1～1.2％、Ce：0.01～0.05％、Cu：0.1～1.2％、余量：Fe和不可避免的杂质，通过利用Ce进行高强度化以提高耐热裂纹性。

专利文献3的记载涉及具有滑动部和轮毂安装部的由单一熔液得到的铸造制一体结构的制动部件，其包含C：3.5～3.90％、Si：2.3～3.0％、Mn：0.7～1.1％、P：＜0.05％、S：0.08～0.012％、Cu：0.7～1.2％、余量：铁和不可避免的杂质，CE值为4.3～4.7、拉伸强度为15～20kgf/mm²、衰减能力为12×10^-3～20×10^-3，对轮毂安装孔内表面实施了高频淬火使硬度达到HRB90～105。

专利文献4的记载涉及高导热耐腐蚀铸铁，其碳当量为4～5％的范围，包含C：3～4.5％、Si：1.5～3.0％、Mn：0.5～1.5％、P：0.2％以下、S：0.06～0.25％、Cu：0.15～3.5％、Ca：0.02～0.1％、Al：0.02～0.1％、余量：铁和不可避免的杂质，通过使组织中生成针状石墨，提高了高导热性和耐腐蚀性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公昭59-011653

专利文献2：日本特开2002-105581

专利文献3：日本特开平5-214480

专利文献4：日本特开平7-3380

发明内容

发明所要解决的问题

需要说明的是，近年来随着对温室效应气体的排放管制，对于汽车等运输装置越来越期望轻量化，而制动盘为铸铁块而成为相当程度的重量物，尤其强烈地期望其轻量化。利用制动盘和制动衬块的制动伴随着将动能转化为热能的作用，制动盘吸收热能并在停止后放出热能。如果制动盘的导热率高，则可以迅速地放出热能。另外，如果制动盘的比热高，则积蓄热能的能力高，可以抑制吸收热能时的温度上升。因此，如果制动盘的比热高，则可以使制动盘小型化。

然而，现实情况是着眼于提高比热的铸铁开发现今尚未进行。本发明是鉴于这样的情况而完成的，本发明的目的在于提供铸铁和制动部件，该铸铁具有高比热，由此可以实现制动部件的轻量化等。

用于解决问题的手段

本发明人为了使制动盘轻量化而反复进行研究，结果得出结论，为了得到对温室效应气体的排出抑制效果，需要至少600J/kg/K以上的比热。并且，为了得到这样的比热反复进行了深入研究。

铸铁由铁素体、渗碳体、石墨和其他微量的夹杂物构成。对其中重量百分率最大的铁素体的高比热化进行了研究。对各种可在铁素体中固溶并具有提高比热效果的元素进行了考察，结果发现Si的效果最好，并且其能够不形成碳化物且容易地固溶于铁素体中。

在铸铁中添加3.5％以上Si时Si的效果可显著表现。Si在铸铁中主要富集在铁素体中，在铁素体中的重量百分率会达到4％以上。据称在该浓度的情况下，在平衡状态会析出Fe₃Si，但基于X射线衍射的分析结果为，在通常的制造条件下几乎检测不到Fe₃Si。即可以认为不形成规则结构而不规则且过饱和地固溶的Si提高了铁素体的比热。

本发明的铸铁是基于上述见解而完成的，其特征在于，其以质量％计包含C：3.0～4.8％、Si：3.5～5.0％、Mn：0.5～2.0％、Cu：0.3～1.5％、余量：Fe和不可避免的杂质。

下面，将本发明的数值限定的根据与本发明的作用一并进行说明。需要说明的是，以下说明中“％”是指“质量％”。

C：3.0～4.8％

C是用于使石墨在基体组织中析出所必需的元素。石墨为热的优良导体，发挥提高铸铁的导热率、迅速放出所吸收的热能的作用。C的含量低于3.0％的情况下，难以得到与现有材料同等的导热率44W/m/K。另一方面，若C的含量超过4.8％，则铸铁的熔点过高而难以熔解，并且强度显著下降。因而，C的含量为3.0～4.8％。

Si：3.5～5.0％

Si为提高铸铁的比热的元素。Si的含量低于3.5％的情况下，难以得到本发明作为目标的比热600J/kg/K。另一方面，若Si的含量超过5％，则熔液的粘度变高而难以铸造。因而，Si的含量为3.5～5.0％。

Mn：0.5～2.0％

Mn由原料的废料混入，具有强化基体组织的效果。Mn的含量低于0.5％的情况下则缺乏这种效果。另一方面，若Mn的含量超过2％，则基体组织的冷硬化变显著，使得切削性降低。因此，Mn的含量为0.5～2.0％。

P：0.2％以下

P可提高熔液的流动性，但会使铸铁脆化，因此作为不可避免的杂质的P的含量优选为0.2％以下。

Cu：0.3～1.5％

在本发明中，为了提高比热，Si的添加是必需的，但Si具有促进铁素体化的作用。若铁素体百分率增大，则可导致强度下降、耐磨损性下降。因此，在本发明中，Cu是必需的合金成分。Cu促进基体组织的珠光体化从而提高强度，并且使石墨扁平化从而提高导热率。Cu的含量低于0.3％的情况下则这样的效果差。另一方面，若Cu的含量超过1.5％，则基体组织的珠光体变致密而使得切削性下降。因此，Cu的含量为0.3～1.5％。更优选为0.5～1.5％。

S：0.25％以下

若S的含量超过0.25％，则MnS的生成量过多而使白口化倾向增强，切削性降低。因此，作为不可避免的杂质的S的含量优选为0.25％以下。

Ni、Cr、Mo、V、Sn等合金元素可以少量含有以改善铸铁的组织、性质。

Ni：超过0％且1.2％以下

Ni是促进石墨化的元素，抑制冷硬化而使切削性良好。并且具有提高基体组织的强度的作用。但是，Ni非常昂贵，因此无法大量添加。优选含有超过0％且1.2％以下的Ni以兼顾效果和成本。

Cr：超过0％且1.5％以下

Cr是使碳化物稳定、使组织致密而提高强度的元素，优选含有Cr。另一方面，Cr难以固溶于铁素体并会形成碳化物，因而对提高比热的贡献小。因此，Cr的含量优选为超过0％且1.5％以下。

Mo：超过0％且1.0％以下

Mo是使碳化物稳定、使组织致密而提高强度的元素，为了得到这样的效果，优选含有Mo。另一方面，Mo难以固溶于铁素体并会形成碳化物，因此对提高比热的贡献小。因而，Mo的含量优选为超过0％且1.0％以下。

V：超过0％且0.35％以下

V是使碳化物稳定、使组织致密而提高强度的元素，为了得到这样的效果而优选含有V。另一方面，V难以固溶于铁素体并会形成碳化物，因此对提高比热的贡献小。因而，V的含量优选为超过0％且0.35％以下。

Sn：超过0％且0.2％以下

Sn是使碳化物稳定、使组织致密而提高强度的元素，为了得到这样的效果也可以含有Sn。另一方面，若添加超过0.2％的Sn，则会使韧性降低而使针对热裂纹的耐性降低。因而，以得到上述效果为目的添加Sn时，Sn的含量优选为超过0％且0.2％以下。

如上所述，为了由制动盘得到充分的轻量化效果，比热需要为600J/kg/K。此处，在反复进行加速和制动的汽车中，制动盘的平均温度为200℃左右，因而优选200℃时的比热为600J/kg/K以上。另外，在本发明中，优选200℃时的导热率为44W/m/K以上。由此，所吸收的热能的放出快速地进行，抑制在制动盘产生热裂纹。

本发明也可以应用于片状石墨铸铁、CV石墨铸铁和球状石墨铸铁任一种中。但是，球状石墨铸铁因石墨为球状而拉伸强度高，但导热率不足。因而，优选为导热率高的片状石墨铸铁或取得了导热率和拉伸强度的平衡的CV石墨铸铁，进一步，只要容许低拉伸强度则优选片状石墨铸铁。另外，在本发明中，优选基体组织中的珠光体面积率为90％以上，由此可以确保充分的强度。

发明效果

本发明发现了尚不为人所知的Si的提高比热效果，并且通过含有3.5～5.0％的Si，可以使铸铁具备高比热。由此，即使在相同重量下，热容量也会提高，因此能够抑制因摩擦热导致滑动部温度上升，因而由于减轻热膨胀、减轻热裂纹、减轻热劣化等而使部件寿命提高。另外，作为配合部件的制动衬块的温度下降，由此可以减轻制动衬块的热负荷，可以使制动衬块的成分为廉价的材料。进一步，可以减少重量至相同热容量，因此可以实现制动部件的轻量化。

附图说明

图1为表示本发明的实施例中的Si添加量与比热的关系的曲线图。

图2为表示本发明的实施例中的Cu添加量与珠光体率的关系的曲线图。

图3为表示本发明的实施例中的C添加量与导热率的关系的曲线图。

图4为表示制动盘在制动时的时间与温度的关系的曲线图。

实施例

为了考察化学成分和组织的影响，试制了表1所示的化学成分的铸铁样品。测定各铸铁样品的比热、珠光体率、导热率而得到了表1所示结果。另外，观察各铸铁样品有无铸造时的缺陷，将其结果一并列于表1。实施例1～7具有本发明的范围内的化学成分，比较例1为作为现有材料的一个示例的FC250。在比较例1～5中，对脱离本发明的范围的化学成分标注有下划线。另外，对在比热、导热率、和珠光体率方面脱离本发明作为目标的范围的也标注有下划线。图1～图4由表1所示结果制成的曲线图。

[表1]

由表1可知，在本发明的实施例1～7中均可以得到高于比较例1(现有材料)的比热、导热率，并且珠光体率也是同等的。

在比较例1中，Si含量不满3.5％，因此比热为较低的值。如图1所示，为了得到600J/kg/K以上的比热，Si的含量需要为3.5％以上。

比较例2使C和Si的含量为与实施例1同样的水平且使Cu的含量为零。因此，珠光体率相比于实施例1～7大幅降低。如图2所示，为了得到90％以上的珠光体率，Cu的含量需要为0.3％以上。

比较例3使Si的含量为与实施例1同样的水平且使C的含量低于3.0％。在比较例3中，C的含量低于3.0％，因此导热率非常低。如图3所示，为了得到44W/m/K以上的导热率，C的含量需要为3.0％以上。

比较例4使C的含量为与实施例1同样的水平且使Si量高于5.0％。如表1所示，在比较例4中，比热非常高，但熔液的粘度高，因此产生了铸造缺陷。

比较例5使Si的含量比实施例1低了约0.8％。尽管相比于比较例1比热提高了，但未能得到超过600J/kg/K的比热。

由实施例6和比较例1的铸铁样品制作同型同大的制动盘，将其安装于汽车并以0.6G从200km/h减速至0km/h。将此时的制动衬块的温度变化在图4中示出。可知，用于实施例6中制动盘的制动衬块的温度相比于比较例1大幅降低。即，在实施例6中，因比热提高而使热能的吸收量变大，抑制了制动盘的温度上升。因此，根据本发明，可以提高制动衬块的寿命、使制动衬块的成分低廉化，并且能够按照制动盘的比热提高的程度使制动盘轻量化。

本发明不限于盘状的制动部件，能够应用于圆筒状、长板状等任意形状的制动部件。

工业实用性

本发明能够应用于如汽车、机动双轮车、列车等运输装置的制动器或压制机等机械设备的制动器等所有制动装置。

Claims

1.一种铸铁，其特征在于，其以质量％计包含C：3.0％～4.8％、Si：3.5％～5.0％、Mn：0.5％～2.0％、Cu：0.3％～1.5％、余量：Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的铸铁，其特征在于，200℃时的比热为600J/kg/K以上。

3.如权利要求1或2所述的铸铁，其特征在于，200℃时的导热率为44W/m/K以上。

4.如权利要求1～3中任一项所述的铸铁，其特征在于，基体组织中珠光体的面积率为90％以上。

5.一种制动部件，其由权利要求1～4中任一项所述的铸铁制造。