FR2552182A1

FR2552182A1 - METHOD FOR MANUFACTURING A BRAKE MEMBER WITH A WEAR SURFACE AND BRAKE MEMBER OBTAINED BY SUCH A METHOD

Info

Publication number: FR2552182A1
Application number: FR8414506A
Authority: FR
Inventors: Larsson Lars-Erik; Dahlen Lars Mats Goran; Holsen Per; Wickberg Anders Erik; Johnsson Lennart Birg Valentin
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1983-09-21
Filing date: 1984-09-21
Publication date: 1985-03-22
Also published as: SE8305097L; IT1179439B; JPS6089558A; IT8448884A0; GB8423561D0; GB2146554B; GB2146554A; IT8448884A1; NO843701L; DE3434403A1; SE8305097D0; FR2552182B1

Abstract

PROCEDE POUR FABRIQUER UN ORGANE DE FREIN FORMANT PARTIE D'UN SYSTEME DE FREIN, DANS LEQUEL UNE GARNITURE DE FREIN EST SERREE CONTRE LEDIT ORGANE DE FREIN QUI EST FAIT EN ALLIAGE A BASE D'ALUMINIUM, ET MUNI D'UNE COUCHE OU D'UNE SURFACE RESISTANT A L'USURE. L'ORGANE DE FREIN EST FABRIQUE EN PERMETTANT A UN BAIN A BASE D'ALUMINIUM DE SE SOLIDIFIER SOUS COMPRESSION DANS UN MOULE A COMPRESSION DE METAL FONDU, ET EN MUNISSANT LA PARTIE A BASE D'ALUMINIUM SOLIDIFIEE OU EN COURS DE SOLIDIFICATION, D'UNE COUCHE RESISTANT A L'USURE. CETTE COUCHE COMPREND UN ALLIAGE DE CHROME-CARBONE-FER CONTENANT 10 A 30, DE PREFERENCE 15 A 20 EN POIDS DE CHROME, ET DE PREFERENCE 2 A 4 EN POIDS DE CARBONE. LA COUCHE A UNE EPAISSEUR DE 0,3 A 1MM, ET EST DE PREFERENCE APPLIQUEE AU MOYEN D'UNE OPERATION DE PULVERISATION DE PLASMA.METHOD FOR MANUFACTURING A BRAKE COMPONENT AS PART OF A BRAKE SYSTEM, IN WHICH A BRAKE LINING IS TIGHTEN AGAINST SAID BRAKE COMPONENT MADE OF AN ALUMINUM ALLOY, AND PROVIDED WITH A LAYER OR A LAYER WEAR RESISTANT. THE BRAKE COMPONENT IS MANUFACTURED BY ALLOWING AN ALUMINUM-BASED BATH TO SOLIDIFY UNDER COMPRESSION IN A MOLDS COMPRESSION OF MOLTEN METAL, AND PROVIDING THE SOLIDIFIED ALUMINUM-BASED PART OR IN THE PROCESS OF SOLIDIFICATION. A WEAR RESISTANT LAYER. THIS LAYER INCLUDES A CHROME-CARBON-IRON ALLOY CONTAINING 10 TO 30, PREFERABLY 15 TO 20 BY WEIGHT OF CHROMIUM, AND PREFERABLY 2 TO 4 BY WEIGHT OF CARBON. THE LAYER HAS A THICKNESS OF 0.3 TO 1MM, AND IS PREFERABLY APPLIED BY MEANS OF A PLASMA SPRAYING OPERATION.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un organe deThe present invention relates to a method of manufacturing a

frein pour les freins à friction, dans lequel la surface de freinage ou surface d'usure, comprend un revêtement appliqué à un élément à base d'aluminium, qui 5 porte la surface de freinage ou surface d'usure, et contre brake for friction brakes, in which the braking surface or wear surface comprises a coating applied to an aluminum-based element, which carries the brake surface or wear surface, and against

laquelle une garniture de frein peut être amenée à porter. which a brake lining can be brought to bear.

La présente invention s'applique en particulier aux surfaces The present invention applies in particular to surfaces

de freinage des freins à disque et à tambour. brakes for disc and drum brakes.

La présente invention est décrite-ci-après en réfé10 rence aux freins a disque d'automobile, bien qu'elle concerne d'une manière générale un procédé de production d'un organe de frein perfectionné ayant une surface de freinage par friction contre laquelle une garniture de frein est amenée à porter De nos jours, les freins à disque sont normalement 15 fabriqués en fonte, en fer nodulaire ou en acier Ceci conduit premièrement à un frein d'une masse relativement importante qui tourne sans être suspendue, deuxièmement à un frein qui tend à se ronger plutôt facilement et gravement, et à un frein de relativement faible résistance à l'usure, qui ré20 duit la durée de service du frein, et accroit l'usure de la garniture de frein En outre, ces alliages ferreux sont d'une conductivité thermique relativement basse, qui conduit à des différences de température et à des difficultés pour réaliser un refroidissement efficace Quand les freins à disque 25 d'une automobile sont serrés brutalement et fréquemment, la température du frein peut s'élever jusqu'à 700 C, et même au-delà dans la surface de friction ou d'usure, ce qui peut conduire à de graves difficultés pour maintenir le rendement des freins, et pour les refroidir efficacement The present invention is described below with reference to automobile disc brakes, although it generally relates to a method of producing an improved brake member having a friction braking surface against which a brake lining is brought to bear Nowadays, disc brakes are normally made of cast iron, nodular iron or steel. This leads firstly to a brake of relatively large mass which turns without being suspended, secondly to a brake which tends to gnaw rather easily and severely, and to a brake of relatively low resistance to wear, which reduces the service life of the brake, and increases the wear of the brake lining In addition, these ferrous alloys are of relatively low thermal conductivity, which leads to temperature differences and difficulties in achieving effective cooling When the disc brakes 25 of an automobile are brutally applied and braked that the brake temperature can rise up to 700 C, and even higher in the friction or wear surface, which can lead to serious difficulties in maintaining and cooling the brakes effectively

On a longuement réfléchi à la solution de ces problèmes Par exemple, on a décrit à cette fin, dans la demande de brevet suédois 7809374-7, une surface de frein qui comprend une couche d'un produit métallocéramique appliqué thermiquement sur un organe en métal à base d'aluminium La par35 tie céramique de la couche métallo-céramique comprend des oxy- We have thought for a long time about the solution of these problems. For example, we have described for this purpose, in Swedish patent application 7809374-7, a brake surface which comprises a layer of a metalloceramic product thermally applied to a metal member. based on aluminum The ceramic part of the metallo-ceramic layer comprises oxy-

des de métaux tels que par exemple, l'aluminium, le titane, le zirconium et le chrome Cependant, des problèmes sont rencontrés pour lier efficacement la couche métallocéramique à l'organe à base -d'aluminium En outre, aucun disque de frein de ce genre ne peut encore être trouvé sur le marché Dans le texte d'un brevet allemand ancien N 825 032, est proposé un frein en métal léger, ou un disque d'embrayage qui peut être pourvu d'une couche extérieure en acier. Cette forme de frein ne peut également, être trouvée sur le 10 marché Dans un brevet d'addition N 843 634, au brevet allemand précité, il est mentionné que cette couche extérieure peut comprendre de l'acier au chrome, de l'acier au vanadium, metals such as, for example, aluminum, titanium, zirconium and chromium However, problems are encountered in effectively bonding the metalloceramic layer to the aluminum-based member In addition, no brake disc this kind cannot yet be found on the market. In the text of an old German patent N 825 032, a light metal brake is proposed, or a clutch disc which can be provided with an outer layer of steel. This form of brake can also not be found on the market. In a patent of addition N 843,634, to the aforementioned German patent, it is mentioned that this outer layer may include chromium steel, steel with vanadium,

de l'acier au manganèse, ou des matériaux analogues. manganese steel, or the like.

Conformément à la présente invention, il est fourni 15 un procédé de fabrication d'organes de frein du genre de ceux qui font partie d'un système de freinage, dans lequel les garnitures de frein sont pressées contre un organe de frein fabriqué dans un alliage à base d'aluminium, et pourvu d'un organe résistant à l'usure, dans lequel un bain du20 dit alliage à base d'aluminium peut se solidifier sous pression dans un moule à compression de métal fondu, et dans In accordance with the present invention there is provided a method of manufacturing brake members of the kind which are part of a brake system, in which the brake linings are pressed against a brake member made of an alloy based on aluminum, and provided with a wear-resistant member, in which a bath of said aluminum-based alloy can solidify under pressure in a compression mold of molten metal, and in

lequel ledit organe de frein est pourvu d'une surface résistant à l'usure comprenant un alliage chrome-carbone-fer, contenant 10 à 30 % en poids, de préférence 15 à 20 % en 25 poids de chrome, et 2 à 4 % de carbone. which said brake member is provided with a wear-resistant surface comprising a chromium-carbon-iron alloy, containing 10 to 30% by weight, preferably 15 to 20% by weight of chromium, and 2 to 4% of carbon.

Dans le cas d'organes de frein à disque, les garnitures de freins classiques sont serrées contre la surface résistant à l'usure située sur l'organe de frein en aluminium L'énergie qui est ainsi convertie en énergie thermi30 que, est transmise à travers l'aluminium, vers des zones plus froides Parce que l'aluminium a une bonne conductivité thermique, la chaleur est transféree rapidement en tous points de l'organe de frein à base d'aluminium Dans le cas In the case of disc brake members, the conventional brake linings are pressed against the wear-resistant surface located on the aluminum brake member. The energy which is thus converted into thermal energy is transmitted to through aluminum, to cooler areas Because aluminum has good thermal conductivity, heat is quickly transferred to all points of the aluminum-based brake device In the case

d'un frein à disque, ou bien cette chaleur peut être chassée 35 par de l'air de refroidissement, ou bien le frein est pour- a disc brake, or this heat can be removed by cooling air, or the brake is

vu de canaux à travers lesquels un liquide de refroidissement peut être passé Le disque peut aussi former partie intégrante de la roue à laquelle il est destiné Par exemple, la totalité de la jante peut être coulée d'une seule pièce et servir de moyen de refroidissement On comprendra que la roue peut aussi être pourvue d'ailettes de refroidissement ou d'éléments analogues, pour un refroidissement seen from channels through which a coolant can be passed The disc can also form an integral part of the wheel for which it is intended For example, the entire rim can be cast in one piece and serve as a cooling medium It will be understood that the wheel can also be provided with cooling fins or the like, for cooling.

optimal du disque de frein.brake disc.

L'alliage d'aluminium convenablement utilisé a une 10 fourchette de températures de fusion élevée, et la présence d'éléments d'alliage ne rend pas la conductivité thermique de l'alliage d'aluminium, plus faible que celle de l'aluminium pur La caractéristique de bonne conductivité thermique peut être alliée à celle d'une grande stabilité de The properly used aluminum alloy has a high melting temperature range, and the presence of alloying elements does not make the thermal conductivity of the aluminum alloy lower than that of pure aluminum The characteristic of good thermal conductivity can be combined with that of high stability of

température Le choix approprié d'un alliage convenable possédant ces propriétés relève bien des connaissances de l'homme de métier Les alliages convenables sont les alliages AA 2618, AA 2014 et AA 5056, et peuvent être dotés de la combinaison de propriétés désirée en les soumettant aux procédés 20 de formage par compression ou de moulage par compression. temperature The appropriate choice of a suitable alloy having these properties is well known to those skilled in the art. The suitable alloys are the alloys AA 2618, AA 2014 and AA 5056, and can be provided with the desired combination of properties by subjecting them to compression forming or compression molding processes.

La surface ou la couche résistant à l'usure est appliquée sur l'organe de frein au moyen d'un procédé convenable Un procédé préféré est le procédé de pulvérisation de plasma, qui permet au métal formant la couche d'être di25 rectement pulvérisé sur le métal de base, de façon à obtenir une bonne liaison entre le métal de base et le métal formant la surface La taille des particules de l'alliage pulvérulent employé dans la pulvérisation de plasma affecte aussi la solidité de la liaison entre les métaux précités. 30 Une taille de particule de 20 à 200 microns a été trouvée The wear resistant surface or layer is applied to the brake member by a suitable method. A preferred method is the plasma spray method, which allows the metal forming the layer to be directly sprayed onto the base metal, so as to obtain a good bond between the base metal and the metal forming the surface The particle size of the powdery alloy used in plasma spraying also affects the strength of the bond between the aforementioned metals. 30 A particle size of 20 to 200 microns has been found

convenable dans cette filière, et donne une liaison extrêmement forte, sans nécessiter l'emploi d'une couche particulière de liaison entre le métal de base et la surface d'usure. suitable in this die, and gives an extremely strong bond, without requiring the use of a particular bonding layer between the base metal and the wear surface.

Bien que d'autres procédés puissent être utilisés pour l'ap35 plication d'une couche d'alliage métallique sur le métal de base, il est souvent nécessaire, lors de la mise en oeuvre de tels procédés, d'utiliser une couche d'agent liant entre l'alliage de métal et le métal de base, afin d'obtenir une liaison suffisamment forte La surface d'usure peut aussi 5 être formée par application de l'alliage de métal sur le métal de base, sous une forme finement fractionnée Dans ce procédé, des gouttelettes discrètes d'alliage en fusion sont appliquées à l'organe de frein à base d'aluminium formé par compression, pour constituer dessus une couche, et la couche 10 est ensuite épaissie à l'aide des techniques de projection de billes Dans un autre procédé préféré, le moule par compression de métal en fusion, ou moule à compression, est pourvu sur ses surfaces internes d'une couche d'alliage chrome-carbone-fer résistant à l'usure d'une épaisseur de 0,3 à 15 1 mm, et l'opération de moulage à compression est effectuée en présence de ces couches, de manière à ce que ces couches se retrouvent sur l'organe obtenu par compression Ce procédé évite le recours à un traitement supplémentaire de l'organe fabriqué Une liaison extrêmement bonne entre la couche 20 résistant à l'usure et l'organe à base d'aluminium, peut aussi être obtenue, comme résultat de l'opération de moulage par compression Cette liaison peut encore être renforcée en striant ou en rendant rugueuse la couche d'alliage chromecarbone-fer résistant à l'usure, ou en munissant ladite cou25 che d'autres moyens d'adhérence superficielle entre le métal de base et le métal résistant à l'usure Le choix du procédé approprié pour appliquer la couche précitée, et le recours possible à une couche de liaison relève bien des connaissances de l'homme de métier Un autre procédé encore, est ce30 lui dans lequel la couche ou surface d'usure est coulée in Although other methods can be used for the application of a layer of metal alloy on the base metal, it is often necessary, when implementing such methods, to use a layer of bonding agent between the metal alloy and the base metal, in order to obtain a sufficiently strong bond. The wear surface can also be formed by applying the metal alloy to the base metal, in a finely formed form. fractional In this process, discrete droplets of molten alloy are applied to the aluminum-based brake member formed by compression, to form a layer thereon, and layer 10 is then thickened using the techniques of projection of balls In another preferred method, the compression mold of molten metal, or compression mold, is provided on its internal surfaces with a layer of chrome-carbon-iron alloy resistant to wear of a thickness from 0.3 to 15 1 mm, and the compression molding operation n is carried out in the presence of these layers, so that these layers are found on the member obtained by compression This method avoids the need for additional treatment of the manufactured member An extremely good bond between the layer 20 resistant to the wear and the organ based on aluminum, can also be obtained, as a result of the compression molding operation This bond can be further reinforced by striating or roughening the layer of chromium-carbon-iron alloy resistant to wear, or by providing said layer with other means of surface adhesion between the base metal and the wear-resistant metal The choice of the appropriate method for applying the above-mentioned layer, and the possible use of a bonding layer It is well known to those skilled in the art. Yet another process is that in which the wear layer or surface is poured in.

situ avec l'organe de frein à base d'aluminium. located with the aluminum-based brake member.

Quand on emploie la méthode par pulvérisation de When using the spray method of

plasma, on utilise une pulvérisation sèche d'une composition telle, que la couche résistant à l'usure résultante contien35 ne 10 à 30 % de chrome et 2 à 4 % de carbone, le reste com- plasma, a dry spray is used with a composition such that the resulting wear-resistant layer contains 10 to 30% of chromium and 2 to 4% of carbon, the rest comprises

prenant du fer et des impuretés fortuites Ainsi, il est nécessaire de tenir compte du fait qu'une certaine quantité de carbone et de chrome, sera réduite en cendres pendant l'opération de pulvérisation du plasma Le chrome dissous 5 dans le fer est avantageux puisque cela accroit la résistance à l'usure de l'organe de frein L'importance de cette résistance à l'usure dépend de la formation de carbures de chrome, et par conséquent le taux de chrome par rapport au carbone est significatif En conséquence, l'alliage utilisé 10 a une teneur en carbone plus élevée que celle d'un acier taking iron and fortuitous impurities It is therefore necessary to take into account that a certain amount of carbon and chromium will be reduced to ashes during the plasma spraying operation. The chromium dissolved in iron is advantageous since this increases the wear resistance of the brake member. The importance of this wear resistance depends on the formation of chromium carbides, and therefore the chromium ratio with respect to carbon is significant. alloy 10 has a higher carbon content than steel

au chrome classique.with classic chrome.

La couche résistant à l'usure peut avoir une épaisseur de 0,3 à 1,0 mm, de préférence de 0,3 à 0,5 mm, afin qu'un résultat satisfaisant puisse être obtenu La limite supérieure de cette fourchette n'est pas critique, et indique simplement un optimum eu égard aux coûts plus élevés encourus par des épaisseurs de couche plus importantes La limite inférieure représente une épaisseur qui permet d'utiliser l'élément de frein tout au long d'un laps de temps considérable sans diminution de sa résistance à l'usure, et qui permet l'utilisation commerciale des automobiles, pendant toute une durée de vie comparable à celle des disques The wear-resistant layer may have a thickness of 0.3 to 1.0 mm, preferably 0.3 to 0.5 mm, so that a satisfactory result can be obtained. The upper limit of this range does not is not critical, and simply indicates an optimum in view of the higher costs incurred by greater layer thicknesses The lower limit represents a thickness which makes it possible to use the brake element throughout a considerable period of time without reduction in its wear resistance, which allows the commercial use of automobiles, for a lifetime comparable to that of discs

de freins classiques.conventional brakes.

Il importe aussi que la couche ou'la surface appli25 quée à l'organe de frein ne soit pas excessivement poreuse, puisqu'une couche poreuse a une conductivité thermique plus basse, est plus vraisemblablement à même de se corroder, et It is also important that the layer or the surface applied to the brake member is not excessively porous, since a porous layer having a lower thermal conductivity is more likely to corrode, and

est moins résistante à l'usure.is less resistant to wear.

R E V E N D I CATIONSR E V E N D I CATIONS

1 Procédé pour fabriquer un organe de frein du genre formant partie d'un système de freinage dans lequel une garniture de frein est serrée contre une surface ré5 sistant à l'usure, située sur ledit organe de frein, caractérisé en ce qu'on solidifie un bain à base d'aluminium sous pression, dans un moule à compression d'un métal fondu, pour former ledit organe de frein, et on munit ledit organe de frein ainsi formé, d'une surface résistant à l'usure, comprenant un alliage chrome-carbone-fer, contenant 10 à 30 %, de préférence 15 à 20 % en poids de chrome et 2 à 4 % en 1 Method for manufacturing a brake member of the kind forming part of a braking system in which a brake lining is pressed against a wear resistant surface located on said brake member, characterized in that it solidifies a pressurized aluminum-based bath, in a compression mold of a molten metal, to form said brake member, and said brake member thus formed is provided with a wear-resistant surface, comprising a chromium-carbon-iron alloy, containing 10 to 30%, preferably 15 to 20% by weight of chromium and 2 to 4% in

poids de carbone.carbon weight.

2 Procéde conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la surface résistant à l'usure est appliquée 15 sur ledit élément de frein par une opération de pulvérisation de plasma. 2 Method according to claim 1, characterized in that the wear resistant surface is applied to said brake element by a plasma spraying operation.

3 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la surface résistant à l'usure est appliquée audie organe de frein en fractionnant finement le métal à 3 Method according to claim 1, characterized in that the wear-resistant surface is applied to the brake member by finely splitting the metal to

base d'aluminium en fusion, et en appliquant ledit métal finement fractionné sur ledit organe sous forme de gouttelettes pour y former une surface, et dans lequel la surface résistant à l'usure est liée à l'organe de frein par projection de billes. base of molten aluminum, and applying said finely fractionated metal to said member in the form of droplets to form a surface thereon, and in which the wear-resistant surface is linked to the brake member by projection of balls.

4 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la surface résistant à l'usure est appliquée à l'organe de frein en plaçant des feuilles d'alliage de chrome-carbone-fer dans un moule par compression de métal en fusion de chaque côté du bain en cours de solidification. 30 5 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la surface résistant à l'usure est formée à une épaisseur de 0,3 à 1,0 mm 6 Organe de frein fabriqué conformément à l'une 4 Method according to claim 1, characterized in that the wear-resistant surface is applied to the brake member by placing sheets of chromium-carbon-iron alloy in a mold by compression of molten metal of each side of the bath being solidified. 5 5 Method according to claim 1, characterized in that the wear-resistant surface is formed to a thickness of 0.3 to 1.0 mm 6 brake member manufactured according to one

des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend 35 of claims 1 to 5, characterized in that it comprises 35

un matériau de base obtenu par compression d'un métal fondu, et une surface résistant à l'usure qui lui est fixée par a base material obtained by compression of a molten metal, and a wear-resistant surface attached to it by

adhérence, ladite surface ayant une épaisseur de 0,3 à l,Omm et comprenant un alliage de 10 à 30 % en poids, de préféren5 ce 15 à 20 % en poids de chrome, et 2 à 4 % en poids de carbone. adhesion, said surface having a thickness of 0.3 to 1.0 mm and comprising an alloy of 10 to 30% by weight, preferably 15 to 20% by weight of chromium, and 2 to 4% by weight of carbon.