JP2014148717A - 鋳鉄及びブレーキ部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:3.0〜4.8%、Si:3.5〜5.0%、Mn:0.5〜2.0%、Sn及び/又はSbであって、Sn:0.02〜0.2%、Sb:0.01〜0.2%、Cu:0.5%以下、残部:Fe及び不可避不純物からなる鋳鉄である。
【選択図】図1
Description
ここで、ブレーキディスクとブレーキパッドによる制動は、運動エネルギーを熱エネルギーに変換する作用を伴い、ブレーキディスクは、熱エネルギーを吸収し、車両の停止後は熱エネルギーを放出する。従って、ブレーキディスクの熱伝導率が高いほど、熱エネルギーを迅速に放出することができる。また、ブレーキディスクの比熱が高いほど、熱エネルギーを蓄える能力が高く、熱エネルギーを吸収したときの温度上昇を抑制することができる。このため、ブレーキディスクの比熱が高いほど、ブレーキディスクを小型化することができる。
又、一般に、強度や耐摩耗性を確保するため、鋳鉄にはCuが比較的多く含まれるが、Cuは材料コストが高いため、その低減が要望されている。
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたもので、Cu含有量を低減してコストダウンを図ることができると共に、高い比熱を有することにより、ブレーキ部品の軽量化等を達成することができる鋳鉄及びブレーキ部品を提供することを目的としている。
本発明の鋳鉄は、200℃における比熱が600J/kg/K以上であることが好ましく、200℃における熱伝導率が44W/m/K以上であることが好ましい。
本発明の鋳鉄は、基地組織におけるパーライトの面積率が90%以上であることが好ましい。
本発明のブレーキ部品は、前記鋳鉄から製造されてなる。
Cは基地組織に黒鉛を析出させるために必要な元素である。黒鉛は熱の良導体で鋳鉄の熱伝導率を高め、吸収した熱エネルギーを速やかに放出する作用を奏する。Cの含有量が3.0%未満では、現行材の鋳鉄と同等の熱伝導率である44W/m/Kを得ることが困難となる。一方、Cの含有量が4.8%を超えると、鋳鉄の融点が高くなり過ぎて溶解が困難になるとともに、強度低下が著しくなるため添加が困難になる。よって、Cの含有量は3.0〜4.8%とする。
Siは鋳鉄の比熱を高める元素である。Siの含有量が3.5%未満では、目標とする比熱である600J/kg/Kを得ることが困難となる。一方、Siの含有量が5%を超えると、溶湯の粘度が高くなり鋳造が困難になる。よって、Siの含有量は3.5〜5.0%とする。
Mnは原料のスクラップから混入し基地組織を強化する効果がある。Mnの含有量が0.5%未満ではそのような効果が乏しくなる。一方、Mnの含有量が2%を超えると、基地組織のチル化が顕著となり、被削性を低下させる。よって、Mnの含有量は0.5〜2.0%とする。
Pは溶湯の流動性を向上させるが、鋳鉄を脆化させるため、不可避不純物としてPの含有量は0.2%以下とすることが望ましい。
Sの含有量が0.25%を超えると、MnSの生成量が過多となって白銑化傾向が増大し、被削性が低下する。よって、不可避不純物としてのSの含有量は0.25%以下とすることが望ましい。
本発明では比熱を高めるためにSiの添加が必須であるが、Siはフェライト化を促進する作用を有する。ところが、フェライト分率が大きくなると強度低下や耐摩耗性の低下をもたらす。そこで、本発明においては、基地組織のパーライト化を促進して強度を向上させる元素として、Sn及びSbの群から選ばれる1種又は2種を含有する。
ここで、強度や耐摩耗性を確保するため、鋳鉄にはCuが含まれるが、Cuは材料コストが高い。そこで、本発明者らは、Cuと同様に基地組織のパーライト化を促進する元素として、Sn及びSbを見出した。Sn及びSbは、同一質量の材料コストはCuよりも高いが、Cuより少ない含有量で同等のパーライト化効果が得られるため、結果としてCuの含有量を0.5%以下に低減することができ、コストダウンを図ることができる。
上述のように、Cuと同等の効果を得る元素として、Sn及び/又はSbを含有させることで、Cuの含有量を0.5%以下としてもパーライト化効果を発揮することができる。
なお、Sn及び/又はSbの含有量をその規定範囲内で多くすれば、Cuの含有量をさらに低減することができ、場合によってはCuを含有しなくてもよい。なお、Cuは鋳鉄の原材料に微量含まれ、含有量を0(ゼロ)とすることは実質的に困難であり、0.01%程度は不可避的に検出される。従って、Cuの含有量の下限は不可避量とし、例えば下限として0.01%が挙げられる。但し、将来的にCuを含まないで鋳鉄を製造できる場合は、Cuの含有量を0(ゼロ)としてもよい。
Snはフェライトの析出を抑制し、強力なパーライト化促進元素である。黒鉛と基地境界との狭い範囲にSnを濃化させることで、制動による摩擦熱の繰り返しサイクルによる黒鉛の成長を抑制し、熱亀裂の進展を防止する。Snが0.02%未満の場合、パーライト化効果が小さい。一方、Snを0.2%を超えて添加すると、靱性を低下させてヒートクラックに対するタフネスを低下させる。よって、Snの含有量は0.02%〜0.2%とする。
Sbはフェライトの析出を抑制し、パーライトを安定させる元素である。Sbはパーライト基地の中で、黒鉛サイズを微細化するため得られるA型黒鉛を含む鋳鉄の硬度の向上に寄与する。Sbは0.01%未満では基地組織の改善、すなわちパーライト安定化への寄与が少なく不十分である。Sbの含有量が0.2%を超えると、衝撃値が著しく低下し、D型黒鉛が形成しやすい。Sbの含有量は0.01%〜0.20%とする。
上述のように、鋳鉄にSn及び/又はSbを含有させると、Cuの含有量を低減(又はCuの含有量を実質的に0)することができるが、SnやSbを含有させると、炭化物が不安定になる場合があるので、Crを含有することが好ましい。
Crは炭化物を安定にし、組織を緻密にして強度を向上する元素であり、0.05%以上含有することが望ましい。なお、Crはセメンタイトに濃化し、パーライトを安定化する。すなわち、Crは成長現象を抑制し、加熱、冷却による体積の変化率を小さくする効果がある。一方、Crはフェライトに固溶し難く炭化物を形成するため、比熱向上への寄与は小さい。又、Crの含有量が1.5%を超えると、基地組織にチルが発生しやすく、被削性を低下させるため、1.5%を上限とする必要がある。よって、Crの含有量は0.05%〜1.5%とする。
Niは黒鉛化を促進する元素でチル化を抑制して切削性を良好にする。また基地組織の強度を向上する作用を有する。ただし、Niは非常に高価であるため多量に添加することはできない。上記効果とコストの両立のため、Niを、0%を超え1.2%以下含有することが望ましい。Niの含有量の下限は、例えば0.01%とすることができる。
Moは炭化物を安定にし、組織を緻密にして強度を向上する元素であり、そのような効果を得るためにMoを含有することが望ましい。一方、Moはフェライトには固溶し難く炭化物を形成するため比熱向上への寄与は小さい。よって、Moの含有量は0%を超え1.0%以下であることが望ましい。Moの含有量の下限は、例えば0.001%とすることができる。
Vは炭化物を安定にし、組織を緻密にして強度を向上する元素であり、そのような効果を得るためにVを含有することが望ましい。一方、Vはフェライトには固溶し難く炭化物を形成するため比熱向上への寄与は小さい。よって、Vの含有量は0%を超え0.35%以下であることが望ましい。Vの含有量の下限は、例えば0.01%とすることができる。
また、本発明においては、基地組織におけるパーライトの面積率が90%以上であることが好適であり、これにより、充分な強度を確保することができる。なお、パーライトの面積率は、鋳鉄の断面の金属組織写真から画像処理によって、(1)黒鉛を除いた組織を抽出し、(2)黒鉛及びフェライトを除き、パーライト組織を抽出し、(パーライトの面積)/(パーライト+フェライトの面積)によって算出した。
比熱は示差走査熱量測定により行った。また、熱伝導率はレーザーフラッシュ法により行った。パーライトの面積率は、上述の通り測定した。 鋳造時の欠陥は、鋳鉄サンプルの表面を目視し、引け巣、湯境いなどが確認される場合を「有」とした。
実施例1〜8は本発明の範囲内の化学成分を有し、比較例1は現行材の一例であるFC250(ねずみ鋳鉄)である。比較例1〜5において、本発明の範囲を逸脱する化学成分には下線を付してある。また、比熱、熱伝導率、及びパーライトの面積率において、本発明が目標とする範囲を逸脱するものにも下線を付してある。図1〜図3は、表1に示す結果をグラフにしたものである。
このことから、表1に示すように、90%以上のパーライトの面積率を得るためには、Sn、Sbのうち少なくとも1種を添加することが必要である。
Claims (6)
- 質量%で、C:3.0〜4.8%、Si:3.5〜5.0%、Mn:0.5〜2.0%、Sn及び/又はSbであって、Sn:0.02〜0.2%、Sb:0.01〜0.2%、Cu:0.5%以下、残部:Fe及び不可避不純物からなることを特徴とする鋳鉄。
- さらに、質量%で、Cr:0.05〜1.5%を含むことを特徴とする請求項1に記載の鋳鉄。
- 200℃における比熱が600J/kg/K以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の鋳鉄。
- 200℃における熱伝導率が44W/m/K以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の鋳鉄。
- 基地組織におけるパーライトの面積率が90%以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の鋳鉄。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の鋳鉄から製造されたブレーキ部品。
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