JP3086373B2 - 耐熱亀裂性に優れるブレーキ部品の製造方法 - Google Patents

耐熱亀裂性に優れるブレーキ部品の製造方法

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JP3086373B2 JP06008473A JP847394A JP3086373B2 JP 3086373 B2 JP3086373 B2 JP 3086373B2 JP 06008473 A JP06008473 A JP 06008473A JP 847394 A JP847394 A JP 847394A JP 3086373 B2 JP3086373 B2 JP 3086373B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱亀裂性に優れ、特
に自動車などの車両のディスクブレーキ用ロータやブレ
ーキドラム等に用いて好適なブレーキ部品の製造方法
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、車両のディスクブレーキ用ロー
タとしては、図3に示す構造のものがある。このディス
クブレーキ用ロータは、取付部3aと摺動部4a、4b
からなり、取付部3aには複数の取付用ボルト孔5aを
有している。
【0003】また、車両用ブレーキドラムとしては、図
4に示す構造のものがある。このブレーキドラムは、取
付部3bと摺動部4cからなり、取付部3bには複数の
取付用ボルト孔5bを有している。
【0004】最近自動車用道路の整備や車両の高性能化
に伴い、高速走行からの制動の繰り返しにより、従来の
(JIS)FC250の材質からなるディスクブレーキ
用ロータやブレーキドラムでは、摺動部に熱亀裂が発生
する可能性がある。
【0005】特開平2−85526号公報には、ディス
クブレーキ用ロータとして、重量比率で、C:3.5〜
4.0%、Si:1.6〜2.0%、Mn:0.5〜
0.8%、Mo:0.4〜1.2%、必要に応じてT
i:0.05〜0.10%を含み、残部Feおよび不可
避不純物よりなり、基地組織がパーライトである片状黒
鉛鋳鉄として、高速走行からの制動の繰り返し時の、耐
熱亀裂性、制動時のブレーキの鳴きを発生させない耐制
振性、更に、繰り返しのブレーキ使用に対する耐摩耗性
を改善する開示がある。
【0006】更に、特開平2−138438号公報に
は、ディスクブレーキ用ロータとして、重量比率で、
C:3.5〜4.0%、Si:1.4〜2.0%、M
n:0.5〜0.8%、Mo:0.4〜1.2%、T
i:0.05〜0.10%、V:0.02〜0.35、
Ce:0.01〜0.05、Cu:0.20〜2.0
%、Cr:0.05〜1.0%を含み、残部Feおよび
不可避不純物の成分組成を有する片状黒鉛鋳鉄として、
高速走行からの制動の繰り返し時の耐熱亀裂性、制動時
のブレーキの鳴きを発生させない耐制振性、更に、繰り
返しのブレーキ使用に対する耐摩耗性を改善する開示が
ある。
【0007】上記、特開平2−85526号公報および
特開平2−138438号公報では、ブレーキ特性を向
上する目的で、黒鉛形状を長大化し、基地組織を単なる
パーライトにしたものでは、雨天高速運転時の制動を考
慮した650℃以上の温度から水冷する寿命試験におい
て、クラックが発生する恐れがある。また、これが激し
くなると割れが発生する可能性があり、まだまだ、耐熱
亀裂性が不足する。
【0008】本発明は、上記課題を解決し、耐熱亀裂性
に優れるブレーキ部品の製造方法を提供することを目的
とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本願発明者らは、鋭意研究の結果、ブレーキ部品で
の耐熱亀裂性は、C、Si、Mn,Cu、Cr、Mo等
を適量含有組成とともに黒鉛形状が密接な関係があるこ
と見いだし本願発明に想到した。
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】発明は、取付部と摺動部からなる耐熱亀
裂性に優れるブレーキ部品の製造方法であって、化学成
分が質量比で、凝固後に、C:3.50〜3.90%、
Si:1.60〜2.50%、Mn:0.70〜1.1
0%、P:0.05%未満、S:0.06〜0.12
%、Cu:0.60〜1.10%、Cr:0.40〜
0.80%、Mo:0.20〜0.50%、残部が実質
的にFe及び不可避的元素、CE値が4.1〜4.75
となる鋳物を鋳型から取り出し後、800℃以上の温度
から強制冷却して、粒状パーライトを析出させ、前記摺
動部を前記取付部のA型黒鉛より長いA型黒鉛と、C型
黒鉛の混合組織とし、摺動部の引張強さを100N/m
m2以上とすることを特徴とする。
【0014】
【作用】以下に各元素の含有量(質量比)、組織並びに
熱処理の限定理由を述べる。
【0015】(a) C:3.50〜3.90% Cは、鋳鉄の熱伝導率を向上させる元素であり、また摺
動部に安定して長いA型黒鉛とC型黒鉛の混合組織から
なる片状黒鉛を晶出させるため、少なくとも3.50%
以上の添加が必要である。一方、3.90%を越えて添
加すると、粗大な黒鉛が多量に晶出して強度が著しく低
下し、耐熱亀裂性が損なわれる。従って、C量は、3.
50〜3.90%とする。好ましいC量の範囲は、3.
60〜3.75%である。
【0016】(b) Si:1.60〜2.50% Siは、片状黒鉛を晶出させ、良好な耐摩耗性を得るた
めに、1.60%以上の添加が必要である。一方、2.
50%を越えて添加すると、鋳鉄の基地組織中に固溶
し、熱伝導率を低下させる。従って、Si量は、1.6
0〜2.50%とする。好ましいSi量の範囲は、1.
80〜2.20%である。
【0017】(c) Mn:0.70〜1.10% Mnは、CE値が4.1を越える範囲での強度低下を補
い、ブレーキ部品として必要な強度を得る元素であり、
0.70%以上必要である。一方、1.10%を越えて
添加すると基地中に靱性を損なうMnSが析出し、硬度
が大きくなり、加工性も悪くなる。従って、Mn量は、
0.70〜1.10%とする。好ましいMn量の範囲
は、0.80〜1.00%である。
【0018】(d) P:0.05%以下 Pを多量に含有すると、ステダイト(Fe3 P)が析出
して脆くなるので、0.05%以下とする。
【0019】(e) S:0.06〜0.12% Sは、黒鉛形状をA型黒鉛またはC型黒鉛に制御するた
め、0.06%以上必要である。一方、0.12%を越
えて含有すると、結晶粒界にSが偏析して脆くなる。従
って、S量は、0.06〜0.12%の範囲とする。好
ましいS量の範囲は、0.08〜0.10%である。
【0020】(f) Cu:0.60〜1.10% Cuは、鋳鉄の基地組織においてパーライト安定化元素
であり、Mnと同様の作用をする元素である。また、C
E値が4.1を越える範囲での強度低下を補い、ブレー
キ部品として必要な強度を得るため、0.60%以上必
要である。一方、1.10%を越えて添加すると粒界に
Cuが偏析過多となり、強度が低下する。従って、Cu
量は、0.60〜1.10%とする。好ましいCu量の
範囲は、0.80〜1.00%である。
【0021】(g) Cr:0.30〜0.80% Crの添加は、耐熱亀裂性を向上させ、また、熱膨張率
を下げるが、反面、熱伝導率を低下させる。Crの添加
量が0.30%未満では耐熱亀裂性に及ぼす影響が少な
い。一方、0.80%を越えて添加すると、Cr3 Cの
析出により、加工性が悪くなり、また、熱伝導率が低下
し、ブレーキ部品の放熱性が悪くなる。従って、Cr量
は、0.30〜0.80%とする。好ましいCr量の範
囲は、0.40〜0.60%である。
【0022】(h) Mo:0.20〜0.50% Moは、ブレーキ部品として必要な強度を得るためと耐
熱亀裂性を向上するため、0.20%以上必要である。
一方、0.50%を越えて添加すると鋳造後の基地中に
ベイナイト組織が析出して熱膨張率が大きくなり、相手
部品との摩擦熱で凹凸が発生してブレーキ性能が安定せ
ず悪くなる。従って、Mo量は、0.20〜0.50%
とする。好ましいMo量の範囲は、0.25〜0.35
%である。
【0023】(i) CE値(炭素当量):4.1〜
4.75 CE値は、鋳鉄中のおける晶出黒鉛量を左右する重要な
因子であり、CE値が4.1未満では、摺動部に黒鉛形
状が長いA型黒鉛とC型黒鉛の混合組織からなる片状黒
鉛を、安定して晶出することが困難となる。また、放熱
性を確保することが難かしく、更に、従来材と同等程度
の減衰能しか得られない。一方、CE値が4.75を越
えると、異常で粗大な黒鉛が多量に晶出して強度が急激
に低下する。従って、CE値は、4.1〜4.75の範
囲とする。好ましいCE値の範囲は、4.2〜4.5で
ある。
【0024】(j) 取付部の黒鉛形状が、A型黒鉛、
D型黒鉛および粒状黒鉛のうちの一種または組み合せ 取付部の黒鉛形状を、A型黒鉛、D型黒鉛および粒状黒
鉛のうちの一種または組み合せとすることにより、ブレ
ーキ部品としての強度を確保する。
【0025】(k) 摺動部の黒鉛形状が、長いA型黒
鉛とC型黒鉛の混合組織 従来のブレーキ部品において、摺動部の黒鉛形状は、均
一で無方向に配列分布したA型黒鉛である。本願発明
は、長いA型黒鉛およびC型黒鉛の混合組織である。長
いA型黒鉛と、C型黒鉛の混合組織とすることにより、
熱伝導率を向上させる。
【0026】(l)取付部の熱処理方法 発明のブレーキ部品の製造方法において、鋳造凝固後
に前記組成となる溶湯を鋳型に注入後、一般的にC型黒
鉛より強度的に優れた、黒鉛形状が、A型黒鉛、D型黒
鉛および粒状黒鉛の一種または組み合わせの片状黒鉛が
晶出するようブレーキ部品の取付部の凝固速度を制御す
る。
【0027】取付部の引張強さ200N/mm2以上
する。200N/mm2以上ないと、取付部としての
必要強度に達しないためである。
【0028】(m)摺動部の熱処理方法 発明のブレーキ部品の製造方法において、前記組成の
鋳物を鋳型から取り出し後、800℃以上の温度から強
制冷却することにより、粒状パーライトが析出する。そ
して、摺動部の引張強さは100N/mm2以上とな
る。
【0029】摺動部の引張強さを100N/mm2 以上
としたのは、100N/mm2 ないと、摺動部としての
必要強度に達しないためである。
【0030】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。 (実施例1)表1は、本発明の耐熱亀裂性に優れるブレ
ーキ部品について、各種の部品特性を評価するために作
製した図3に示すディスクブレーキ用ロータの実施例の
化学成分である。なお、鋳造にあたっては、2t高周波
炉を用いて大気溶解し、直ちに1500℃以上で出湯し
て約1400℃で砂鋳型に注湯した。鋳型に注入後、凝
固速度を制御して、A型黒鉛、D型黒鉛、および粒状黒
鉛を晶出させた。その後、オーステナイト化焼鈍を行
い、A1 変態点以上で均熱化して強制冷却した。これを
実施例1とした。
【0031】(実施例2)一方、鋳物を鋳型から取り出
し後、800℃以上の温度から強制冷却して、粒状パー
ライトを析出させる処理を行った。これを実施例2とし
た。上記、実施例1、2については、鋳造時の湯流れが
良く、鋳造欠陥の発生が見られなかった。なお、特開平
2−138438号公報に開示の代表的な成分比較とし
て、表1に比較例3、4として示す。
【0032】 (表1) 化学成分(重量%) 実施例 C Si Mn P S Cu Cr Mo CE値 No.1 3.74 1.88 0.95 0.021 0.10 0.91 0.54 0.31 4.37 2 3.72 1.96 1.01 0.023 0.09 0.90 0.52 0.31 4.37 比較例 C Si Mn P S Cu Cr Mo CE値 3 3.89 1.53 0.74 - - 1.42 0.45 0.78 4.40 4 3.70 1.72 0.65 - - 1.80 0.71 0.80 4.27 比較例 Ti V Ce 3(続き) 0.09 0.25 0.03 4(続き) 0.08 0.30 0.03
【0033】次に、各供試材を用いて、以下に述べる各
種の評価試験を行った。
【0034】(a) 室温引張試験 標点間距離が50mm、標点間の直径が6mmの丸棒試
験片(ユニバソ4号試験片)を用いて行った。
【0035】(b) 耐熱亀裂性試験 ディスクブレーキ用ロータ実体(外径φ280、内径φ
150、厚さ25)を650℃及至750℃に加熱後、
水冷して、亀裂(クラック)の発生をカラーチェックに
て観察した。
【0036】(c) 熱伝導率 レーザーフラッシュ法
にて測定した。以上の試験結果を表2に示す。
【0037】 (表2) 室温引張強さ 耐熱亀裂性 熱伝導率 (N/mm2 ) (クラック発生) (cal・m/sec・℃) 実施例 NO. 1 取付部 237.0 なし 0.121 摺動部 136.7 なし 0.141 2 取付部 342.5 なし 0.113 摺動部 249.9 なし 0.126比較例 3 268.5 あり 0.106 4 262.6 あり 0.096
【0038】表2から明らかなように、本発明による実
施例1、2は、比較例3、4の供試材と比較して、耐熱
亀裂性が著しく改善されていることがわかる。また、熱
伝導率も大きいので、放熱性が良い。これは、摺動部の
黒鉛形状が長いA型とC型となっているためである。
【0039】なお、実施例1の取付部と摺動部について
の組織の模式図(400倍)を、それぞれ図1および図
2に示す。
【0040】図1で、A部はフェライト、B部はパーラ
イト、C部はD型黒鉛である。図2で、D部はフェライ
ト、E部はパーライト、F部は長いA型黒鉛、G部はC
型黒鉛である。
【0041】次に、図3に示す、ディスクブレーキ用ロ
ータとディスクブレーキを試験装置に組み付け、時速1
30km相当の回転から完全停止を1サイクルとする、
高速走行より急制動をかけたブレーキ耐久試験を実施し
た。評価試験の結果、280サイクルまで熱亀裂は生じ
ず、優れた耐久性および信頼性を有することが確認され
た。
【0042】
【発明の効果】以上の説明の通り、本発明のブレーキ部
品の製造方法によれば、特にC,Si,Mn,Cu,C
r,Moを適量添加し、取付部が黒鉛形状をA型黒鉛、
D型黒鉛および粒状黒鉛の一種または組み合わせで、摺
動部の黒鉛形状が長いA型黒鉛とC型黒鉛の混合組織を
有するので、耐熱亀裂性、室温強度、熱伝導率に極めて
優れたブレーキ部品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の耐熱亀裂性に優れるブレーキ部品の
取付部の組織の模式図(400倍)である。
【図2】実施例1の耐熱亀裂性に優れるブレーキ部品の
摺動部の模式図(400倍)である。
【図3】ブレーキ部品としてのディスクブレーキ用ロー
タを示す概略図である。
【図4】ブレーキ部品としてのブレーキドラムを示す概
略図である。
【符号の説明】
1:ディスクブレーキ用ロータ、 2:ブレーキドラ
ム、 3:取付部、4:摺動部、
5:ボルト孔、A:フェライト部、 B:パーライ
ト部、 C:D型黒鉛、D:フェライト部、
E:パーライト部、 F:長いA型黒鉛、G:C型
黒鉛。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 33/08 C22C 37/00 F16D 65/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】取付部と摺動部からなる耐熱亀裂性に優れ
    るブレーキ部品の製造方法であって、化学成分が質量比
    で、凝固後に、C:3.50〜3.90%、Si:1.
    60〜2.50%、Mn:0.70〜1.10%、P:
    0.05%未満、S:0.06〜0.12%、Cu:
    0.60〜1.10%、Cr:0.40〜0.80%、
    Mo:0.20〜0.50%、残部が実質的にFe及び
    不可避的元素、CE値が4.1〜4.75となる鋳物を
    鋳型から取り出し後、800℃以上の温度から強制冷却
    して、粒状パーライトを析出させ、前記摺動部を前記取
    付部のA型黒鉛より長いA型黒鉛と、C型黒鉛の混合組
    織とし、摺動部の引張強さを100N/mm2以上とす
    ることを特徴とする耐熱亀裂性に優れるブレーキ部品の
    製造方法。
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