JP5716494B2 - 高速鉄道用焼結摩擦材 - Google Patents
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(F)質量%で、7.5%以上のFe、7.5%以下(0%を除く。)のCrおよび1.0%以下(0%を除く。)のMoと、5〜15%の黒鉛、0.3〜7%の二硫化モリブデンおよび0.5〜10%のシリカと、任意添加物として、二酸化タングステン、ビスマス、アンチモン、アルミナ、ムライト、窒化珪素およびジルコンサンドを含有し、残部が50%以上のCuであり、Fe/Cuが0.15〜0.40であることを特徴とする高速鉄道用焼結摩擦材料。
Cu:50%以上
Cuは、高い熱伝導性を有する元素であり、本発明では焼結摩擦材料の素地をなすものである。このCu主体の焼結体を得るためには、Cuを50%以上含有させる必要がある。Cuの含有量の上限は、添加成分との兼ね合いで定めればよく、特に限定しないが、67%以下とするのが好ましい。
Feは、鋼製のディスクに対して、ともがね効果が最も大きい元素である。この効果を得るためにはFeの含有量を7.5%以上とする必要がある。Fe含有量の上限は特に定めないが、Fe含有量が多すぎる場合、焼結温度によっては耐摩耗性が低下する場合がある。このため、Feの含有量は、36%以下にするのが好ましい。
黒鉛:5〜15%
黒鉛は、ディスクとライニングとの間に介在することで、これらの凝着を抑制し、摩擦係数の安定化および耐摩耗性の向上に有用である。この効果は、その含有量が5%未満では十分に発揮されない。一方で、その含有量が15%を上回ると、焼結体の材料強度が低下する。
二硫化モリブデン(MoS2)は、黒鉛と同様、摩擦係数の安定化および耐摩耗性の向上に有用であるとともに、いわゆる「鳴き」の防止効果を有し、更に、高荷重時には潤滑性を与えるという効果も有している。この効果は、0.3%未満では発揮されず、7%を超えると、焼結体の材料強度が著しく低下し、耐摩耗性が損なわれる。
シリカ(SiO2)は、いわゆる「掘り起こし効果」によって相手材であるディスク表面に生じた酸化皮膜を除去して、ディスクとライニングと間で生じるFe同士の凝着を安定的に発生させて、摩擦力を確保するのに有効である。しかしながら、0.5%未満では、掘り起こし効果が生じず、一方、10%を上回るとディスク表面を荒損させる。
本発明の焼結摩擦材料は、十分な強度を得るためには、密度が4.6以上であることが好ましい。
本発明の焼結摩擦材料は、一般的な製造方法により製造することができ、例えば、Cu粉にFe粉、各種添加物などを混合し、成形した後、焼結することによって製造することができる。また、原料として用いられるCu粉末に、アトマイズ等による粉末作成時に、あらかじめFeを含有させた原料粉末を用いても良い。
強度は、JIS R1601:2008に従い、「5.試験片」の「5.1試験片の形状及び寸法」の図2に示される試験片を作製し、「4.装置及び器具」の「4.2 試験ジグ」の図1a)に示される回転形3点n曲げ試験ジグを使用して、測定した。
硬さは、マイクロビッカース硬さ(荷重50g、MHv50)を測定した。なお、No.2、4については硬さを測定していない。
密度は、アルキメデス法により測定した。
実体(新幹線)の1/2サイズのブレーキディスク(外径400mm、厚さ20mm、鍛鋼製)を用いた3号ベンチ試験機を用い、ブレーキ(制動)初速度を160km/h、325km/hおよび365km/hとした試験を各3回実施した。それぞれの焼結摩擦材料から切り出したライニング材(38mm×55mm×15mm)を片面4個ずつ、合計8個をキャリパに剛固定(非等圧構造)し、ライニング材を、ディスク両面の半径170mmの位置に2.24kN(一定)の圧力で押し付け、その際のトルクを測定して摩擦係数(μ)を算出し、3回の試験の平均値を表3に示す。また、試験前後のライニング材の質量変化から摩耗量(g/片側)を測定し、三回の試験の平均値を表3に示す。また、365km/hとした試験における平均摩耗量と平均摩擦係数との関係を評価した。その結果を表3に併記した。これらの結果をFe/Cuの値について整理した図を図1〜図7に示す。
Claims (6)
- 質量%で、7.5%以上のFe、7.5%以下(0%を除く。)のCrおよび1.0%以下(0%を除く。)のMoと、5〜15%の黒鉛、0.3〜7%の二硫化モリブデンおよび0.5〜10%のシリカとを含み、残部が50%以上のCuであり、Fe/Cuが0.15〜0.40であることを特徴とする高速鉄道用焼結摩擦材料。
- 請求項1に示す化学組成を有する焼結摩擦材料からなり、長さ55mm、幅38mm、厚さ15mmの寸法を有する四対のライニングを用意し、これらのライニングを、外径400mm、厚さ20mmの鍛鋼製ブレーキディスクの半径170mmの位置に、ブレーキディスクの回転軸周りに等間隔に配置して、ブレーキディスクの両面から2.24kNの圧力で押し付けることにより初速度365km/hの車輪を制動する摩耗試験によって求めた焼結摩擦材料の平均摩耗量M(g/片面)と平均摩擦係数Fとの関係が、M≦38.2×F+0.345の関係を満たすことを特徴とする高速鉄道用焼結摩擦材料。
- Fe粉としてミルスケール粉を用いたことを特徴とする請求項1または2に記載の高速鉄道用焼結摩擦材料。
- 密度が4.6g/cm3以上であることを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の高速鉄道用焼結摩擦材料。
- 1000℃以上の温度で焼結したことを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の高速鉄道用焼結摩擦材料。
- 質量%で、7.5%以上のFe、7.5%以下(0%を除く。)のCrおよび1.0%以下(0%を除く。)のMoと、5〜15%の黒鉛、0.3〜7%の二硫化モリブデンおよび0.5〜10%のシリカと、任意添加物として、二酸化タングステン、ビスマス、アンチモン、アルミナ、ムライト、窒化珪素およびジルコンサンドを含有し、残部が50%以上のCuであり、Fe/Cuが0.15〜0.40であることを特徴とする高速鉄道用焼結摩擦材料。
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