JPH03232943A - 高減衰能鋳鉄部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業」二の利用分野） 本発明は、ブレーギブイスクローク用あるし）はプレー
ギドラム用等として使用される高減衰能鋳鉄部品および
その製造方法に関するものである。

（従来の技術） 近年、例えば、自動車のブレーキ制動時に発生ずるブレ
ーキノイズをいかにして低減するかとし）うことか、騒
音対策」二からあるいは乗員の快適性向」一を追及する
上から重要な技術的解決課題とされるようになってきつ
つある。

」１記の如きブレーキノイズを低減させる方法の一つと
して、例えば、ンステム全体の構造を見直し、剛性の変
更により共振周波数をずらす方法力く試みられているが
、この方法では、比較的低周波のブレーキノイズに対し
ては効果があるものの、４ＫＩ−１ｚ以Ａ−の高周波数
域のブレーキノイズに対しては十分な効果が得られない
うらみがある。

さて、ブレーキディスクロータ材料あるいはブＩノーキ
１・ラム材料自身を減衰能に優れた鋳鉄とする試みが近
年多く見られるようになってきている。

般に、鋳鉄の減衰能は、鋳鉄中における炭素当量＜ｃ　
−Ｅ値−Ｃ重量％＋Ｓ１／３重里％）が増加するほど大
きくなることは良く知られている事実であり、該事実を
応用した鋳鉄が既に提案されている（例えば、特公昭５
６−４２６６３号公報等参照）。なお、鋳鉄中にお＋′
ＪるＣ−Ｅ値の増加は、材料の強度および硬度の低下を
招くことも良く知られている事実である。

（発明が解決しようとする課題） 上記公知例の鋳鉄においては、高Ｃ−Ｅ値化に伴って強
度および硬度の低下が見られるため、Ｃｒ１Ｚｒ等の合
金成分を添加することにより強度および硬度の向上を図
らんとしているが、高出力化および高品質化に対する要
求が強い現今の状況においては、十分な信頼性が得られ
るものとはなっていない。

また、ｓｂ等を添加するものも提案されているが、Ｓｂ
Ｏ３の発生に」；る有害ガス等の問題等もあり、未ノｌ
実用化に至っていない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、その第１
の目的は、ＣｒのほかにＳｎを添加し、望ましくは黒鉛
の平均周囲長さを適正に規定することにより、鋳鉄部品
にお（Ｊる減衰能の大幅な向−にを図りつつ、強度、耐
摩耗性を確保し得るＪ−うにすることにあり、第２の目
的は、」−記の如き減衰能に優れた鋳鉄部品を生産性良
く製造し得るようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 請求項１の発明では、上記課題を解決ずろための手段と
して、鋳鉄部品の組成を、炭素当量４３〜４９重量％、
Ｃｒ：０．２５−０．５重量％、Ｓ　ｎ：０．０５〜０
１２重量％、Ｍ　ｎ　：　Ｏ、Ａ−１、２重量％、Ｐ　
０１重量％以下、Ｓ　：０．１５重量％以下およびＦｅ
残部としている。

以下に、鋳鉄部品の組成範囲を」１記の如く決定した理
由を詳述する。

炭素当量（Ｃ−Ｅ値）は、鋳鉄中にお（づる晶出黒鉛量
を左右する重要な因子であり、Ｃ−Ｅ値か４３重量％未
満ては、従来＋詞と同等程度の減衰能しか得られず、ノ
イズの改善効果が十分得られないものとなるため、これ
を下限とするのが望ましい。

一方、Ｃ−Ｅ値が４９重量％を超えると、粗大な黒鉛が
過剰に晶出し、強度が著しく低下することとなるし、合
金元素の添加あるいは鋳造時における冷却速度のコント
ロールを行ったとしても、十分な基地硬さが得にくくな
り、要求される耐摩耗性が確保できなくなるため、これ
を上限とするのが望ましい。

Ｃｒは、後に述べるＳｎとともにフェライトの生成を抑
制し、バーライ１−基地を強化する元素である。Ｃｒの
含有量が０２５重量％未満では、高Ｃ・Ｅ値領域の本発
明組成範囲においては十分なパーライト強化効果が発揮
できなくなるため、これを下限とするのが望ましい。一
方、Ｃｒの含有量が０５重量％を超えると、過剰添加と
なり、鋳鉄の白銑化が生じ、加工性の悪化および相手部
材の摩耗促進が起きるため、これを」１限とするのが望
ましい。

Ｓｎは、前述したようにＣｒとともにフェライトの生成
を抑制し、パーライト基地を強化する元素である。Ｓｎ
の含有量が００５重量％未満では、十分にパーライト強
化効果が得られないため、これを下限とするのが望まし
い。一方、Ｓｎの含有量が０．１２重量％を超えると、
偏析による脆化と黒鉛形状の微細化による減衰能の低下
とをきたすため、これを」１限とするのが望ましい。

Ｍｎは、鋳鉄中に含まれる必須元素で脱酸効果があるが
、Ｍｎの含有量が０４重量％未満では、前記脱酸効果が
十分に得られず、また、パーライト化が抑制されること
となるとともに、耐摩耗性（即ち、硬さ）および強度が
十分確保され得なくなるため、これを下限とするのが望
ましい。一方、Ｍｎの含有量が１．２重量％を超えると
、白銑化傾向が増し、硬度が」−昇し過ぎて被削性が悪
化することとなるため、これを」１限とするのが望まし
い。

Ｐの含有量が、０．１０重量％を超えると、リン化鉄を
生成することとなって、鋳鉄を脆弱にするため、これを
上限とするのが望ましい。

Ｓは黒鉛阻害元素で、その含有量が０１５重量％を超え
ると、黒鉛形状を悪化させることとなるため、これを」
−限とするのか望ましい。

請求項２の発明では、上記課題を解決するための手段と
して、前記請求項１記載の高減衰能鋳鉄部品において、
晶出黒鉛の平均周囲長さを１６０〜２６０７１ｍとなし
ている。

ここで、上記の如く晶出黒鉛の平均周囲長さを規定した
理由を説明ずろ。

前述したように、Ｃ−Ｅ値は、黒鉛量の多少を示す代用
因子としての役目を果たすが、減衰能の度合を十分に表
しているとはいい難い。本発明者らの検洞によれば、Ｃ
−Ｅ値と減衰能との相関係数は約０７６であるところか
ら、より高い相関関係を示す因子の検討を行った結果、
鋳鉄中の一定の面積に存在する黒鉛の周囲長さの平均（
即ち、黒鉛平均周囲長さＬ）と減衰能との間の相関係数
が約０９０という高い値を示すことがわかった。なお、
前記黒鉛平均周囲長さしは、第１図図示の如く、画像解
析装置に写し出される一定面積に存在する各黒鉛１．１
　・・の周囲長Ｌｉ（ｉ＝１，２・りの平均ΣＬ　ｉ　
／　ｎとして算出される。そして、鋳鉄部品に含まれる
黒鉛の平均周囲長さＩ７とこの鋳鉄部品を用いたディス
クプレー１・の減衰特性（ここでは、振動拡大率）との
関係を調べたところ、第２図図示の如く、平均周囲長さ
Ｌ（μｍ）が大きくなると、減衰特性か高くなるという
結果が得られた。ここで、振動拡大率とは、ディスクプ
レー１・に対して加振テストを行った際における１〜ｎ
次の各共振点での２ζ（ζ−減衰比）の逆数の和を平均
化したもの（即ち、Ｉ／ｎΣ１／２ζ）である。なお、
前記加振テストを行ったと同しディスクプレートについ
てダイナモヘンヂにてブレーキノイズテストを行ったと
ころ、加振テストとブレーキノイズテストとの間に高い
相関関係があることがわかったので、ここでは加振テス
トによる結果で評価した。第２図図示の結果によれば、
黒鉛の平均周囲長さＩ７が１６０μｍ未満では、ブレー
キノイズ低減効果が十分得られないため、黒鉛の平均周
囲長さＩ７は１６０μｍ以」−とするのが望ましい。

方、黒鉛の平均周囲長さＬ　（μｍ）と鋳鉄部品の引張
強さＦ　（ｋｇｆ／　ｍｍ２）との関係を調べたと、こ
ろ、第３図図示の結果か得られた。これによれば、黒鉛
の平均周囲長さＩ７が２６０μｍを超えると、引張強さ
Ｆが許容範囲（即ち、約１３ｋｇ／ｍｍ２）以下となっ
てしまうため、黒鉛の平均周囲長さしは２６０μｍ以下
とするのが望ましい。

請求項３の発明では、上記課題を解決するための手段と
して、炭素当量、４．３〜４９重量％、Ｃｒ：０２５−
０．５重量％、Ｓ　ｎ：０．０５〜０．Ｉ２重量％、Ｍ
　ｎ　：　０　、４〜１，２重里％、Ｐ　：０．１重量
％以下、Ｓ　：Ｏ，１５重量％以下およびＦｅ−残部の
組成を有する鋳鉄部品を鋳造後、Ａ１変態点以」二の温
度で型バランし、その後強制冷却するようにしている。

具体的には、１３８０〜１４００°Ｃの溶湯（上記組成
を有する）を砂型鋳造した後、Δ１変態点以」二の温度
（即ち、約８００°Ｃ）にて型バランし、その後、Ａ、
変態点通過時に噴霧等により強制冷却を行う。

（作　用） 請求項Ｉの発明では、上記手段により次のような作用が
得られる。

即ち、炭素当量（Ｃ−Ｅ値）を適当に設定するとともに
、合金元素であるＣｒおよびＳｎを適正に添加すること
により、減衰能に優れたものとなるとともに、強度、硬
度も十分に確保されることとなる。

請求項２の発明では、」１記手段により次のような作用
が得られる。

即ち、炭素光ｆｆ１（Ｃ−Ｅ値）を適当に設定するとと
もに、合金元素であるＣｒおよびＳｎを適正に添加し、
さらに晶出黒鉛の平均周囲長さを適正に規定することに
より、−層減衰能に優れたものとなるとともに、強度、
硬度もより十分に確保されることとなる。

請求項３の発明では、−に記手段により次のような作用
が得られる。

即ち、炭素当量（Ｃ−Ｅ値）を適当に設定するとともに
、合金元素であるＣｒおよびＳｎが適正に添加された鋳
鉄部品を鋳造後、Δ、変態点意思二にて型バランし、そ
の後強制冷却するようにしたことににす、晶出黒鉛の大
きさを適正に確保できるとともに、フェライトの生成か
抑制されるとともに、パーライト層が強化されることと
なる。なお、本発明方法における鋳鉄部品の場合、へｒ
１変態開始点は、７４０℃付近であるため、鋳造後これ
以上の温度（例えば、８００°Ｃ付近）で型バランし、
少なくとも、Ａｒ、変態完了点である７　００　’Ｃ付
近までの間は、強制冷却が必要である。また、該強制冷
却としては、ミス）・冷却が最も有効で、エアーおよび
水より発生ざＵ゛たミストを鋳鉄部品の全面に均一に噴
霧することが重要である。この時のミスト量は、５０〜
８００ｃｍ３／ｍｉｎ程度が望ましく、鋳造品の冷却速
度を勘案すると、鋳込み完了から型バラクまでの時間は
、１０〜２０分とするのが望ましい。

さらに、極端に高い温度からのミスト冷却は、高い引張
残留応力を発生させ、クラック発生の原因となるおそれ
かあるため、Ａ、変態点以上であってもあまり高い温度
からのミスト冷却は避けなければならないし、過剰なミ
スト冷却は、マルテンサイト等の組織を生じるため避け
なければならない。ちなみに、本発明方法により製造さ
れた鋳鉄１ 部品と、本発明品と同組成のものを鋳造後徐冷したもの
（従来品）におけるＣ−Ｅ値（重量％）に対する硬さ（
ＨＶ）の関係を調へたところ、第４図図示の如く、本発
明品の方が極めて硬いものとなっていることかわかった
。このことは、冷却時にお（Ｊるフェライト生成が抑制
された結果にほかならない。

（発明の効果） 請求項１の発明によれば、鋳鉄部品の組成を、炭素当量
４．３〜４．９重量％、Ｃｒ：０．２５〜０．５重量％
、Ｓ　ｎ：ｏ、０５−０．１２重指形、Ｍ　ｎ　：　０
　、４〜１　、２重量％、ｌ〕０．１重量％以下、８０
１５重量％以下およびＦｃ残部としたので、減衰能に優
れたものとなるとともに、強度、硬度も十分に確保され
ることとなり、高減衰性能を有し且つ耐摩耗性に優れた
部材（例えば、ブレーキディスクローク、ブレーキトラ
１３等）が得られるという優れた効果がある。

請求項２の発明によれば、前記請求項１記載の高減衰能
鋳鉄部品において、晶出黒鉛の平均周囲長さを１６０〜
２６０７１ｍとなしたので、−層減衰能に２ 優れたものとなるとともに、強度、硬度もより十分に確
保されることとなり、より高い減衰性能を有し且つより
優れた耐摩耗性を有する部材（例えば、ブレーキディス
クロータ、ブレーキドラム等）が得られるという優れた
効果がある。

請求項３の発明によれば、炭素当量：４．３〜４９重量
％、Ｃｒ：０．２５−０．５重量％、Ｓ　ｎ：０．０５
〜０．１２重量％、Ｍｎ：０．４〜１．２重量％、Ｐ：
０．ＩＩ！ｉ量％以下、Ｓ：０．１５重量％以下および
Ｆｅ、残部の組成を有する鋳鉄部品を鋳造後、Ａ、変態
点以上の温度で型バラクし、その後強制冷却するように
したので、晶出黒鉛の大きさを適正に確保できるととも
に、フェライトの生成が抑制され月っパーライト層が強
化されることとなり、高減衰性能を有し且つ優れた耐摩
耗性を有する部材（例えば、ブレーキディスクローク、
ブレーキドラム等）が得られるという優れた効果がある
。

（実施例） 以下、本発明を具体的実施例に基づいて説明すまず、実
施例１〜７および比較例１〜５（ともに、ディスクプレ
ート）を、下記の如くして試作した。

即ち、上記各試料は、１３８０°Ｃ〜１４００°Ｃの溶
湯を砂型にて鋳造し、鋳込み完了から１５分後（この時
ＡＩ変態点意思二の温度となっている）に型バランした
後、強制冷却（即ち、ミスト冷却　ミスト量約３００ｃ
ｍ３／ｍ１ｎ）することにより得られた。この時の鋳造
品の冷却曲線は、第５図図示の通りであった。

なお、上記各試料の化学成分組成（重量％）を下記表−
１に示す。ここで、化学成分以外の残余はＦｅおよび不
純物である。

（以下、余白） 表−１ ついで、」―記各試料について、硬さ（ＨＶ）、パーラ
イト量（％）、黒鉛の平均周囲長さＬ　（μｍ）、引張
強さＦ　（ｋｇｆ／　ｍｍ’）およびノイズ評価を調べ
たところ、下記表−２の結果が得られた。

（以下余白） ５ 表−２ 」−記結果によれば、本実施例の各試料が、硬さ、パー
ライト量、黒鉛の平均周囲長さ、引張強さおよびノイズ
評価の総てにおいて良好な結果が得られていることが明
らかである。これに対して、比較例１〜３の各試料の場
合、黒鉛の平均周囲長さが小さくなっており、ノイズ評
価において不満足な結果となっている。また、比較例４
の試料の場合、ノイズ評価は良好であるが、硬さおよび
パーライト虫が不足したものとなっているとともに、黒
鉛の平均周囲長さが大きくなり過ぎており、引張強さか
不足することとなっている。

さらに、型バラン時間およびミスト冷却の有無による硬
さ（１−ＴＶ）に与える影響を調へたところ下記表−３
の結果が得られた。

表−３ 」１記結果によれば、型バラン時間を選定するだけでは
、所望の硬さを確保することはできず、適切な型バラン
時間の選定に加えて、ミスト冷却が必要であることかわ
かる。また″、鋳込み完了から２５分後の型バラン（こ
の時、ＡＩ変態点以下となっている）では、型バランお
よびミスト冷却の効果かないことがわかる。このことか
らも、Ａ、変態意思−にの温度にて型バランし、その後
、Ａ、変態点通過時に噴霧等により強制冷却を行うこと
が有効であることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋳鉄中に晶出した黒鉛の平均周囲長さを画像解
析法により算出する方法を説明するための黒鉛晶出状態
を示す模式図、第２図は鋳鉄中に晶出する黒鉛の平均周
囲長さと鋳鉄の振動拡大率との関係を示す特性図、第３
図は鋳鉄中に晶出する黒鉛の平均周囲長さと鋳鉄の引張
強さとの関係を示す特性図、第４図は鋳鉄中におけるＣ
−Ｅ値に対する鋳鉄の硬さの変化を本発明品と従来品と
の対比において示した特性図、第５図は鋳造品の冷却曲
線である。 次 乎鴫 ｌ郵ｐ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭素当量：４．３〜４．９重量％、Ｃｒ：０．２５
   〜０．５重量％、Ｓｎ：０．０５〜０．１２重量％、Ｍ
   ｎ：０．４〜１．２重量％、Ｐ：０．１重量％以下、Ｓ
   ：０．１５重量％以下およびＦｅ：残部よりなることを
   特徴とする高減衰能鋳鉄部品。 ２、晶出黒鉛の平均周囲長さが１６０〜２６０μｍとさ
   れていることを特徴とする前記請求項１記載の高減衰能
   鋳鉄部品。 ３、炭素当量：４．３〜４．９重量％、Ｃｒ：０．２５
   〜０．５重量％、Ｓｎ：０．０５〜０．１２重量％、Ｍ
   ｎ：０．４〜１．２重量％、Ｐ：０．１重量％以下、Ｓ
   ：０．１５重量％以下およびＦｅ：残部の組成を有する
   鋳鉄部品を鋳造後、Ａ＿１変態点以上の温度で型バラシ
   し、その後強制冷却することを特徴とする高減衰能鋳鉄
   部品の製造方法。