JPH04175524A

JPH04175524A - ブレーキディスク材

Info

Publication number: JPH04175524A
Application number: JP30297290A
Authority: JP
Inventors: Norihito Komatsu; 小松　紀仁; Haruki Hino; 日野　春樹
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-11-07
Filing date: 1990-11-07
Publication date: 1992-06-23
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPH0617700B2

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】［産業上の利用分野］この発明はブレーキディスク材の改良に関するもので、
とくに高速の鉄道車両用ディスクブレーキに最適なブレ
ーキディスク材に関するものである。

［従来の技術］上記したブレーキディスク材として、従来、特開昭６０
−２１５７３７号公報に記載のものがある。これ（以下
、ＦＣＶ５０という）は、コンパクト・バーミキュラ（
以下、Ｃｖともいう）鋳鉄からなり、フェライト率を５
０％以下にして耐摩耗性および耐疲労強度を高めたこと
、および黒鉛の球状化率を３０〜６０％にしてＣｖ黒鉛
との混在組織にし、熱亀裂の発生を抑制し、耐疲労強度
の向上を図ったことを特徴としている。なお、その実施
例にかかる化学組成（重量％）は、Ｃ３，５５、Ｓｉ２
．３１、Ｍｎ　０．９９、Ｐ　０．０１７、Ｓ　０．０
１４、Ｍ　ｇ　０．０１４、Ｆｅ：残部からなる。

その他の先行技術として、特開昭６０−１５７５２８号
公報に記載のブレーキディスク材があるが、これは、Ｎ
ｉを７〜２０％の割合で添加した鋳鉄から構成されたも
ので、Ｎｉの添加により耐食性を改善したものである。

［発明が解決しようとする課題］上記したＦＣＶ５０は、引張強さが４９．８ｋｇｆ／ｍ
ｍ’、ブリネル硬さがＨＢ　２１８であり、耐疲労性に
ついては非常に優れているが、破断伸び（以下、伸びと
もいう）が１．８０％とやや低いため、耐熱亀裂性につ
いては不十分であった。したがって、近年のスピードア
ップ化に伴う、いわゆるに高速車両のブレーキディスク
材として使用した場合には、ブレーキディスク材の表面
温度が高くなるため、熱亀裂の発生を防止する観点から
は十分とはいえない。

後者の公報に記載のブレーキディスク材は、Ｎｉの添加
量が７％を越え非常に多いため、本発明のような鋳鉄製
の車両用ブレーキディスク材に適用しようとすると、Ｎ
ｉのもつ焼き入れ促進性により、とくに鋒込み時に焼き
入れと同様の作用が生じて金属組織が変化し、硬度が高
くなり過ぎる。このため、ライニング材との関係で必要
な摩擦係数を得られないという問題がある。

この発明は上述の点に鑑みなされたもので、従来のブレ
ーキディスク材、とくにＦＣＶ５０に比へて伸び率が高
くて耐熱亀裂性に優れ、まｆ二摩擦係数および耐疲労強
度も高く、とくに高速車両に好適なブレーキディスク材
を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］上記した目的を達成するためにこの発明のブレーキディ
スク材は、ａ）フェライト率が６０％〜７０％前後のコ
ンパクト・バーミキュラ黒鉛鋳鉄からなり、ｂ）その化
学組成（重量％）が、Ｃ３，２〜３，７％、Ｓ　ｉ　１
．８−２．４％、Ｍｎ０．６〜０．７％、Ｐ　０．０３
％以下およびＳ　０．０３％以下を含有するほか、Ｎｉ
１．０〜３．０％、Ｍ　ｏ　０．２〜０．６％およびＭ
ｇ０．００４〜０．０１５％を含有させたものである。

請求項２記戦のように、前記コンパクト・バーミキュラ
黒鉛鋳鉄に、さらにＣｕ　０．３〜０．７％を含有させ
てもよい。

請求項３記戦のように、前記コンパクト・バーミキュラ
黒鉛鋳鉄の溶湯をブレーキディスク鋳型に注入し固化さ
せて型ばらしした後、焼鈍あるいは焼入れ、焼戻しして
もよい。

［作用］上記の構成を有する本発明のブレーキディスク材によれ
ば、次のような作用を奏する。

■耐熱亀裂性：フェライト率が６０％〜７０％程度と高
く熱拡散性に優れていること、また伸び率が２．５％以
上と高いことから、高温度での熱亀裂の発生が抑制され
る。またＭ、を一般のＣｖ黒鉛鋳鉄より低く　０．００
４〜０．０１５％しか添加していないから、黒鉛の球状
化率が３０％〜３５％程度と片状黒鉛鋳鉄に近い値にな
り、熱伝導が良好である。また耐熱材に使用されるＮｌ
ｓ　Ｍｏが含有され、これらも耐熱亀裂性の向上に寄与
する。

■耐疲労強度二基本釣に強度の高いＣＶ鋳鉄からなるう
えに、Ｎｉ、Ｍｏが含有されて更に強度が高められてい
るので、引張強さが４３〜５０ｋｇｆ／ｍｍ”程度と大
きい。なお、フェライト率は上記したとおり６０％〜７
０％程度と高いが、フェライト系組織内にＮｉ、Ｍｏが
固溶された状態になっているので、耐摩耗性にも優れて
いる。

■摩擦係数：鋳鉄であり、焼き入れしていないため、硬
度が高くなり過ぎず（プリネル硬さ　ＨＢ１９２〜２１
２程度）、規定の制動距離である６００ｍ以内で車両を
停止させるのに必要な摩擦係数０．３以上が達成される
。なお、摩擦係数（および硬度）は上記Ｎｉの添加量と
の関係が深いか、本ブレーキディスク材ではＮｉの添加
量を３０％以下に、またＭｏの添加量を０６％以下にそ
れぞれ抑えて、ＮｉとＭｏを合計した添加量か最大でも
３．６％を越えないようにしたので、Ｎｉ又はＭＯの作
用で硬度が増大化し過ぎることかない。例えば、Ｎｉが
４〜８％含有された鋳鉄は、鋳放し状態でマルテンサイ
ト基地組織の鋳鉄に変化するが、このようにＮｉ含有量
の多い鋳鉄は熱亀裂か発生しやすく、また硬度がＨＢ　
３００以上になるため、現状のライニング材では０．３
以上の摩擦係数を達成することが困難で、ブレーキディ
スク材として使用には適していない。また、Ｎｉと共に
少量のＭＯを添加したのは、高温強度の改善と硬さの向
上が期待でき、Ｎｉより少量の添加で効果かあるからで
ある。

また、請求項２記載のブレーキディスク材は、Ｃｕを０
．３〜０．７％添加しためで、上記（請求項１）のブレ
ーキディスク材よりもフェライト率がやや低くくなる。

このため、上記ブレーキディスク材よりもパーライト率
が増えるので、耐疲労強度および耐摩擦性が高くなるが
、反面、熱伝導率は悪くなり、耐熱亀裂性はやや劣る。

しかし、伸びは２．６程度で２．０％以上が確保され、
またフェライト率も６０％以上と高いことから、従来の
ＦＣＶ５０に比べると、耐熱亀裂性は格段優れている。

さらに、請求項３記載のように、Ｃｖ黒鉛鋳鉄を、焼鈍
させれば、応力除去が図られ伸びも向上するし、適当な
焼入れ・焼戻しの熱処理を行えば、耐摩耗性（硬度）と
強度が向上する。

［実施例］一実施例１− 本実施例のブレーキディスク材は、第１表に示す化学組
成の溶湯を処理してブレーキディスク鋳型に注入して形
成したものである。なお、各成分の数値は重量％である
。

表１成分　　ＣＳｉ　　　Ｍｎ　　　Ｐ　　　Ｓ含有率　３
．６　２．０　　０．６　　０．０３　０．０１成分　
　Ｍｇ　　Ｎｉ　　　Ｍｏ　　　Ｃｕ　　　Ｆｅ含有率
　０．００７　２．５　　０．４　　０．５　　残部溶
湯の処理はＭｇの添加によるＣｖ化処理で、Ｍｇ添加量
を０．００７％に抑えて、黒鉛の球状化率を３０％（Ｎ
ＩＫ法による判定）程度にしている。

これは、上記したように片状黒鉛の方がＣｖ黒鉛よりも
熱伝導が良好なことから、ＣＶ化剤としてのＭｇの添加
量を一般のＣＶ黒鉛鋳鉄より低く（約半分程度に）して
熱伝導率の向上を図るためである。

第１図は鋳造により得られた本実施例のブレーキディス
ク材の金属組織を示す顕微鏡写真（１００倍）である。

同図かられかるように、黒鉛の形状は、Ｃｖと球状の混
在したものからなる。

また、パーライト接種剤を添加せずに、型ばらし後に焼
鈍処理を行い基地組織を制御して、フェライト率を６０
％（フェライト：パーライト＝６：４）にした。このフ
ェライト率は、金属の断面にエツチング処理を施して、
顕微鏡観察によりフェライト系組織（第１図の写真で白
く光っている部分）の面積率を求めて判定した。なお、
第１図の写真で黒くなっている部分が、パーライト系組
織である。

次に、本実施例のブレーキディスク材（ＮＯＶ−Ａ）と
従来のブレーキディスク材（ＦＣＶ５０）のについて、
第２表および第３表に引張試験および硬度試験の比較実
験データを示す。

表２　（ＮＯＶ−Ａ）引張試験引張強さ　　０．２％耐力　　伸び　　ヤング率５０．
３ｋｇｆ／ｍｍ”　４１．７ｋｇｆ／ｆｆ１ｍ”　２．
６％　１．６２ＸＩＯ’ｋｇｆ／ｍｍ”硬度試験（ブリ
ネル硬さ）ＨＢ　（ｉ０／３０００）　２１２表３（ＦＣＶ５０）引張試験引張強さ　　０．２％耐力　　伸び　　ヤング率４８．
８ｋｇｆ／ｍｍ’　３７．０ｋｇｆ／ｍｍ’　ｔ、ｇｓ
　１．７３Ｘ１０’ｋｇｆ／ｍｍ”硬度試験（ブリネル
硬さ）ＨＢ　（１０／３０００）　２１８上記２つの表の比較から、本実施例のブレーキディスク
材と従来のブレーキディスク（ＦＣＶ５０）とは、伸び
が著しく相違していることが認められる。すなわち、本
実施例のブレーキディスク材の伸びは２．６％であるが
、このように、伸びが２．０％を越えると、２，０％未
満のものに比べて耐熱亀裂性が大幅に向上することが経
験的にわかっている。一方、硬度は従来のＦＣＶ５０の
方が僅かに高いが、これはフェライト率が５０％以下と
本実施例のブレーキディスク材（６０％）よりも少ない
ためだと考えられる。しかし、本実施例のＮ０Ｖ−Ａの
ようにフェライト率が高い方が、熱伝達率に優れている
ことから、上記した伸びが高いことと合わせて、本実施
例のＮ０Ｖ−Ａが従来のＦＣＶ５０に比べて耐熱亀裂性
が大幅に改善されていることが明らかである。したがっ
て、本実施例のプレーキディスク材は、制動時にその表
面温度か上昇する割合が高い高速車両のブレーキディス
クに好適であるといえる。また、耐熱亀裂性が改善され
ることにより、耐久性の面でも向上するから、寿命もか
なり延びる。

ところで、上記実施例では、型ばらし後に焼鈍処理を施
してブレーキディスク材（ＮＯＶ−Ａ）を得たが、焼鈍
処理を施す代わりに、焼入れ・焼戻し処理を施してもよ
い。すなわち、型ばらし後に、８３０℃で焼入れして空
冷し、６４０℃まで昇温しで炉冷することにより焼戻し
てブレーキディスク材（ＮＯＶ−Ａ’）を得た。これの
引張試験および硬度試験を表４に示す。なお、ブレーキ
ディスク材（ＮＣＶ−Ａ’）の化学組成は、上記ブレー
キディスク材（ＮＣＶ−Ａ）と共通するもので、表１に
示した通りである。

表４　（ＮＣＶ−Ａ’）引張試験引張強さ　　０．２％耐力　　伸び　　ヤング率　　６
０、Ｏｋｇｆ／ｍｍ”　５５．０ｋｇｆ／ｍｍ”　２．
０％１．６６Ｘ１０’ｋｇｆ／ｍｍ２硬度試験（ブリネ
ル硬さ）ＨＢ　（１０／３０００）　２４０一実施例２− 本実施例のブレーキディスク材は、第５表に示す化学組
成の溶湯を処理してブレーキディスク鋳型に注入して形
成したものである。なお、各成分の数値は重量％である
。

表５　（ＮＯＶ−Ｂ）成分　　ＣＳｉ　　　Ｍｎ　　　Ｐ　　　Ｓ含有率　３
．６　２．０　　０．６　　０，０３　０．０１５成分
　　Ｍｇ　　Ｎｉ　　　Ｍｏ　　　Ｃｕ　　　Ｆｅ含有
率　０．００７　２．５　　０．４　　−　　残部本実
施例のブレーキディスク材が上記実施例と相違する点は
、Ｃｕを添加していないことである。

Ｃｕを添加しない場合には、パーライト率が下がる、い
いかえればフェライト率が上がるので、本実施例のブレ
ーキディスク材では、フェライト率が７０％になった。

このため、耐熱亀裂性については上記実施例（ＮＯＶ−
Ａ）よりも向上させることができた。なお、Ｍｇの添加
量は上記実施例と同様に抑えて黒鉛の球状化率を３５％
にした。また、パーライト接種剤を添加せず、型ばらし
後に焼鈍処理を行い基地組織を制御してフェライト率を
調整したことは、上記実施例（ＮＯＶ−Ａ）と共通して
いる。

第２図は鋳造により得られた本実施例のブレーキディス
ク材の金属組織を示す顕微鏡写真（１００倍）である。

同写真から、黒鉛の形状がＣｖと球状の混在したものか
らなり、またフェライト：パーライト−７：３程度の比
率からなることが確認される。

次に、本実施例のブレーキディスク材（ＮＯＶ−Ｂ）に
ついて、第６表に引張試験および硬度試験の実験データ
を示す。

表６　（ＮＯＶ−Ｂ）引張試験引張強さ　　０．２％耐力　　伸び　　ヤング率４３．
３ｋｇｆ／ｍｍ”　３５．２ｋｇｆ／＋ｍ”　３．９％
１．６５ＸｌＯ’ｋｇｆ／ｍｍ’硬度試験（ブリネル硬
さ）ＨＢ　（１０／３０００）　１９２上記表から、本実施例のブレーキディスク材か、上記実
施例（ＮＯＶ−Ａ）に比べて、伸びが更に向上している
ことが認められる。すなわち、本実施例のブレーキディ
スク材の伸び率は３．９％で、耐熱亀裂性が大幅に向上
されている。反面、引張強さおよび硬度か、上記実施例
（ＮＯＶ−Ａ）に比べてやや劣っているが、ブレーキデ
ィスク材としては両者ともに満足できる値である。

最後に、上記した本発明の実施例にかかるＮＣＶ−Ａお
よびＮＣＶ−Ｂと従来のＦＣＶ５０とのブレーキ性能試
験の比較データを第３図に示すとともに、制動時におけ
る発熱状況（温度上昇過程）の３者の比較データを第４
図に示す。

第３図は上記３者のブレーキディスク材についてライニ
ング材としてＲＤ　−１８を用いた場合の非常停止ブレ
ーキ時（最高速度１６０ｋｍ／ｈ　）における、制動距
離および平均摩擦係数を示す線図である。

３者のブレーキ性能試験は、初速度（制動直前の速度）
と平均摩擦係数の関係、および初速度と制動距離との関
係から判断されるが、同図から、制動距離については３
者ともほとんど差がないが、平均摩擦係数については、
本発明のブレーキディスク材の方が従来のブレーキディ
スク材よりも優れているということがわかる。

第４図は上記３者のブレーキディスク材についてライニ
ング材としてＲＤ　−５０１Ａを用いた場合の非常停止
ブレーキ時（最高速度１６０ｋｎ＋／ｈ　）における、
摺動面Ｓｍｍ下の温度上昇を示す線図である。

同図から、本発明のブレーキディスク材は、従来のブレ
ーキディスク材に比べて温度上昇が緩やかであるという
ことがわかる。

［発明の効果］以上説明したことから明らかなように、本発明のブレー
キディスク材は、次のような効果がある。

（１）Ｍｇの量を一般のＣ■黒鉛鋳鉄より低くして黒鉛
の球状化率を３０％〜３５％程度にするとともに、パー
ライト接種剤を添加しないでフェライト率を６０％〜７
０％程度にしたので、熱伝導率が向上した。

また、破断伸びが２．０％を越えたので、耐熱亀裂性が
非常に優れている。一方、フェライト率を高くしたが、
ＮｉとＭｏを添加してフェライト系組織中に固溶させ基
地組織の強度を上げたので、本来、強度の高いＣｖ鋳鉄
であることと相俟って、機械的強度も高く、耐久性にも
富む。また、鋳鉄からなり、焼き入れをしていないので
、現状のライニング材との関係で、その硬度がブレーキ
ディスク材に最適な値になり、ブレーキに必要な摩擦係
数である０、３が十分に確保され、ブレーキ性能も満足
できる。これらのことから、最近のような乗り物の高速
化が図られている傾向にあって、とくに高速車両用のブ
レーキディスク材として好適である。

（２）請求項２記載のブレーキディスク材は、Ｃｕを含
有させたことによって、基地組織のパーライト率がやや
増加するので、耐熱亀裂性に加えて耐摩耗性が一段と向
上する。

（３）請求項３記戦のように型ばらしした後、焼鈍処理
を施せば、応力除去が図られ伸びも向上し、また適当な
熱処理（焼入れ・焼戻し）を施せば、硬度および強度が
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋳造により得られた第１実施例のブレーキディ
スク材の金属組織を示す顕微鏡写真（１００倍）である
。第２図は鋳造により得られた第２実施例のブレーキデ
ィスク材の金属組織を示す顕微鏡写真（１００倍）であ
る。第３図は本発明のブレーキディスク材と従来のもの
とのブレーキ性能試験の比較データを示すもので、非常
停止ブレーキ時における制動距離および平均摩擦係数を
示す線図である。第４図は本発明のブレーキディスク材
と従来のものとの制動時における温度上昇の比較データ
を示すもので、非常停止ブレーキ時における摺動面５ｍ
ｍ下の温度上昇を示す線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１、フェライト率が６０％〜７０％前後で、化学組成が
Ｃ３．２〜３．７％、Ｓｉ１．８〜２．４％、Ｍｎ０．
６〜０．７％、Ｐ０．０３％以下およびＳ０．０３％以
下を含有するほか、Ｎｉ１．０〜３．０％、Ｍｏ０．２
〜０．６％およびＭｇ０．００４〜０．０１５％を含有
させたコンパクト・バーミキュラ黒鉛鋳鉄から形成した
ことを特徴とするブレーキディスク材。２、前記コンパクト・バーミキュラ黒鉛鋳鉄に、さらに
Ｃｕ０．３〜０．７％を含有させた請求項１記載のブレ
ーキディスク材。３、前記コンパクト・バーミキュラ黒鉛鋳鉄を、焼鈍処
理あるいは焼入れ・焼戻し処理した請求項１又は２記載
のブレーキディスク材。