JPH04362326A - ブレーキディスク - Google Patents
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- JPH04362326A JPH04362326A JP16086491A JP16086491A JPH04362326A JP H04362326 A JPH04362326 A JP H04362326A JP 16086491 A JP16086491 A JP 16086491A JP 16086491 A JP16086491 A JP 16086491A JP H04362326 A JPH04362326 A JP H04362326A
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Landscapes
- Braking Arrangements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム合金製ブレ
ーキディスク、より具体的には、鉄道車両で使用される
アルミニウム合金製軽量ブレーキディスクに関する。
ーキディスク、より具体的には、鉄道車両で使用される
アルミニウム合金製軽量ブレーキディスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ブレーキディスク材、特に鉄道車
両用ブレーキディスク材として、常用最高速度が１３０
ｋｍ／ｈ前後である鉄道車両には、旧国鉄規格（ＪＲＳ
）１２２０９−１に基づいて片状黒鉛鋳鉄が使用され、
最高速度が２４０ｋｍ／ｈに達するような高速鉄道車両
にはＪＲＳ１２２０９−２に基づいて低合金パーライト
基地片状黒鉛鋳鉄（ＮＣＭ鋳鉄と呼称する）が使用され
ている。また、昭和６０年代からは強度の向上を目的と
して開発された鍛鋼製（ＪＲＳ１２２０９−４）及びク
ラッド型（ＪＲＳ１２２０９−６）のブレーキディスク
が一部高速鉄道用車両に採用されている。
両用ブレーキディスク材として、常用最高速度が１３０
ｋｍ／ｈ前後である鉄道車両には、旧国鉄規格（ＪＲＳ
）１２２０９−１に基づいて片状黒鉛鋳鉄が使用され、
最高速度が２４０ｋｍ／ｈに達するような高速鉄道車両
にはＪＲＳ１２２０９−２に基づいて低合金パーライト
基地片状黒鉛鋳鉄（ＮＣＭ鋳鉄と呼称する）が使用され
ている。また、昭和６０年代からは強度の向上を目的と
して開発された鍛鋼製（ＪＲＳ１２２０９−４）及びク
ラッド型（ＪＲＳ１２２０９−６）のブレーキディスク
が一部高速鉄道用車両に採用されている。
【０００３】これらのブレーキディスク材は上記のそれ
ぞれの用途において規定の制動力を満足する適切な平均
摩擦係数及び安定した瞬間摩擦係数を有し、また低摩耗
率を有し、制動時の摩擦条件下におけるブレーキディス
ク摺動面の耐熱亀裂性に優れており、所要の引張強度を
有するものであるが、これらのブレーキディスク材は何
れも鉄系材料であるために比重が７．２と高く、ブレー
キディスク自体が重いものとなっている。
ぞれの用途において規定の制動力を満足する適切な平均
摩擦係数及び安定した瞬間摩擦係数を有し、また低摩耗
率を有し、制動時の摩擦条件下におけるブレーキディス
ク摺動面の耐熱亀裂性に優れており、所要の引張強度を
有するものであるが、これらのブレーキディスク材は何
れも鉄系材料であるために比重が７．２と高く、ブレー
キディスク自体が重いものとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ブレーキディスクを含
めて鉄道車両のバネ下質量の軽量化は車両の高速化、低
騒音化にとって重要な因子となっており、ブレーキディ
スク材の軽量化もその一環として強く要望されている。 従来の鉄系材料のブレーキディスク材では、薄肉化によ
る軽量化策を取っても精々数％が限度であり、数十％以
上の軽量化は現存する鉄系材料では不可能であり、従っ
て新しいブレーキディスク材の開発が望まれている。
めて鉄道車両のバネ下質量の軽量化は車両の高速化、低
騒音化にとって重要な因子となっており、ブレーキディ
スク材の軽量化もその一環として強く要望されている。 従来の鉄系材料のブレーキディスク材では、薄肉化によ
る軽量化策を取っても精々数％が限度であり、数十％以
上の軽量化は現存する鉄系材料では不可能であり、従っ
て新しいブレーキディスク材の開発が望まれている。
【０００５】本発明の目的は、ブレーキディスクとして
、特に鉄道車両用ブレーキディスクとして使用可能な機
械的特性及び摩擦摩耗特性を有するアルミニウム合金製
の軽量ブレーキディスクを提供することにある。
、特に鉄道車両用ブレーキディスクとして使用可能な機
械的特性及び摩擦摩耗特性を有するアルミニウム合金製
の軽量ブレーキディスクを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のブレーキディス
クはケイ素１３〜１８重量％、銅３〜５重量％及びマグ
ネシウム０．１〜１重量％を含み、リン０．００１〜０
．１重量％及びアンチモン０．００１〜０．５重量％の
一方又は両方を含み、更に所望により鉄０．５重量％以
下及びマンガン０．１重量％以下の一方又は両方を含み
、残部がアルミニウムと不可避の不純物からなるアルミ
ニウム合金製のものである。
クはケイ素１３〜１８重量％、銅３〜５重量％及びマグ
ネシウム０．１〜１重量％を含み、リン０．００１〜０
．１重量％及びアンチモン０．００１〜０．５重量％の
一方又は両方を含み、更に所望により鉄０．５重量％以
下及びマンガン０．１重量％以下の一方又は両方を含み
、残部がアルミニウムと不可避の不純物からなるアルミ
ニウム合金製のものである。
【０００７】本発明で用いるブレーキディスク用合金に
おいて、Ｓｉ 成分は初晶Ｓｉ の析出により該合金に
所望の耐摩耗性を付与するのに必要であり、この効果を
達成するためには１３重量％以上の量で存在することが
好ましい。しかし、Ｓｉ 成分が１８重量％を超えて存
在すると、初晶Ｓｉ の形状が粗大化し、強度が低下し
はじめるので本発明の目的達成のためには１８重量％以
下であることが好ましい。
おいて、Ｓｉ 成分は初晶Ｓｉ の析出により該合金に
所望の耐摩耗性を付与するのに必要であり、この効果を
達成するためには１３重量％以上の量で存在することが
好ましい。しかし、Ｓｉ 成分が１８重量％を超えて存
在すると、初晶Ｓｉ の形状が粗大化し、強度が低下し
はじめるので本発明の目的達成のためには１８重量％以
下であることが好ましい。
【０００８】本発明で用いるブレーキディスク用合金に
おいて、Ｃｕ 成分は熱処理により該合金に強度向上を
もたらすのに有効であり、この効果を達成するためには
３重量％以上の量で存在することが好ましい。しかし、
Ｃｕ 成分が５重量％を超えて存在すると耐蝕性が低下
しはじめるので本発明の目的達成のためには５重量％以
下であることが好ましい。
おいて、Ｃｕ 成分は熱処理により該合金に強度向上を
もたらすのに有効であり、この効果を達成するためには
３重量％以上の量で存在することが好ましい。しかし、
Ｃｕ 成分が５重量％を超えて存在すると耐蝕性が低下
しはじめるので本発明の目的達成のためには５重量％以
下であることが好ましい。
【０００９】本発明で用いるブレーキディスク用合金に
おいて、Ｍｇ 成分はＳｉ 成分と共存することでＭｇ
２Ｓｉ 中間相の析出による強度向上をもたらすのに有
効であり、この効果を達成するためには０．１重量％以
上の量で存在することが好ましい。しかし、Ｍｇ 成分
が１重量％を超えて存在するとＭｇ２Ｓｉ 中間相の粗
大化によって衝撃値が低下しはじめるので本発明の目的
達成のためには１重量％以下であることが好ましい。
おいて、Ｍｇ 成分はＳｉ 成分と共存することでＭｇ
２Ｓｉ 中間相の析出による強度向上をもたらすのに有
効であり、この効果を達成するためには０．１重量％以
上の量で存在することが好ましい。しかし、Ｍｇ 成分
が１重量％を超えて存在するとＭｇ２Ｓｉ 中間相の粗
大化によって衝撃値が低下しはじめるので本発明の目的
達成のためには１重量％以下であることが好ましい。
【００１０】本発明で用いるブレーキディスク用合金に
おいて、Ｐ及びＳｂ は初晶Ｓｉ の微細化処理に有効
であり、この効果を達成するためにはＰ０．００１〜０
．１重量％及び／又はＳｂ ０．００１〜０．５重量％
の量で存在することが好ましい。
おいて、Ｐ及びＳｂ は初晶Ｓｉ の微細化処理に有効
であり、この効果を達成するためにはＰ０．００１〜０
．１重量％及び／又はＳｂ ０．００１〜０．５重量％
の量で存在することが好ましい。
【００１１】本発明で用いるブレーキディスク用合金に
おいて、Ｆｅ 及びＭｎ は中間相を形成して耐摩耗性
を向上させる作用を有するので、所望により添加するこ
とができるが、Ｆｅ を０．５重量％超で及び／又はＭ
ｎを０．１重量％超で用いると靱性低下をもたらすので
好ましくない。
おいて、Ｆｅ 及びＭｎ は中間相を形成して耐摩耗性
を向上させる作用を有するので、所望により添加するこ
とができるが、Ｆｅ を０．５重量％超で及び／又はＭ
ｎを０．１重量％超で用いると靱性低下をもたらすので
好ましくない。
【００１２】本発明で用いるブレーキディスク用合金に
おいては、高温強度の改善のために所望によりニッケル
０．１重量％以下を添加することができ、またマトリッ
クスの強度を高めるために亜鉛０．１重量％以下、チタ
ン０．０５重量％以下、スズ０．０３重量％以下、クロ
ム０．０５重量％以下又は鉛０．１重量％以下を添加す
ることもできる。
おいては、高温強度の改善のために所望によりニッケル
０．１重量％以下を添加することができ、またマトリッ
クスの強度を高めるために亜鉛０．１重量％以下、チタ
ン０．０５重量％以下、スズ０．０３重量％以下、クロ
ム０．０５重量％以下又は鉛０．１重量％以下を添加す
ることもできる。
【００１３】ブレーキディスク、例えば鉄道車両用ブレ
ーキディスクの摩擦、摩耗特性の優劣はブレーキ時にお
ける平均摩擦係数の適正値と瞬間摩擦係数の安定性並び
にディスク及び相手ライニング材の耐摩耗性によって評
価される。本発明で用いるブレーキディスク用合金にお
いては硬質の初晶Ｓｉ が母地に均一に分散され、従っ
て極めて高い耐摩耗性が得られる。また、ブレーキディ
スクの高速回転による遠心力及びブレーキ時の熱負荷に
よって発生する熱応力に対しては現用の鉄系材料と同程
度の強度が必要とされるが、本発明のブレーキディスク
は前記したＮＣＭ鋳鉄と同等以上の強度を示し、更に熱
伝導度についても本発明のブレーキディスクは非常に優
れている。即ち、高頻度（常用停止ブレーキ時）又は高
負荷（非常停止ブレーキ時）の摩擦条件下において、ブ
レーキディスク摺動面の耐熱亀裂性に優れている。本発
明のブレーキディスクはその比重が２．７であり、この
値は前記した鉄系材料の約１／３である。即ち本発明の
ブレーキディスクは軽量化と所望の摩擦、摩耗特性とを
兼ね備えた極めて有用なブレーキディスクである。
ーキディスクの摩擦、摩耗特性の優劣はブレーキ時にお
ける平均摩擦係数の適正値と瞬間摩擦係数の安定性並び
にディスク及び相手ライニング材の耐摩耗性によって評
価される。本発明で用いるブレーキディスク用合金にお
いては硬質の初晶Ｓｉ が母地に均一に分散され、従っ
て極めて高い耐摩耗性が得られる。また、ブレーキディ
スクの高速回転による遠心力及びブレーキ時の熱負荷に
よって発生する熱応力に対しては現用の鉄系材料と同程
度の強度が必要とされるが、本発明のブレーキディスク
は前記したＮＣＭ鋳鉄と同等以上の強度を示し、更に熱
伝導度についても本発明のブレーキディスクは非常に優
れている。即ち、高頻度（常用停止ブレーキ時）又は高
負荷（非常停止ブレーキ時）の摩擦条件下において、ブ
レーキディスク摺動面の耐熱亀裂性に優れている。本発
明のブレーキディスクはその比重が２．７であり、この
値は前記した鉄系材料の約１／３である。即ち本発明の
ブレーキディスクは軽量化と所望の摩擦、摩耗特性とを
兼ね備えた極めて有用なブレーキディスクである。
【００１４】
【実施例】実施例１〜１９及び比較例１〜４表１に示す
合金元素を表１に示す量（数値は重量％を表す）で含有
し、残部がアルミニウムと不可避の不純物からなり、微
細な初晶Ｓｉ の形成されている合金を調製した（実施
例１〜１９）。また、比較例として、表２に示す合金元
素を表２に示す量（数値は重量％を表す）で含有し、残
部が鉄と不可避の不純物からなる合金（比較例１）及び
残部がアルミニウムと不可避の不純物からな合金（比較
例２〜４）も調製した。それらの合金の溶湯から重力鋳
造法によって試験片を製造した。
合金元素を表１に示す量（数値は重量％を表す）で含有
し、残部がアルミニウムと不可避の不純物からなり、微
細な初晶Ｓｉ の形成されている合金を調製した（実施
例１〜１９）。また、比較例として、表２に示す合金元
素を表２に示す量（数値は重量％を表す）で含有し、残
部が鉄と不可避の不純物からなる合金（比較例１）及び
残部がアルミニウムと不可避の不純物からな合金（比較
例２〜４）も調製した。それらの合金の溶湯から重力鋳
造法によって試験片を製造した。
【００１５】引張試験用試験片は長さ２３０ｍｍ、平行
部直径６ｍｍであり、引張試験機としてインストロン引
張試験機を用い、その試験条件は標点間距離５０ｍｍ、
断面６ｍｍφ、引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、室温であっ
た。測定結果は表１及び表２に示す通りであった。
部直径６ｍｍであり、引張試験機としてインストロン引
張試験機を用い、その試験条件は標点間距離５０ｍｍ、
断面６ｍｍφ、引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、室温であっ
た。測定結果は表１及び表２に示す通りであった。
【００１６】摩擦摩耗試験用試験片としてのブレーキデ
ィスク試験片は直径２０６ｍｍ、厚さ１５ｍｍの円盤で
あり、またブレーキライニング試験片として現用のライ
ニング材の一種である銅系焼結合金を加工して摩擦面形
状が３０×３０ｍｍの試験片を製作した。試験条件は摩
擦速度２１ｍ／ｓｅｃ、ライニング押し付け圧０．５Ｍ
Ｐａ 、押し付け（摩擦）時間３０分であり、これによ
り摩擦係数（μ）及びブレーキディスク試験片の摩耗体
積（×１０−３ｃｍ３ ）を求めた。測定結果は表１及
び表２に示す通りであった。
ィスク試験片は直径２０６ｍｍ、厚さ１５ｍｍの円盤で
あり、またブレーキライニング試験片として現用のライ
ニング材の一種である銅系焼結合金を加工して摩擦面形
状が３０×３０ｍｍの試験片を製作した。試験条件は摩
擦速度２１ｍ／ｓｅｃ、ライニング押し付け圧０．５Ｍ
Ｐａ 、押し付け（摩擦）時間３０分であり、これによ
り摩擦係数（μ）及びブレーキディスク試験片の摩耗体
積（×１０−３ｃｍ３ ）を求めた。測定結果は表１及
び表２に示す通りであった。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】実施例２０及び比較例５〜７前記実施例２
の合金及び比較例１〜３の合金を用い、それらの合金の
溶湯から重力鋳造法によって試験片を製造した。摩擦摩
耗試験用試験片としてのブレーキディスク試験片は直径
５５ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤であり、またブレーキライ
ニング試験片として現用のライニング材の一種である銅
系焼結合金を加工して外径２５．６ｍｍ、内径２２ｍｍ
、高さ１３ｍｍの円筒状試験片を製作した。試験条件は
摩擦速度２ｍ／ｓｅｃ、ライニング押し付け圧０．５Ｍ
Ｐａ 、押し付け（摩擦）時間初回１０分、２回目２０
分、３回目２０分、４回目５０分の計１００分間であり
、これにより平均摩擦係数（μ）及びブレーキディスク
試験片及びライニング試験片の摩耗体積（×１０−３ｃ
ｍ３ ）を求めた。測定結果は図１及び図２に示す通り
であった。
の合金及び比較例１〜３の合金を用い、それらの合金の
溶湯から重力鋳造法によって試験片を製造した。摩擦摩
耗試験用試験片としてのブレーキディスク試験片は直径
５５ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤であり、またブレーキライ
ニング試験片として現用のライニング材の一種である銅
系焼結合金を加工して外径２５．６ｍｍ、内径２２ｍｍ
、高さ１３ｍｍの円筒状試験片を製作した。試験条件は
摩擦速度２ｍ／ｓｅｃ、ライニング押し付け圧０．５Ｍ
Ｐａ 、押し付け（摩擦）時間初回１０分、２回目２０
分、３回目２０分、４回目５０分の計１００分間であり
、これにより平均摩擦係数（μ）及びブレーキディスク
試験片及びライニング試験片の摩耗体積（×１０−３ｃ
ｍ３ ）を求めた。測定結果は図１及び図２に示す通り
であった。
【００２０】実施例２１及び比較例８前記実施例２の合
金及び比較例１の合金を用い、それらの合金の溶湯から
重力鋳造法によって試験片を製造した。摩擦摩耗試験用
試験片としてのブレーキディスク試験片は直径２０６ｍ
ｍ、厚さ１５ｍｍの円盤であり、またブレーキライニン
グ試験片として現用のライニング材の一種である銅系焼
結合金を加工して摩擦面形状が３０×３０ｍｍの試験片
を製作した。試験条件としては摩擦速度は７ｍ／ｓｅｃ
、１４ｍ／ｓｅｃ又は２１ｍ／ｓｅｃ、ライニング押し
付け圧は０．５ＭＰａ 、押し付け（摩擦）時間は１回
の摩擦時間を６０秒として各摩擦速度で５回の実施であ
り、これにより平均摩擦係数（μ）及びブレーキディス
ク試験片及びライニング試験片の摩耗率を求めた。測定
結果は図３、図４及び図５に示す通りであった。
金及び比較例１の合金を用い、それらの合金の溶湯から
重力鋳造法によって試験片を製造した。摩擦摩耗試験用
試験片としてのブレーキディスク試験片は直径２０６ｍ
ｍ、厚さ１５ｍｍの円盤であり、またブレーキライニン
グ試験片として現用のライニング材の一種である銅系焼
結合金を加工して摩擦面形状が３０×３０ｍｍの試験片
を製作した。試験条件としては摩擦速度は７ｍ／ｓｅｃ
、１４ｍ／ｓｅｃ又は２１ｍ／ｓｅｃ、ライニング押し
付け圧は０．５ＭＰａ 、押し付け（摩擦）時間は１回
の摩擦時間を６０秒として各摩擦速度で５回の実施であ
り、これにより平均摩擦係数（μ）及びブレーキディス
ク試験片及びライニング試験片の摩耗率を求めた。測定
結果は図３、図４及び図５に示す通りであった。
【００２１】
【発明の効果】本発明のブレーキディスクは、その比重
が２．７であり、この値は従来材のＮＣＭ鋳鉄材と比較
して約１／３であり、更に前記の実施例及び比較例の記
載からも明らかなように強度及び摩擦摩耗特性において
も従来材と同等又はそれ以上であり、従って、軽量ブレ
ーキディスク、特に鉄道車両用軽量ブレーキディスクと
して極めて有用なものである。
が２．７であり、この値は従来材のＮＣＭ鋳鉄材と比較
して約１／３であり、更に前記の実施例及び比較例の記
載からも明らかなように強度及び摩擦摩耗特性において
も従来材と同等又はそれ以上であり、従って、軽量ブレ
ーキディスク、特に鉄道車両用軽量ブレーキディスクと
して極めて有用なものである。
【図１】実施例２０及び比較例５〜７の摩擦摩耗試験の
測定結果を示すグラフである。
測定結果を示すグラフである。
【図２】実施例２０及び比較例５〜７の摩擦摩耗試験の
測定結果を示すグラフである。
測定結果を示すグラフである。
【図３】実施例２１及び比較例８の摩擦摩耗試験の測定
結果を示すグラフである。
結果を示すグラフである。
【図４】実施例２１及び比較例８の摩擦摩耗試験の測定
結果を示すグラフである。
結果を示すグラフである。
【図５】実施例２１及び比較例８の摩擦摩耗試験の測定
結果を示すグラフである。
結果を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 ケイ素１３〜１８重量％、銅３〜５重
量％及びマグネシウム０．１〜１重量％を含み、更にリ
ン０．００１〜０．１重量％及びアンチモン０．００１
〜０．５重量％の一方又は両方を含み、残部がアルミニ
ウムと不可避の不純物からなるアルミニウム合金製ブレ
ーキディスク。 - 【請求項２】 ケイ素１３〜１８重量％、銅３〜５重
量％及びマグネシウム０．１〜１重量％を含み、リン０
．００１〜０．１重量％及びアンチモン０．００１〜０
．５重量％の一方又は両方を含み、更に鉄０．５重量％
以下及びマンガン０．１重量％以下の一方又は両方を含
み、残部がアルミニウムと不可避の不純物からなるアル
ミニウム合金製ブレーキディスク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16086491A JPH04362326A (ja) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | ブレーキディスク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16086491A JPH04362326A (ja) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | ブレーキディスク |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04362326A true JPH04362326A (ja) | 1992-12-15 |
Family
ID=15724029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16086491A Pending JPH04362326A (ja) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | ブレーキディスク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04362326A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002155330A (ja) * | 2000-11-16 | 2002-05-31 | Oiles Ind Co Ltd | 摺動部材用アルミニウム合金 |
| JP2002155328A (ja) * | 2000-11-16 | 2002-05-31 | Oiles Ind Co Ltd | 摺動部材用アルミニウム合金 |
-
1991
- 1991-06-06 JP JP16086491A patent/JPH04362326A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002155330A (ja) * | 2000-11-16 | 2002-05-31 | Oiles Ind Co Ltd | 摺動部材用アルミニウム合金 |
| JP2002155328A (ja) * | 2000-11-16 | 2002-05-31 | Oiles Ind Co Ltd | 摺動部材用アルミニウム合金 |
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