JPH10140273A - Composite material for brake disk for railway car - Google Patents

Composite material for brake disk for railway car

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JPH10140273A
JPH10140273A JP8295293A JP29529396A JPH10140273A JP H10140273 A JPH10140273 A JP H10140273A JP 8295293 A JP8295293 A JP 8295293A JP 29529396 A JP29529396 A JP 29529396A JP H10140273 A JPH10140273 A JP H10140273A
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Taizo Makino
泰三 牧野
Kazuhisa Shibue
和久 渋江
Yoshimasa Okubo
喜正 大久保
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宏樹 江崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new aluminum alloy matrix composite having high strength and excellent wear resistance, in order to reduce the weight of a brake disk for railway car by changing a material for the brake disk from a ferrous material such as cast iron to an aluminum alloy. SOLUTION: The high strength brake disk for railway car is composed of a composite material in which ceramic grains are dispersed in an aluminum alloy matrix. At this time, the average grain size of the ceramic grains is 1-20μm and the content of the ceramic grains in the composite material is 5-30wt.%, and further, an Al2 O3 dispersed phase substance of <1μm average grain size is contained by 0.01-1wt.% in the matrix. As the ceramic grains, grains of hard ceramics of >=500 Vickers hardness are preferred. As typical examples of the ceramics, SiC, Al2 O3 , AlN, and Si3 N4 are cited.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両に用いられる
摩擦によって機械的に制動力を得るディスクブレーキの
ディスク用材料に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a material for a disk of a disk brake, which mechanically obtains a braking force by friction used in a railway vehicle.

【0002】[0002]

【従来の技術】鉄道車両や自動車および自動二輪車など
の機械的制動方式には、ブロックブレーキ、ドラムブレ
ーキおよびディスクブレーキなどがあり、近年は車両の
高速化や大荷重化に伴い、ディスクブレーキが多用され
るようになってきた。
2. Description of the Related Art There are block brakes, drum brakes, disc brakes, and the like as mechanical braking systems for railway vehicles, automobiles, motorcycles, and the like. It has come to be.

【0003】ディスクブレーキは、ブレーキディスクと
ブレーキパッド(摩擦材)との摩擦によって制動力を得
る装置で、鉄道車両のディスクブレーキでは、車輪に取
りつけたドーナツ形の円盤状のディスクの摺動面にブレ
ーキパッドを押し付けることにより制動力を得る。この
摺動面を有する円盤形状の部品をブレーキディスクと称
する。
[0003] A disc brake is a device that obtains a braking force by friction between a brake disc and a brake pad (friction material). In a disc brake of a railway vehicle, a sliding surface of a donut-shaped disc-shaped disc attached to a wheel is used. A braking force is obtained by pressing a brake pad. A disc-shaped component having this sliding surface is called a brake disc.

【0004】ブレーキディスクに用いられる材料は、制
動時の摩擦による摩耗と、急激な温度上昇があるため、
耐摩耗性、耐熱性、耐熱亀裂性等の多様な特性を持つこ
とが要求される。
[0004] The material used for the brake disk has abrasion due to friction during braking and a sharp temperature rise.
It is required to have various characteristics such as abrasion resistance, heat resistance, and heat crack resistance.

【0005】従来、このブレーキディスクには鋳鉄、鍛
鋼、ステンレス鋼など、鉄系材料の一体ものが使用され
てきた。しかしながら、車両の高速化、省エネルギー対
策としての軽量化、バネ下重量低減による乗り心地の改
善、等の要求からブレーキディスクにもアルミニウム合
金を使う試みがなされている。
Heretofore, an integrated iron-based material such as cast iron, forged steel or stainless steel has been used for the brake disk. However, attempts have been made to use an aluminum alloy also for the brake disc due to demands for speeding up the vehicle, reducing weight as an energy saving measure, and improving riding comfort by reducing unsprung weight.

【0006】アルミニウム合金は、鋳鉄や鍛鋼に比し
て、耐摩耗性、耐熱性、耐熱亀裂性のいずれをとっても
著しく劣るが、熱伝導度が大きく、発生した摩擦熱が速
やかに放散されるので、摺動面の温度上昇を鋼製のブレ
ーキディスクよりはるかに低く抑えることが可能であ
る。このため、耐熱性や耐熱亀裂性は、材料強度から推
測されるほどには低下しない。しかし、強度が低いので
耐摩耗性は大幅に劣り、純アルミニウムや既存のアルミ
ニウム合金そのものをブレーキディスクに適用すること
は困難である。
[0006] Aluminum alloys are remarkably inferior in any of wear resistance, heat resistance and heat crack resistance as compared with cast iron and forged steel, but have high thermal conductivity, and the generated frictional heat is quickly dissipated. In addition, the temperature rise of the sliding surface can be suppressed much lower than that of the steel brake disk. Therefore, the heat resistance and the heat crack resistance do not decrease as much as estimated from the material strength. However, since the strength is low, the wear resistance is significantly inferior, and it is difficult to apply pure aluminum or the existing aluminum alloy itself to the brake disc.

【0007】上記のようにアルミニウムが良好な熱伝導
を有し、かつ軽量であることを活かしたブレーキディス
クとして、アルミニウム合金のディスクまたはドラムの
摺動面を耐摩耗性にすぐれた鉄合金を被覆したブレーキ
部材の発明が特開昭60-89558号公報に示されている。し
かし、この場合、被覆した鉄合金層と基部のアルミニウ
ム合金との弾性率や熱膨張係数の違いから、繰り返し使
用によりその境界面で剥離を生じてくるという問題があ
る。
As described above, as a brake disk utilizing aluminum because of its good thermal conductivity and light weight, the sliding surface of an aluminum alloy disk or drum is coated with an iron alloy having excellent wear resistance. The invention of the brake member described above is disclosed in JP-A-60-89558. However, in this case, there is a problem that peeling occurs at a boundary surface between the coated iron alloy layer and the base aluminum alloy due to a difference in elastic modulus or thermal expansion coefficient between the coated iron alloy layer and the base aluminum alloy due to repeated use.

【0008】他方、アルミニウムそのものの耐摩耗性を
向上させる方法として、特開昭59−173234号公報にはAl
−過共晶Si合金中に Al2O3、SiC 、Si3N4 等のセラミッ
クスを分散させたブレーキロータの発明が提示されてい
る。しかし、これは自動車や二輪車用への使用を意図し
たものであり、そのままでは鉄道車両用ブレーキディス
クには使用できない。
On the other hand, JP-A-59-173234 discloses a method for improving the wear resistance of aluminum itself.
- a hypereutectic Si alloy to Al 2 O 3, SiC, Si 3 N 4 ceramic of the brake rotor by dispersing invention such as is presented. However, this is intended for use in automobiles and motorcycles and cannot be used as it is for brake discs for railway vehicles.

【0009】上記の軽量化用ブレーキディスクは、主と
して自動車を対象に開発されたものであるが、鉄道車両
においても高速化、軽量化、あるいはバネ下重量低減に
よる乗り心地改善等は同じように要求される。ただし、
自動車に比較して鉄道車両の方がより大きな負荷が加わ
る。
Although the above-mentioned brake discs for lightening have been developed mainly for automobiles, the same applies to the improvement of riding comfort by increasing the speed, reducing the weight, or reducing the unsprung weight of railway cars. Is done. However,
Railway vehicles are more heavily loaded than automobiles.

【0010】鉄道車両用ブレーキディスク材を軽量化す
るためのアルミニウム基複合材料の発明も、特開平2-25
538 号公報、特開平3-47945 号公報、特開平4-173936号
公報および特開平8-176712号公報などで提案されてい
る。しかし、これらに開示される複合材料は、強度が不
十分であるため、必要強度を得るために大型化しなけれ
ばならず、結果的に大きな軽量化効果は得られない。
The invention of an aluminum-based composite material for reducing the weight of a brake disk material for railway vehicles is also disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-25 / 1990.
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 538, 3-47945, 4-173936, 8-176712, etc. have been proposed. However, since the composite materials disclosed therein have insufficient strength, the composite materials must be increased in size in order to obtain the required strength, and as a result, a large weight saving effect cannot be obtained.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、鉄道車両の
ブレーキデイスク材を鋳鉄等の鉄系材料からアルミニウ
ム合金にかえることにより軽量化することを課題として
なされたものであり、その目的は、これまでに提案され
たアルミニウム系複合材料よりも強度が高く、かつ耐摩
耗性にも優れた新しいアルミニウム合金系の複合材料を
提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce the weight of a railway vehicle by changing the brake disk material from an iron-based material such as cast iron to an aluminum alloy. It is an object of the present invention to provide a new aluminum alloy-based composite material having higher strength and higher abrasion resistance than the aluminum-based composite materials proposed so far.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、下記のアルミ
ニウム合金基複合材料を要旨とする。
The gist of the present invention is the following aluminum alloy-based composite material.

【0013】アルミニウム合金のマトリックスにセラミ
ックス粒子が分散した複合材料であって、セラミックス
粒子の平均粒径が1〜20μmであり、複合材料中のセラ
ミックス粒子の含有量が5〜30wt%であること、および
更にマトリックスに平均粒径1μm未満のAl2O3 分散相
質が0.01〜1 wt%含有されていることを特徴とする高強
度の鉄道車両ブレーキディスク用複合材料。
A composite material in which ceramic particles are dispersed in a matrix of an aluminum alloy, wherein the average particle size of the ceramic particles is 1 to 20 μm, and the content of the ceramic particles in the composite material is 5 to 30% by weight; and further composite material for a railway vehicle brake disc of a high strength, characterized that the Al 2 O 3 dispersed phase substance having an average particle diameter of less than 1μm are contained 0.01 to 1 wt% in a matrix.

【0014】セラミックス粒子としてはビッカース硬さ
が 500以上である硬質セラミックスの粒子が望ましい。
その代表的なものは SiC、Al2O3 、AlN 、およびSi3N4
であり、これらのセラミクス粒子を1種または2種以上
の合計で5〜30wt%添加し、マトリックスに分散させる
のが望ましい。
The ceramic particles are preferably hard ceramic particles having a Vickers hardness of 500 or more.
Typical ones SiC, Al 2 O 3, AlN , and Si 3 N 4
It is desirable that one or more of these ceramic particles are added in a total amount of 5 to 30 wt% and dispersed in a matrix.

【0015】上記の Al2O3分散質は、原料として用いる
アルミニウム合金粉末表面の酸化皮膜を、後述のホット
スプレス等による緻密化の過程で材料中に分散させるこ
とによって得られる。
The above-mentioned Al 2 O 3 dispersoid is obtained by dispersing an oxide film on the surface of an aluminum alloy powder used as a raw material in a material in a process of densification by hot pressing or the like described later.

【0016】マトリックスになるアルミニウム合金は、
鉄道車両用ブレーキディスクに必要とされる基本的な機
械的性質を満たすことができるものであれば、その種類
を問わない。例えば、Mg : 2〜5 wt%、Mn : 0.1〜1 wt
%、Cr : 0.05 〜0.35wt%、残部: Alおよび不可避的不
純物、のような組成の合金、あるいはSiやFeを適当量含
有するアルミニウム合金が使用できる。
The aluminum alloy serving as the matrix is
Any type can be used as long as it can satisfy the basic mechanical properties required for a railway vehicle brake disc. For example, Mg: 2 to 5 wt%, Mn: 0.1 to 1 wt%
%, Cr: 0.05 to 0.35 wt%, balance: Al and alloys having compositions such as unavoidable impurities, or aluminum alloys containing appropriate amounts of Si and Fe can be used.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明の複合材料は、アルミニウ
ム合金のマトリックスに SiC、Al2O3 、AlN、Si3N4
その他の硬質セラミックス粒子が分散したものである。
これらの粒子が分散していることによって、ブレーキパ
ッドと摩擦したときの耐摩耗性、摩擦係数および耐焼き
付き性が高められる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The composite material of the present invention comprises a matrix of aluminum alloy containing SiC, Al 2 O 3 , AlN, Si 3 N 4 ,
Other hard ceramic particles are dispersed.
The dispersion of these particles enhances the wear resistance, coefficient of friction and seizure resistance when rubbed with the brake pads.

【0018】上記のセラミックス粒子は、その平均粒径
が1μm未満であれば凝集を起こしやすく、そのような
粒子が均一に分散した材料を製造するのは困難である。
一方、平均粒径が20μmを超えると、高い摩擦係数が得
られず、また、摩擦の相手となるブレーキパッドを損傷
する。更に、材料の切削性が著しく低下するため機械加
工が困難になる。
If the above-mentioned ceramic particles have an average particle size of less than 1 μm, aggregation tends to occur, and it is difficult to produce a material in which such particles are uniformly dispersed.
On the other hand, if the average particle size exceeds 20 μm, a high coefficient of friction cannot be obtained, and a brake pad that is a friction partner is damaged. Furthermore, machining becomes difficult because the machinability of the material is significantly reduced.

【0019】セラミックス粒子の含有量は、5wt%未満
では十分な耐摩耗性と耐焼き付き性が得られず、30wt%
を超えると鍛造加工性および切削加工性が損なわれる。
If the content of the ceramic particles is less than 5% by weight, sufficient abrasion resistance and seizure resistance cannot be obtained.
If it exceeds 300, forgeability and machinability will be impaired.

【0020】本発明の複合材料は、さらに1μm未満の
微細な Al2O3分散質を含む。これは複合材料の常温から
高温までの強度を高める。ブレーキを使用して繰り返し
高温に曝された時にも強度低下を防ぐ。これらの効果を
得るには、少なくとも0.01wt%の含有量が必要である。
ただし、1wt%を超える Al2O3分散質が存在すると鍛造
加工性が低下する。
The composite material according to the invention further comprises a fine Al 2 O 3 dispersoid of less than 1 μm. This increases the strength of the composite from ambient to elevated temperatures. Prevents loss of strength when repeatedly exposed to high temperatures using brakes. To obtain these effects, a content of at least 0.01 wt% is necessary.
However, if Al 2 O 3 dispersoids exceeding 1 wt% are present, the forgeability deteriorates.

【0021】マトリックスとなるアルミニウム合金とし
て望ましい合金は、前記の Mg : 2〜5 wt%、 Mn : 0.1
〜1 wt%および Cr : 0.05〜0.35wt%を含む合金であ
る。
The preferred alloy as the aluminum alloy serving as the matrix is Mg: 2 to 5 wt% and Mn: 0.1
It is an alloy containing 11 wt% and Cr: 0.05-0.35 wt%.

【0022】この合金中のMg、Mnおよび Cr はマトリッ
クスの強度を高める。それぞれ、下限値未満では強度が
十分でなく、上限値を超える過剰な添加は鍛造性および
耐食性を劣化させる。
Mg, Mn and Cr in the alloy increase the strength of the matrix. If each is less than the lower limit, the strength is not sufficient, and excessive addition exceeding the upper limit degrades forgeability and corrosion resistance.

【0023】本発明の複合材料は、例えば次のようにし
て製造することができる。即ち、アトマイズ法によって
製造された急冷凝固アルミニウム合金粉末と、SiC 粒子
等のセラミックス粒子を混合した後、ホットプレスある
いはホットプレスと鍛造等との組合せにより緻密化す
る。この急冷凝固合金粉末を使用する方法により微細組
織で高強度の材料が得られるという利点がある。以下
に、この製造方法を詳しく説明する。
The composite material of the present invention can be produced, for example, as follows. That is, after the rapidly solidified aluminum alloy powder produced by the atomizing method is mixed with ceramic particles such as SiC particles, the mixture is densified by hot pressing or a combination of hot pressing and forging. The method using the rapidly solidified alloy powder has an advantage that a high-strength material having a fine structure can be obtained. Hereinafter, this manufacturing method will be described in detail.

【0024】まず、所定の組成を有するアルミニウム合
金の溶湯を空気または窒素等のガスアトマイズ法などで
急冷凝固させ、アルミニウム合金粉末を作製する。この
粉末粒度は高強度と高靱性を得るためにも硬質粒子を均
一に分散させるためにもできるだけ微細であることが望
ましい。
First, a molten aluminum alloy having a predetermined composition is rapidly cooled and solidified by a gas atomizing method such as air or nitrogen to produce an aluminum alloy powder. The particle size of the powder is desirably as fine as possible to obtain high strength and high toughness and to uniformly disperse the hard particles.

【0025】次に、上記アルミニウム合金粉末と所定の
セラミックス粒子を各種の攪拌式混合機あるいはボール
ミル等の粉砕機によって混合する。その後、アルミニウ
ム合金粉末の表面に吸着している水分やガスを除去する
ために脱ガス処理をする。これは、混合粉末を缶に充填
し 400〜500 ℃で真空引きするか、混合紛を冷間圧縮し
た予備成形体を不活性雰囲気または真空中で 400〜500
℃に加熱することによって行われる。この際、同時に、
アルミニウム合金粉末表面に生成されている酸化皮膜が
非晶質から結晶質に変態し脆化する。
Next, the above-mentioned aluminum alloy powder and predetermined ceramic particles are mixed by various kinds of agitating mixers or pulverizers such as ball mills. Thereafter, a degassing process is performed to remove moisture and gas adsorbed on the surface of the aluminum alloy powder. This is done by filling the mixed powder in a can and evacuating it at 400 to 500 ° C, or by pre-pressing the mixed powder in a cold atmosphere under an inert atmosphere or vacuum.
Performed by heating to ° C. At this time,
The oxide film formed on the surface of the aluminum alloy powder transforms from amorphous to crystalline and becomes brittle.

【0026】脱ガス後、300 〜500 ℃でホットプレスし
て混合紛を相対密度がほぼ 100%になるまで緻密化させ
る。このとき、脆化した酸化皮膜(Al2O3)は微細に破砕
されて材料中に分散する。更に、必要に応じて鍛造加工
を行えば、製品に近い形に成形し、同時に強度を向上さ
せることができる。最後に切削加工を行い最終製品とす
る。
After degassing, the mixed powder is densified by hot pressing at 300 to 500 ° C. until the relative density becomes almost 100%. At this time, the embrittled oxide film (Al 2 O 3 ) is finely crushed and dispersed in the material. Furthermore, if forging is performed as necessary, it can be formed into a shape close to the product, and at the same time, the strength can be improved. Finally, cutting is performed to obtain the final product.

【0027】[0027]

【実施例】表1にマトリックスとなるアルミニウム合金
の化学組成を示す。表2は表1のマトリックス合金とセ
ラミックス粒子とを組み合わせた複合材料の例を示すも
のである。
EXAMPLES Table 1 shows the chemical composition of an aluminum alloy serving as a matrix. Table 2 shows an example of a composite material obtained by combining the matrix alloy of Table 1 and ceramic particles.

【0028】表2のNo.1〜16および No.19とNo.20 は、
粉末法により作製した複合材料である。即ち、エアアト
マイズ法によってそれぞれのマトリックス合金組成のア
ルミニウム合金粉末を製造し、これを 150μmに分級し
た。これと表2に示す SiC粒子等のセラミックス粒子を
強制攪拌羽根付きクロスロータリーミキサーにより15分
間混合し、混合紛を外径φ90mm、高さ200mm の容器に充
填した後、480 ℃にて1時間の真空脱ガス処理をして封
缶し、これを内径φ94mmの閉塞金型に装填し400℃、500
tonでホットプレスした。更に、400 ℃にて一軸の自由
鍛造で高さが1/2になるまで、即ち、鍛錬比2で鍛錬加
工した。
Nos. 1 to 16 and Nos. 19 and 20 in Table 2
This is a composite material manufactured by a powder method. That is, aluminum alloy powders having the respective matrix alloy compositions were produced by an air atomizing method, and classified into 150 μm. This and ceramic particles such as SiC particles shown in Table 2 were mixed for 15 minutes by a cross rotary mixer with forced stirring blades, and the mixed powder was filled in a container having an outer diameter of 90 mm and a height of 200 mm, and then left at 480 ° C for 1 hour. Vacuum degassed and sealed, loaded into a closed mold with an inner diameter of 94 mm,
Hot pressed with ton. Further, forging was performed at 400 ° C. by uniaxial free forging until the height became half, that is, at a forging ratio of 2.

【0029】表2に示すNo.17 とNo. 21の複合材料はコ
ンポキャスティング法により製造した。即ち、それぞれ
のマトリックス合金が固液共存状態となるように約 615
℃に保ち、強撹伴しながらSiC 粒子を添加・混合し、内
径φ150mm 、深さ50mmの厚円板型の金型に鋳造した。鋳
造材を 400℃にて高さが 40mm になるまで、即ち、鍛錬
成形比1.25で鍛錬加工した。
The composite materials No. 17 and No. 21 shown in Table 2 were produced by the compo-casting method. That is, about 615 so that each matrix alloy is in a solid-liquid coexistence state.
While maintaining the temperature at 0 ° C, SiC particles were added and mixed with vigorous stirring, and cast into a thick disk mold having an inner diameter of 150 mm and a depth of 50 mm. The cast material was forged at 400 ° C. until the height became 40 mm, that is, at a forging ratio of 1.25.

【0030】No.18 の複合材料は、水アトマイズ法によ
りマトリックス合金の粉末を製造し、それ以降はNo.1〜
16およびNo.19 、20と同じ条件の粉末法で作製した。
The composite material of No. 18 was prepared by manufacturing a matrix alloy powder by a water atomizing method.
16 and Nos. 19 and 20 were prepared by the powder method under the same conditions.

【0031】上記の各複合材料中の Al2O3分散質の含有
量を不活性ガス気流中赤外線吸光法により定量した。ま
た、Al2O3 分散質の形状を観察し、TEM (透過型電子
顕微鏡) により観察したところ、No.1〜16およびNo.19
と20の材料のAl2O3 分散質は、0.01〜0.2 μmのフィラ
メント状に微細分散していた。Al2O3 分散質の量は、エ
アアトマイズ粉末を用いた材料では0.2wt%、コンポキャ
スティング法による材料 (No.17 、21) では 0.005wt
%、水アトマイズ粉末を用いた材料 (No.18)では2.0%
であった。これらの結果も表2に示す。
The content of the Al 2 O 3 dispersoid in each of the above composite materials was determined by an infrared absorption method in an inert gas stream. Also, when the shape of the Al 2 O 3 dispersoid was observed and observed with a TEM (transmission electron microscope), No. 1 to 16 and No. 19
And the Al 2 O 3 dispersoids of the 20 materials were finely dispersed in a filament of 0.01 to 0.2 μm. The amount of the Al 2 O 3 dispersoid is 0.2 wt% for the material using the air atomized powder, and 0.005 wt for the material by the compo-casting method (Nos. 17 and 21).
%, 2.0% for material using water atomized powder (No.18)
Met. These results are also shown in Table 2.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】[0033]

【表2】 [Table 2]

【0034】上記のようにして作製した試験材を用い
て、次の試験を行った。なお、No.16、18および19は鍛
錬加工時に割れが発生したが、割れのない箇所から試験
片を切り出した。
The following tests were performed using the test materials prepared as described above. In Nos. 16, 18, and 19, cracks occurred during the forging process, but test pieces were cut out from places without cracks.

【0035】1.強度試験 強度は常温および 300℃での引張強さにより評価した。1. Strength test Strength was evaluated by tensile strength at normal temperature and 300 ° C.

【0036】2.耐摩耗性試験 耐摩耗はピン−ディスク式摩耗試験においてディスクを
試験材料とし、ディスクの摩耗深さで表した。試験条件
は下記のとおりである。
2. Abrasion Resistance Test Abrasion resistance was represented by the depth of wear of a disk, using a disk as a test material in a pin-disk type wear test. The test conditions are as follows.

【0037】 面圧: 1MPa 、 摩擦速度: 5m/s、 潤滑: なし、 相手ピン材: 銅系ブレーキパッド材、 摩擦時間:10 分 試験結果を表3に示す。Surface pressure: 1 MPa, friction speed: 5 m / s, lubrication: none, mating pin material: copper-based brake pad material, friction time: 10 minutes The test results are shown in Table 3.

【0038】[0038]

【表3】 [Table 3]

【0039】表3から、次のような結論が得られる。From Table 3, the following conclusions can be obtained.

【0040】 No.1〜12の複合材料は、常温および 3
00℃における引張強さが高く、摩耗試験におけるディス
クの摩耗量が小さい。これに対して、No.13 はSiC 粒子
の平均粒径が 0.5μmと微細すぎて SiC粒子が凝集して
均一分散ができなかったため、強度、伸びとも低く、若
干、ディスクの摩耗も発生した。即ち、この材料はブレ
ーキディスク材として適当でない。
The composite materials of Nos. 1 to 12 were prepared at room temperature and 3
High tensile strength at 00 ° C and small disc wear in wear test. On the other hand, in No. 13, the average particle size of the SiC particles was too fine, 0.5 μm, and the SiC particles were agglomerated and could not be uniformly dispersed. Therefore, both the strength and the elongation were low, and the disk was slightly worn. That is, this material is not suitable as a brake disc material.

【0041】 No.14 は SiCの平均粒径が大きいた
め、摩耗試験においてディスクの摩耗量は少なかった
が、相手材であるブレーキパッド材を著しく損傷した。
また、切削加工性も著しく悪く、ブレーキディスク材と
しては適当でない。
In No. 14, since the average particle size of SiC was large, the wear amount of the disk was small in the wear test, but the brake pad material as the mating material was significantly damaged.
Further, the cutting workability is remarkably poor, and it is not suitable as a brake disc material.

【0042】 No.15は SiC量が少ないため、耐摩耗性
が悪い。更に、試験開始後約7分で焼き付きが発生し
た。一方、No.16 は SiC量が過剰であるため鍛造工程で
割れが発生した。引張試験の伸びも小さく、いずれもブ
レーキディスク材として適当でない。
No. 15 has a low abrasion resistance because of a small amount of SiC. Furthermore, seizure occurred about 7 minutes after the start of the test. On the other hand, No. 16 had a crack in the forging process due to excessive SiC content. Elongation in the tensile test is small, and none of them is suitable as a brake disc material.

【0043】 No.17は、実質的に Al2O3分散質を含ま
ないため、常温および 300℃における引張強さが低い。
他方、No.18 は Al2O3分散質が過剰で鍛造工程で割れが
発生した。引張試験の伸びも小さく、これもブレーキデ
ィスク材として適当でない。
No. 17 has a low tensile strength at room temperature and 300 ° C. because it contains substantially no Al 2 O 3 dispersoid.
On the other hand, in No. 18, the Al 2 O 3 dispersoid was excessive and cracks occurred in the forging process. The elongation in the tensile test is small, which is not suitable as a brake disc material.

【0044】 No.19も鍛造で割れが発生している。こ
れは、マトリックスのアルミニウム合金が過剰なMgを含
む不適当なものであったためである。また、No.20 はMg
の含有量が少ないマトリックス合金を使用した例である
が、これは常温および 300℃における引張強さが低い。
No. 19 also has cracks due to forging. This is because the matrix aluminum alloy was inappropriate because it contained excessive Mg. No.20 is Mg
This is an example of using a matrix alloy having a low content of, but this has low tensile strength at room temperature and 300 ° C.

【0045】 No.21は、Al2O3 分散質を実質的に含ま
ないこと、およびコンポキャスト法では Al-Fe系金属間
化合物のような析出物が微細にならないこと、等が原因
で強度が低く、加熱時の軟化も大きい。
No. 21 has a strength that is substantially free of Al 2 O 3 dispersoids and that a precipitate such as an Al—Fe intermetallic compound does not become fine in the compocast method. And softening during heating is large.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明の複合材料は、アルミニウム合金
をマトリックスとするので鉄系材料に比較してはるかに
軽量で、熱伝導性にも優れる。しかも、実施例に示した
ように、高い強度を有し、耐摩耗性も優れている。この
複合材料は、鉄道車両のブレーキデイスク用としてきわ
めて好適なものである。
The composite material of the present invention is much lighter in weight and superior in thermal conductivity as compared with iron-based materials because it uses an aluminum alloy as a matrix. Moreover, as shown in the examples, it has high strength and excellent wear resistance. This composite material is very suitable for a brake disk of a railway vehicle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F16D 65/12 F16D 65/12 E (72)発明者 古谷 精市 大阪府大阪市此花区島屋5丁目1番109号 住友金属工業株式会社関西製造所製鋼品事 業所内 (72)発明者 坂口 篤司 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 牧野 泰三 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 渋江 和久 東京都港区新橋五丁目11番3号住友軽金属 工業株式会社内 (72)発明者 大久保 喜正 東京都港区新橋五丁目11番3号住友軽金属 工業株式会社内 (72)発明者 江崎 宏樹 東京都港区新橋五丁目11番3号住友軽金属 工業株式会社内 (72)発明者 大福根 康夫 東京都港区新橋五丁目11番3号住友軽金属 工業株式会社内────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F16D 65/12 F16D 65/12 E (72) Inventor Seiichi Furuya 5-1-1109 Shimaya, Konohana-ku, Osaka-shi, Osaka Sumitomo Metal (72) Inventor Atsushi Sakaguchi 4-5-33 Kitahama, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Sumitomo Metal Industries, Ltd. (72) Inventor Taizo Makino, Osaka-shi, Osaka 4-5-33 Kitahama-ku, Sumitomo Metal Industries Co., Ltd. (72) Inventor Kazuhisa Shibue 5-1-1-3 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Inside Sumitomo Light Metal Industries Co., Ltd. (72) Inventor Yoshimasa Okubo Minato-ku, Tokyo 5-11-3 Shimbashi Sumitomo Light Metal Industry Co., Ltd. (72) Inventor Hiroki Ezaki 5-11-3 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Sumitomo Light Metal Industry Co., Ltd. (72) Inventor Yasushi Daifukune Husband Within Sumitomo Light Metal Industry Co., Ltd., 5-1-1-3 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アルミニウム合金のマトリックスにセラミ
ックス粒子が分散した複合材料であって、セラミックス
粒子の平均粒径が1〜20μmであり、複合材料中のセラ
ミックス粒子の含有量が5〜30wt%であること、および
更にマトリックスに平均粒径1μm未満のAl2O3 分散相
質が0.01〜1 wt%含有されていることを特徴とする高強
度の鉄道車両ブレーキディスク用複合材料。
1. A composite material in which ceramic particles are dispersed in a matrix of an aluminum alloy, wherein the average particle size of the ceramic particles is 1 to 20 μm, and the content of the ceramic particles in the composite material is 5 to 30% by weight. it, and further a composite material for a railway vehicle brake disc of a high strength, characterized that the Al 2 O 3 dispersed phase substance having an average particle diameter of less than 1μm are contained 0.01 to 1 wt% in a matrix.
【請求項2】セラミックス粒子が、 SiC、Al2O3 、AlN
およびSi3N4 の中から選ばれた1種以上の粒子である請
求項1の鉄道車両ブレーキディスク用複合材料。
2. The method according to claim 1, wherein the ceramic particles are SiC, Al 2 O 3 , AlN.
2. The composite material for a railway vehicle brake disc according to claim 1, wherein the composite material is at least one particle selected from the group consisting of Si 3 N 4 and Si 3 N 4 .
【請求項3】マトリックスとなるアルミニウム合金が、
Mg: 2〜5wt%、Mn : 0.1〜1 wt%、Cr: 0.05〜0.35wt
%を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなる合金
である請求項1または請求項2の鉄道車両ブレーキディ
スク用複合材料。
3. An aluminum alloy serving as a matrix,
Mg: 2-5 wt%, Mn: 0.1-1 wt%, Cr: 0.05-0.35 wt
The composite material for a railway vehicle brake disk according to claim 1 or 2, wherein the alloy material comprises an alloy containing Al and inevitable impurities.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4066965A4 (en) * 2020-02-19 2023-12-13 Hunan Jintian Aluminum Hi Tech Co., Ltd Lightweight wear-resistant aluminum-based powder metallurgy composite material rail transit brake disc and preparation method therefor

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