JPS6196055A - 車両用鋳鉄制輪子 - Google Patents
車両用鋳鉄制輪子Info
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- JPS6196055A JPS6196055A JP21508284A JP21508284A JPS6196055A JP S6196055 A JPS6196055 A JP S6196055A JP 21508284 A JP21508284 A JP 21508284A JP 21508284 A JP21508284 A JP 21508284A JP S6196055 A JPS6196055 A JP S6196055A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cast iron
- friction
- brake shoe
- speed
- coefficient
- Prior art date
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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
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、改良された車両用鋳鉄制輪子に関するもので
ある。
ある。
[従来の技術]
鋳鉄制輪子は車両用ブレーキに古くから使われており、
近年の車両の高速化、メンテナンスの省力化の要請に対
応して高リン低合金鋳鉄制輪子、高マンガン鋳鉄制輪子
等が開発され実用化されている。しかし、車両のさらに
一層の高速化が進められている現状の中にあっては、そ
の高速摩擦性能は必ずしも十分なものとはいえない。
近年の車両の高速化、メンテナンスの省力化の要請に対
応して高リン低合金鋳鉄制輪子、高マンガン鋳鉄制輪子
等が開発され実用化されている。しかし、車両のさらに
一層の高速化が進められている現状の中にあっては、そ
の高速摩擦性能は必ずしも十分なものとはいえない。
一方、鋳鉄以外の材質としてレジン制輪子や焼結合金制
輪子が実用化され、軽量、低摩耗、高摩擦性能制輪子と
しての実績をあげているが、前者では寒冷地における降
積雪が作る低温湿潤条件下での摩擦係数が不安定化、相
手車輪に対して摩擦損傷を与え易い等の問題があり、後
者においても、積雪地での雪の抱きこみによるIIm係
歎0低下、相手車輪のフランジ部の直立摩耗をまねき易
くなる等の欠点を有する。これら問題点のほかに、前記
両者に共通する問題ではあるが、なかでも焼結合金制輪
子は、鋳鉄制輪子と比較してかなり高価であり、低価格
の制輪子の開発が望まれてきた。
輪子が実用化され、軽量、低摩耗、高摩擦性能制輪子と
しての実績をあげているが、前者では寒冷地における降
積雪が作る低温湿潤条件下での摩擦係数が不安定化、相
手車輪に対して摩擦損傷を与え易い等の問題があり、後
者においても、積雪地での雪の抱きこみによるIIm係
歎0低下、相手車輪のフランジ部の直立摩耗をまねき易
くなる等の欠点を有する。これら問題点のほかに、前記
両者に共通する問題ではあるが、なかでも焼結合金制輪
子は、鋳鉄制輪子と比較してかなり高価であり、低価格
の制輪子の開発が望まれてきた。
〔発明が解決しようとする問題点]
このような状況の中にあって鋳鉄制輪子の一段特性とさ
れる低価格、低温湿潤条件下での安定した摩擦特性およ
び相手車輪踏面への攻撃性が軽微であるといった良好な
特性を生かしながら、高摩擦係数、低摩耗特性を付与し
た新たな材料の開発が望まれている。
れる低価格、低温湿潤条件下での安定した摩擦特性およ
び相手車輪踏面への攻撃性が軽微であるといった良好な
特性を生かしながら、高摩擦係数、低摩耗特性を付与し
た新たな材料の開発が望まれている。
[問題点を解決するための手段J
鋳鉄制輪子に要求される一般特性とされる低価格、低温
湿潤条件下の安定した摩擦特性および相手車輪踏面への
攻撃性が軽微であるといった良好な特性を保持しながら
、高摩擦係数、低摩耗特性を有する材料について種々検
討を加えた結果、高リン鋳鉄をもととしてこれを高速用
に適合するように改善を行うことにより、新しい成分系
の材料に到達し高速車両用制輪子を開発した。
湿潤条件下の安定した摩擦特性および相手車輪踏面への
攻撃性が軽微であるといった良好な特性を保持しながら
、高摩擦係数、低摩耗特性を有する材料について種々検
討を加えた結果、高リン鋳鉄をもととしてこれを高速用
に適合するように改善を行うことにより、新しい成分系
の材料に到達し高速車両用制輪子を開発した。
すなはち、本発明は、鋳造後の化学成分としてC2,8
〜3.2%、S i 1.4〜1.7%、M n 0.
5〜IC%、P0.7〜0.9%、S<0.07%オヨ
ヒcu 0.8〜3.0%を含有し、これニCr 0.
2〜1.0%、T i 0.1〜0.5%、V0.1〜
1.0%のうち一部またはすべてを添加し残部がFeか
らなる車両用鋳鉄制輪子に関するものである。
〜3.2%、S i 1.4〜1.7%、M n 0.
5〜IC%、P0.7〜0.9%、S<0.07%オヨ
ヒcu 0.8〜3.0%を含有し、これニCr 0.
2〜1.0%、T i 0.1〜0.5%、V0.1〜
1.0%のうち一部またはすべてを添加し残部がFeか
らなる車両用鋳鉄制輪子に関するものである。
これまでの各種鋳鉄制輪子の研究・開発過程でステダイ
ト(F e −C−P系の三元共晶ン、セメンタイト等
の硬質相の鋳鉄組織中への導入は摩擦係数の向上と摩耗
率の低トに有効であることを以下のように理論および実
験により証明し、確認した。
ト(F e −C−P系の三元共晶ン、セメンタイト等
の硬質相の鋳鉄組織中への導入は摩擦係数の向上と摩耗
率の低トに有効であることを以下のように理論および実
験により証明し、確認した。
[作 用コ
まず制輪子のw1因・摩耗特性については、次のアモン
トンークーロン(Amontons−Cou Iomb
lの法則およびホルム(Hole)の法則によって定性
的に説明できろ。
トンークーロン(Amontons−Cou Iomb
lの法則およびホルム(Hole)の法則によって定性
的に説明できろ。
μ= −(11
σア
ρ
W = a −t21
σ = K H(3]
ここで、μ;摩擦係数、τ、;接触する相対面の軟らか
い方のせん断強さ、σ ;接触する相対面の軟らかい方
の圧縮降伏応力、W;摩耗率、ρ;荷重、H;表面硬さ
、α、に;正の定数
1制輪子として求められる摩擦係数μ
の向上は(1)式よゆ、τ、の上昇あるいはσ、の低下
によって得られる。 一方、Wの低下はρが一定とされ
るので(2)式によりHの増加つま吟(3)式によるσ
、の増加を意味するから、Wの減少を図りつつμの増加
を図るにはτ、がσ、の増加を補って余る程増大しなけ
れば達成できない。しかし一般の制輪子に用いる鋳鉄は
パーライト鋳鉄が多いが、この場合τ、。
い方のせん断強さ、σ ;接触する相対面の軟らかい方
の圧縮降伏応力、W;摩耗率、ρ;荷重、H;表面硬さ
、α、に;正の定数
1制輪子として求められる摩擦係数μ
の向上は(1)式よゆ、τ、の上昇あるいはσ、の低下
によって得られる。 一方、Wの低下はρが一定とされ
るので(2)式によりHの増加つま吟(3)式によるσ
、の増加を意味するから、Wの減少を図りつつμの増加
を図るにはτ、がσ、の増加を補って余る程増大しなけ
れば達成できない。しかし一般の制輪子に用いる鋳鉄は
パーライト鋳鉄が多いが、この場合τ、。
σ とも母組織のパーライトに関係して一義的に定まり
従ってτ、/σ、はほぼ一定となる。この乙とからτ、
のみを増大せしめるには、パーライトとは別の系の硬い
相を分散させる方法が必要となる。
従ってτ、/σ、はほぼ一定となる。この乙とからτ、
のみを増大せしめるには、パーライトとは別の系の硬い
相を分散させる方法が必要となる。
硬質相面積率と平均摩擦係数の関係を示すと第1図のよ
うになる。硬質相としては、第1表に示すようにステダ
イト、セメンタイト、金属炭化物等が考えられるが、括
弧内は微量であり、二次的な作用にあることを示す。
うになる。硬質相としては、第1表に示すようにステダ
イト、セメンタイト、金属炭化物等が考えられるが、括
弧内は微量であり、二次的な作用にあることを示す。
第1表
試料記号 硬質相 面 率 %)NH5B
−11ステダイト+(炭化物)2.1NH5G−12ス
テダイト+(炭化物)8.9NH57−4ステダイト+
(炭化物1 10.2US セメンタイト+(ス
テプイト) 24,6MDI ステダイト
11.9MD2 ステダイト+(炭化物
) 14.2SM ステダイト
24.6第1図によれば、硬質相の面積率が多くなると
平均摩擦係数が上昇することが説明される。またこの上
昇程度は、高速領域である程顕著になることも示してい
る。
−11ステダイト+(炭化物)2.1NH5G−12ス
テダイト+(炭化物)8.9NH57−4ステダイト+
(炭化物1 10.2US セメンタイト+(ス
テプイト) 24,6MDI ステダイト
11.9MD2 ステダイト+(炭化物
) 14.2SM ステダイト
24.6第1図によれば、硬質相の面積率が多くなると
平均摩擦係数が上昇することが説明される。またこの上
昇程度は、高速領域である程顕著になることも示してい
る。
ところで、さらに発明者らは、鋳鉄中におけろリン含有
景が増加すると摩擦係数は変動して、不安定になるので
実用的には好ましくない乙とを発見した。
景が増加すると摩擦係数は変動して、不安定になるので
実用的には好ましくない乙とを発見した。
この事実を説明するものが第2図〜第13図であり、そ
れぞれの成分につきNHO(第2図〜第5図1.MDI
(第6図〜第9図IJJ、i2/sM(第10図〜第1
3図)の35.65.95および125km/hのブレ
ーキ初速度から減速する過程における瞬間III擦係数
μの変化を示しており、高速の95および125に++
/hではブレーキ回数を各5回、低速の35および65
km/hではブレーキ回数を各10回行ったことを示す
(但し1〜5回の測定値は図が複雑になるのではぷいた
)。
れぞれの成分につきNHO(第2図〜第5図1.MDI
(第6図〜第9図IJJ、i2/sM(第10図〜第1
3図)の35.65.95および125km/hのブレ
ーキ初速度から減速する過程における瞬間III擦係数
μの変化を示しており、高速の95および125に++
/hではブレーキ回数を各5回、低速の35および65
km/hではブレーキ回数を各10回行ったことを示す
(但し1〜5回の測定値は図が複雑になるのではぷいた
)。
第2図〜第13図によって示されているこのような変動
は、硬質相を受持つステダイトが制動時に制輪子と相手
側の車輪踏面の間で溶着、再融屏をくり返すために生じ
るものと考えられ、ステダイト固有の現象であるので実
用的なステダイト量としては面積率で15%程度がその
限度となり、これを含有率に換算すると1%が限度とな
る。
は、硬質相を受持つステダイトが制動時に制輪子と相手
側の車輪踏面の間で溶着、再融屏をくり返すために生じ
るものと考えられ、ステダイト固有の現象であるので実
用的なステダイト量としては面積率で15%程度がその
限度となり、これを含有率に換算すると1%が限度とな
る。
そこで、高速領域の摩擦性能を向上させるためには、他
の硬質相の導入を図る必要がある。この観点から発明者
らは例えば後記の第2表に代表例として示したような広
範な成分等についての制動特性を継続的に測定・検討し
た。この結果、この硬質相を補うものとして、セメンタ
イト相の導入と金属炭化物の分散析出が有効であること
が判明した。
の硬質相の導入を図る必要がある。この観点から発明者
らは例えば後記の第2表に代表例として示したような広
範な成分等についての制動特性を継続的に測定・検討し
た。この結果、この硬質相を補うものとして、セメンタ
イト相の導入と金属炭化物の分散析出が有効であること
が判明した。
第2表
直上−NHONH37−7US MD−I S
MT、C,3,5El 3.04 3.35 2,7
2 2.80G、C,2,912,041,911,9
82,35Si 1.82 1,58 1,28
1,54 1.56Mn 0.530,741,2
10,730,64P 0.0840,750,3
20,873,0O30,0590,045G、095
0.0540.10?Cu −0,950,1
7−0,069Cr −0,270,54−0,
084T i −0,19−0,099V
−0,18−0,057 C,E、’ 4,19 3,75 3,86 3,4
5 4.07硬さ[HB] 170 239
269 253 2Q2備考 普通 高P低
中P高 高P 超高P鋳鉄 合金8″ Mn 章: C,+仁、=C96+S i%/3+P%/4*
*:接種処理 しかし、前者を利用したときには、セメンタイトを硬質
相の主体として含有する制輪子のam係数が低速領域で
高く保持されているが、中速領域以上となるとこれが急
激に低下する乙と、およびセメンタイトはきわめて高硬
度の物質であるため大量にこれを含有するものは、車輪
踏面に著しい損傷を与えろ可能性があることが考えられ
ろ。
MT、C,3,5El 3.04 3.35 2,7
2 2.80G、C,2,912,041,911,9
82,35Si 1.82 1,58 1,28
1,54 1.56Mn 0.530,741,2
10,730,64P 0.0840,750,3
20,873,0O30,0590,045G、095
0.0540.10?Cu −0,950,1
7−0,069Cr −0,270,54−0,
084T i −0,19−0,099V
−0,18−0,057 C,E、’ 4,19 3,75 3,86 3,4
5 4.07硬さ[HB] 170 239
269 253 2Q2備考 普通 高P低
中P高 高P 超高P鋳鉄 合金8″ Mn 章: C,+仁、=C96+S i%/3+P%/4*
*:接種処理 しかし、前者を利用したときには、セメンタイトを硬質
相の主体として含有する制輪子のam係数が低速領域で
高く保持されているが、中速領域以上となるとこれが急
激に低下する乙と、およびセメンタイトはきわめて高硬
度の物質であるため大量にこれを含有するものは、車輪
踏面に著しい損傷を与えろ可能性があることが考えられ
ろ。
このことから従って、セメンタイトを高速車両用制輪子
の硬質相として利用することは困難である。
の硬質相として利用することは困難である。
次に金属炭化物の分散析出を利用することは、金属炭化
物がセメンタイトに比較して硬さや融点が高く、高温領
域では第3表が示す通り安定であり、その分散は細かく
かつ均一となり車輪踏面を削るように作用するので、路
面での熱影響はかなり軽減される。
物がセメンタイトに比較して硬さや融点が高く、高温領
域では第3表が示す通り安定であり、その分散は細かく
かつ均一となり車輪踏面を削るように作用するので、路
面での熱影響はかなり軽減される。
添加する合金元素は母相鋳鉄への影響を考慮してクロム
、チタン、バナジウムを選択することが考えられる。
、チタン、バナジウムを選択することが考えられる。
第3表
融点 ℃) 硬さくHv)
TrC32503200
VC28302800
Cr、C21895
Cr7C31200〜1600
クロムの使用は、鋳鉄の81城的性質を改善するがセメ
ンタイト安定化元素であるので、その添加範囲を0.2
〜1,0%とした。 チタンは黒鉛化促進と同時に黒鉛
を微細化させる効果があり耐熱、耐摩鋳鉄に利用されろ
元素で添加範囲は01〜05%とした。バナジウムは強
い黒鉛化阻害作用を持ち、セメンタイトを安定化すると
同時に黒鉛を微細かつ均一に分散させる働きをもち、そ
の添加範囲は01〜1.0%が適当である。
ンタイト安定化元素であるので、その添加範囲を0.2
〜1,0%とした。 チタンは黒鉛化促進と同時に黒鉛
を微細化させる効果があり耐熱、耐摩鋳鉄に利用されろ
元素で添加範囲は01〜05%とした。バナジウムは強
い黒鉛化阻害作用を持ち、セメンタイトを安定化すると
同時に黒鉛を微細かつ均一に分散させる働きをもち、そ
の添加範囲は01〜1.0%が適当である。
[実 施 例]
以下、実施例により、第2表、第14図をもとにしてさ
らに説明する。
らに説明する。
第2表に示した、各成分系の制輪子を試験に供し、これ
らの制動特性を第14図に示した。この中で、当該発明
に関わるものはNH37−7であセメンタイトを主な硬
質相とするUSは初速度が低速領域であるとき**fh
数が高いが、ブレーキ初速度が65に麟/hとなると急
激に低下し、ブレーキ初速度が95 km/ hとなる
とNHOより若干高いのみで、高速時の摩擦係数が01
以下となり著しい制動距離の伸長をもたらす。これはU
Sの硬質相が主にセメンタイトで構成され、セメンタイ
トは、1130℃程度で溶融するが、ステダイトに比較
して熱伝導係数がはるかに大きいため、jiIIilI
熱の影響に対する感度が大きくなることによると思われ
る。
らの制動特性を第14図に示した。この中で、当該発明
に関わるものはNH37−7であセメンタイトを主な硬
質相とするUSは初速度が低速領域であるとき**fh
数が高いが、ブレーキ初速度が65に麟/hとなると急
激に低下し、ブレーキ初速度が95 km/ hとなる
とNHOより若干高いのみで、高速時の摩擦係数が01
以下となり著しい制動距離の伸長をもたらす。これはU
Sの硬質相が主にセメンタイトで構成され、セメンタイ
トは、1130℃程度で溶融するが、ステダイトに比較
して熱伝導係数がはるかに大きいため、jiIIilI
熱の影響に対する感度が大きくなることによると思われ
る。
これに対して、第2表で燐を087%含み、その他の合
金元素を含まないMDIは摩擦係数降下速度がlJs、
NHoのブレーキ初速度35 k+++/ h〜65
k+++/ hが、高速側のブレーキ初速度65kM/
h〜95 km/ h と変わ抄、これば燐の含有量
が多い程、高速側へ移動することが、NH0.USおよ
びSMに示される。
金元素を含まないMDIは摩擦係数降下速度がlJs、
NHoのブレーキ初速度35 k+++/ h〜65
k+++/ hが、高速側のブレーキ初速度65kM/
h〜95 km/ h と変わ抄、これば燐の含有量
が多い程、高速側へ移動することが、NH0.USおよ
びSMに示される。
しかし前述したように、含燐量を余り多くすると摩擦係
数が不安定となるので実用的には好ましくない。これを
補うためCr、Ti、V等の合金元素を各々0.2%程
度添加したNH37−7はMDIと比較してブレーキ初
速度65〜95kIII/hでの摩擦係数の落ち込みが
ゆるやかとなりUSとSMの中間程度の値となることが
第14図に示される。
数が不安定となるので実用的には好ましくない。これを
補うためCr、Ti、V等の合金元素を各々0.2%程
度添加したNH37−7はMDIと比較してブレーキ初
速度65〜95kIII/hでの摩擦係数の落ち込みが
ゆるやかとなりUSとSMの中間程度の値となることが
第14図に示される。
[発明の効果]
この結果NH37−7で示される、合金元素を添加した
高燐鋳鉄制輪子は、高速での摩擦係数を高く保持するこ
とができてブレーキ初速度が高い場合の制動距離低減に
効果的である。従って高速車両用制輪子として有効な特
性をもつものといえす る。
高燐鋳鉄制輪子は、高速での摩擦係数を高く保持するこ
とができてブレーキ初速度が高い場合の制動距離低減に
効果的である。従って高速車両用制輪子として有効な特
性をもつものといえす る。
第1図は硬質相の面積率と摩1察係数の関係を示すグラ
フ、第2図〜第13図は各種の化学成分、硬さを有する
代表的な標本の瞬間摩擦係数を示したグラフ、第14図
は各成分系のブレーキ初速度と摩擦係数の関係を示した
グラフである。
フ、第2図〜第13図は各種の化学成分、硬さを有する
代表的な標本の瞬間摩擦係数を示したグラフ、第14図
は各成分系のブレーキ初速度と摩擦係数の関係を示した
グラフである。
Claims (1)
- 鋳造後の化学成分としてC2.8〜3.2%、Si1.
4〜1.7%、Mn0.5〜1.0%、P0.7〜0.
9%、S<0.07%およびCu0.8〜3.0%を含
有し、これにCr0.2〜1.0%、Ti0.1〜0.
5%、V0.1〜1.0%のうち一部またはすべてを添
加し残部がFeからなる車両用鋳鉄制輪子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21508284A JPS6196055A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | 車両用鋳鉄制輪子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21508284A JPS6196055A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | 車両用鋳鉄制輪子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6196055A true JPS6196055A (ja) | 1986-05-14 |
JPH0364592B2 JPH0364592B2 (ja) | 1991-10-07 |
Family
ID=16666450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21508284A Granted JPS6196055A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | 車両用鋳鉄制輪子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6196055A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63183150A (ja) * | 1987-01-22 | 1988-07-28 | Railway Technical Res Inst | 用途別制輪子用特殊鋳鉄 |
JPH01252755A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-09 | Ueda Brake Kk | 車両用合金鋳鉄制輪子 |
GB2274827A (en) * | 1993-02-03 | 1994-08-10 | Hitachi Ltd | lift brakes |
WO1999013122A1 (en) * | 1997-09-09 | 1999-03-18 | Federal-Mogul Technology Limited | Disc brake rotor with a grey cast iron composition |
JP2002098251A (ja) * | 2000-09-21 | 2002-04-05 | Kayaba Ind Co Ltd | 圧力制御弁 |
-
1984
- 1984-10-16 JP JP21508284A patent/JPS6196055A/ja active Granted
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63183150A (ja) * | 1987-01-22 | 1988-07-28 | Railway Technical Res Inst | 用途別制輪子用特殊鋳鉄 |
JPH01252755A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-09 | Ueda Brake Kk | 車両用合金鋳鉄制輪子 |
GB2274827A (en) * | 1993-02-03 | 1994-08-10 | Hitachi Ltd | lift brakes |
GB2274827B (en) * | 1993-02-03 | 1996-09-25 | Hitachi Ltd | Emergency stop device for elevator and elevator |
WO1999013122A1 (en) * | 1997-09-09 | 1999-03-18 | Federal-Mogul Technology Limited | Disc brake rotor with a grey cast iron composition |
JP2002098251A (ja) * | 2000-09-21 | 2002-04-05 | Kayaba Ind Co Ltd | 圧力制御弁 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0364592B2 (ja) | 1991-10-07 |
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