KR0118772B1 - 차량의 브레이크디스크용 고탄소 흑연주철 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 브레이크 디스크용 편상흑연주철에 관한 것으로, 중량 %로 C : 3.7~3.9%, Si : 1.5~3.5%, Mn : 0.1~1.0%, Cu : 0.1~1.0%, Mn+Cu≤1.5%, P : 0.03~0.1%, Mo : 0.1~0.5%, Ni : 0.2~1.5%, 나머지는 Fe로 조성되어, 내열균열성과 내마모성이 우수하여 차량의 브레이크 디스크 제조용으로 사용되어 디스크의 내구수명을 향상시키는 효과가 있다.

Description

차량의 브레이크디스크용 고탄소 흑연주철

제1도는 본 발명의 실시예와 비교예에 의해 제조된 디스크 재료의 열피로시험 결과.

제2도는 본 발명의 실시예와 비교예에 의해 제조된 디스크 재료의 마모시험 결과이다.

본 발명은 차량의 브레이크디스크용 편상흑연주철에 관한 것으로, 특히 각종 차량의 브레이크디스크의 제조에 사용되는 내마모성 및 내열균열성이 우수한 고탄소 편상흑연주철에 관한 것이다.

일반적으로 디스크 브레이크는 마스터실린더에서 발생하는 유압을 이용하는 유압브레이크의 일종으로서, 회전하는 디스크에 마찰패드 또는 슈우를 밀어붙여 차량이 가지는 운동에너지를 열로 바꾸어 발산하므로써 제동력을 얻게 되는 것인 바, 상기 디스크는 브레이크 작동중에 마찰패드와의 마찰에 의한 상당한 열충격을 받게 되는 것이다.

더욱이 최근 승용차의 성능 향상 요구의 증대에 따라 브레이크 작동중의 부하가 크게 증가됨에 따라, 디스크가 받게 되는 열충격도 증가되어 디스크의 균열 발생률이 높아지고 있고 마모도 크게 증가하여 디스크의 사용 수명이 짧아지는 경향이 커졌다.

따라서 디스크의 사용수명을 연장하기 위해 편상흑연주철재(GC25재질)에 티타늄(Ti)등을 첨가하여 티타늄 카바이드와 같은 경질상을, 퍼얼라이트(pearlite)로 이루어진 기지 조직에 분포시켜 내마모성을 향상시키는 방법이 제안되고 있다.

그러나 이러한 방법에 의한 디스크는 내마모성만을 향상시킬 뿐 브레이크 작동시 발생되는 열을 충분히 발열시켜주지 못하므로써 열이 디스크에 집적되어 열균열에 발생되는 문제점에 대한 개선은 충분히 이루어지지 않고 있는 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄소성분을 증가시키고 합금원소를 적당히 첨가하여서 내열균열성 및 내마모성을 향상시킨 차량의 브레이크 디스크용 고탄소 편상흑연주철을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량의 브레이크 디스크용 고탄소 편상흑연주철은 C : 3.7~3.9중량%, Si : 1.0~3.0중량%, Cu : 0.1~1.0중량%, Mn+Cu≤1.5중량%, P : 0.03~0.1중량%, Mo : 0.1~0.5중량%, Ni : 0.2~1.5중량%, Ce : 0.001~0.1중량% 그리고 나머지는 Fe의 조성으로 이루어져 있다.

종래의 디스크재료가 낮은 탄소함량을 특징으로 하는 데 비해 본 발명에서는 탄소의 함량을 크게 증가시키므로써, 우수한 내열균열성 및 내마모성을 얻을 수 있어 차량의 브레이크디스크 제조용으로 사용되면 디스크의 내구수명을 향상시키는 효과가 있다.

상기 합금의 성분 및 조성 범위를 한정하는 이유는 다음과 같다.

C는 함량이 3.7중량% 이하인 경우 내마모성과 내열 균열성의 향상이 어렵고 3.9중량% 이상인 경우에는 키쉬 흑연(Kishy Graphite)과 같은 이상 흑연의 과다정출이 일어나 주조 결합발생율이 높아지므로 상기 조성범위로 제한한다.

Si은 1.0중량%에서는 기지조직을 백선화시키고, 3.0중량% 이상에서는 페라이트를 과다 석출시키므로 1.0~3.0중량% 이내로 제한한다.

Mn 및 Cu는 기지조직의 퍼얼라이트화 촉진원소로서, 기지조직을 강화시켜 내마모성의 향상에 기여한다.

단 두 성분원소의 첨가량이 각각 1.0중량% 이상인 경우 조직의 취화가 일어나므로 각각 그 첨가량을 0.1~1.0중량%로 제한하는 한편 두 성분원소의 첨가량의 합계를 1.5중량% 이내로 제한한다.

P은 주철의 기지조직내에서 스테다이트(steadite)라는 Fe-Fe₃C-Fe₃P의 저융점 3원 공정을 형성하므로써 재질의 취화를 일으키게 되므로, 그 첨가량의 범위를 0.03~0.1중량%로 제한한다.

Mo은 열간강도를 개선시켜 주는 원소로서, 0.1중량% 미만 첨가시에는 충분한 효과를 거둘 수 없고, 0.5% 이상 첨가시에는 기지조직내 셀 경계내에서 편석을 일으키므로, 그 함유량을 0.1~0.5중량%로 제한한다.

Ni은 내열균열성의 향상에 유효한 원소이며 기지조직을 치밀화시킨다. 또한 Mn,Cu,P 첨가에 의한 조직의 취성 증대 효과를 경감시켜 준다. 본 발명의 첨가범위를 0.2~1.0중량%의 범위로 첨가한다.

Ce은 본 발명의 디스크 재료의 성분범위는 고탄소 범위이므로 제조시 흑연의 형성이 키쉬흑연(C형의 조대 흑연)화 할 수 있으므로 흑연의 미세화 수단으로서 접종제로 미량 첨가하는 희토류 원소중의 하나로서, 0.1중량% 이상 첨가되면 구상흑연의 정출등의 편상흑연 조직의 불균일화가 일어나므로 그 첨가범위는 0.001~0.1중량%로 제한한다.

상기와 같은 높은 탄소범위에서 편상흑연주철을 주조할 경우, 종래 기술에서 알려진 바와 같이 재료의 인장강도가 저하되고, 조직내에서 흑연이 조대하게 정출되어 키쉬흑연의 발생으로 인해 재료의 성능 저하가 일어나므로, 보통의 경우 편상흑연주철의 주조범위를 낮은 탄소조성으로 관리하는 것이 바람직하다.

그러나 본 발명의 디스크는 작동중 강도에 의한 영향보다는 주기적으로 반복되는 열충격에 의해 크랙이 발생되어 전파되므로, 제동시 디스크에 발생되는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있게 한 것으로, 즉 브레이크 작동중 반복적으로 가해지는 열충격이 디스크내의 흑연을 통해 열의 전도가 일어나게 되므로 흑연을 통해 열의 전도가 일어나게 하여 발생된 열을 외부로 방출하게 되므로 흑연양이 많을수록 방출이 용이해져 균열의 원인이 되는 열의 집적을 줄어줄 수 있어 탄소의 함량을 오히려 증가시킨 것이다.

또한 본 발명의 디스크는 고탄소 범위에서 제조되더라도, 흑연이 조직내에서 고체 윤활제의 역할을 하기 때문에 내마모성을 향상시켜줄 수 있는 것이고, 여기에 합금원소를 소량 첨가하여 내마모성을 향상시키고 고탄소화에 따른 강도저하 효과를 줄여준다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

고주파 용해로에서 선철 또는 강고철등 장입재료를 배합하고, 표1의 성분으로 조정한 뒤 용해를 실시하여 용탕을 1500℃까지 승온한 후 레이들에 출탕하였다.

이어서 고탄소 용탕의 흑연을 미세화시키기 위하여 스트림(Fe-Si)접종 처리를 출탕시 1차 실시하고, 2차 접종제 예컨대 Ce와 같은 희토류원소가 함유된 접종제로 처리하였다.

이 접종처리된 용탕을 주형에 주입하여 직경 30mm, 길이 750mm의 표준시편을 제작하여, 하기 표2와 같이 기계적 성질을 시험하였다.

상기 본 발명의 실시예와 비교예를 통하여 종래의 디스크 재료와 비교하면 인장강도값에 있어서는 종래 재료의 경우 250~260N/mm²으로 비교적 높은 반면 본 발명의 경우 186~260N/mm²으로 비교적 낮다.

그러나 제1도의 열피로시험과 제2도의 마모시험을 통한 본 발명의 실시예와 비교예를 보면 본 발명의 재료가 내열균열성과 마모성능에 있어서 매우 우수함을 알 수 있다.

제2도의 내열 균열피로시험에서 열피로시험조건은 열사이클 : 600/260℃, 횟수 : 1000사이클이고, 마모시험에서 시험조건은 시편치수 : 30×30×8㎜, 마모시험기 : 정속식 마찰마모시험기, 마찰속도 : 16m/초, 부하 : 4kgf/㎠, 온도 : 150~250℃, 총거리 : 16km(4000초)이었다.

상기한 바에 따르면 본 발명의 고탄소 편상흑연주철은 내열균열성과 내마모성이 우수하여 차량의 브레이크 디스크 제조용으로 사용되어 디스크의 내구수명을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중량%로 C : 3.7~3.9%, Si : 1.5~3.0%, Mn : 0.1~1.0%, Cu : 0.1~1.0%, Mn+Cu≤1.5%, P : 0.03~0.1%, Mo : 0.1~0.5%, Ni : 0.2~1.5%, 0.001~0.1% Ce,나머지는 Fe로 조성되는 차량의 브레이크디스크용 고탄소 편상흑연주철.