KR19980069885A - Brake disc material with excellent fatigue strength - Google Patents

Brake disc material with excellent fatigue strength Download PDF

Info

Publication number
KR19980069885A
KR19980069885A KR1019970038257A KR19970038257A KR19980069885A KR 19980069885 A KR19980069885 A KR 19980069885A KR 1019970038257 A KR1019970038257 A KR 1019970038257A KR 19970038257 A KR19970038257 A KR 19970038257A KR 19980069885 A KR19980069885 A KR 19980069885A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cast iron
brake disc
fatigue
ncm
value
Prior art date
Application number
KR1019970038257A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100269009B1 (en
Inventor
아라이기요시
하야미즈가즈시게
이노우에리키야
Original Assignee
마에다유키오
가부시키가이샤구리모토뎃코쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마에다유키오, 가부시키가이샤구리모토뎃코쇼 filed Critical 마에다유키오
Publication of KR19980069885A publication Critical patent/KR19980069885A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100269009B1 publication Critical patent/KR100269009B1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/02Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12Discs; Drums for disc brakes
    • F16D65/125Discs; Drums for disc brakes characterised by the material used for the disc body

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

차량의 고속화등과 함께 브레이크 디스크재의 피로강도의 향상이 요구된다.In addition to increasing the speed of the vehicle, improvement of the fatigue strength of the brake disc material is required.

종래, 브레이크 디스크재로서 정평이 나 있는 Ni, Cr, Mo 첨가의 저합금의 편상흑연계주철재(NCM 주철)에, Sn+ Sb+ Cu의 합계를 0.01-0.50, Al:0.01-0.10을 더 첨가하여 미세층의 기지를 형성하고, 또한, C 중량%+[4.23-(Si 중량%/3.2)] 으로 산출되는 탄소포화도(Sc치)를 0.82-0.91의 범위로 하였다. 제3지표로서 관리의 매체로 고른 Sc치에 있어서는 내열균열성에 있어서 적어도 NCM 주철의 수준 또는 그 이상을 유지할 수 있는 것과, 인장·압축피로한에 있어 NCM 주철을 능가할 수 있는 것이 양립하는 범위에서 한정하여, 복잡하게 착종한 내열균열성, 인장강도, 인장·압축피로한의 각 요소사이의 이상적인 평형관계를 특정하였다.Conventionally, 0.01-0.50 and Al: 0.01-0.10 are further added to a total of Sn + Sb + Cu to a low alloy flake graphite cast iron (NCM cast iron) of Ni, Cr, and Mo addition as a brake disc material. The base of the layer was formed, and the carbon saturation (Sc value) calculated from C% by weight + [4.23- (Si% by weight / 3.2)] was set in the range of 0.82-0.91. In the Sc value selected as the management medium as the third indicator, it is limited in the range that it can maintain at least the level of NCM cast iron or higher in thermal crack resistance and that it can exceed NCM cast iron in tensile and compressive fatigue. Thus, the ideal equilibrium relationship between the complex thermally cracked resistance, the tensile strength, and the tension and compression fatigue factor was identified.

Description

피로강도가 우수한 브레이크 디스크재Brake disc material with excellent fatigue strength

본 발명은 철도차량용등으로 적용되어, 특히 피로강도의 레벨 업이 요구되는 브레이크 디스크재에 관한 것이다.The present invention is applied to railroad cars and the like, and more particularly relates to a brake disc material which requires a level up of fatigue strength.

철도차량용 등의 디스크 브레이크방식에 적용되는 브레이크 디스크재로서는 순간적으로 상대재인 브레이크 슈(예를들면 Cu계 소결합금재 혹은 레진계 라이닝재)와의 고압하의 접동작용에 의해서 급열급냉을 되풀이하는 매우 이상한 사용조건에 견딜 수 있는 것이 가장 중요한 요건이고, 반복적으로 열부하를 받음에 따라 접동면의 재질적인 내성을 넘어 미세한 열균열이 발생한다. 이 열균열은 보통, 브레이크 디스크재가 원판형상에 성형되어 있는 것부터, 차축이 끼워져 통하는 중앙을 중심으로 한 원주방향에 대하여 방사상으로 점차 신장해 가는 것이 일반적인 경향이고, 균열의 길이와 깊이가 한도를 넘으면 브레이크 디스크자체를 분단하는 우려를 부정할 수 없으므로, 정기적인 검사에 있어서 균열의 깊이와 길이와 개수를 측정하여, 미리 설정된 검사기준치에 달하면 폐기처분하여 신품과 교환하도록 정하고 있다.As a brake disc material that is applied to a disc brake system such as a railroad car, a very strange use that repeats rapid quenching and cooling by instantaneous high-pressure sliding action with a brake shoe (e.g., Cu-based sintered alloy material or resin-based lining material). The ability to withstand the conditions is the most important requirement, and as the heat load is repeatedly applied, fine thermal cracking occurs beyond the material resistance of the sliding surface. This thermal crack usually tends to be formed in a disc shape, and gradually expands radially with respect to the circumferential direction centered on the center of the axle shaft. When the length and depth of the crack exceeds the limit, Since the risk of dividing the brake disc itself cannot be denied, the depth, length and number of cracks are measured at regular inspections, and when the predetermined inspection standard value is reached, it is decided to dispose of it and replace it with a new one.

한편 브레이크 디스크재는 실차의 각차바퀴를 양측에서 기압하는 형태로 장착되어 있어, 브레이크조작을 할 때마다 반복적으로 열응력이 집중하는 부분이 특정하다는 형상적인 특징도 있다. 이 경우, 예를 들면 볼트 체결부등의 고정부분에 응력이 집중하는 것은 물리적으로 피할 수 없고, 열응력의 집중이 되풀이되면 그 부분을 중심으로한 금속피로가 축적되어 피로 분할 등의 결함으로서 나타나는 것도 금속학의 원칙으로서 항상 경고되는 케이스에 해당한다.On the other hand, the brake disc material is mounted in the form of pressurizing each wheel of the actual vehicle from both sides, and there is also a characteristic feature that the portion where the thermal stress is concentrated repeatedly is specified every time the brake operation is performed. In this case, concentration of stress on a fixed part such as a bolt fastening part, for example, cannot be physically avoided. When concentration of thermal stress is repeated, metal fatigue centered around the part accumulates and appears as a defect such as fatigue splitting. As a principle of metallurgy, it is a case that is always warned.

한편, 브레이크 디스크재로서는 내열변형성도 구비하고 있는 것도 필요조건의 하나이고, 반복급열, 급냉에 의해서 영구변형이 나타나 원래 평활한 원반형상에 가공한 접동면에 휘어짐이 생기면 , 균일한 면접촉을 방해하여 브레이크특성에 현저한 저하가 시작되므로 이 점도 또한 브레이크 디스크재로서 선택의 조건을 한정하는 하나의 요소로 들 수 있다. 브레이크 디스크재로서 요구되는 성질은 이와 같이 복잡하게 서로 관련되어 있기 때문에, 단일의 조건으로 정리하는 것은 어렵지만, 이것들의 요소를 중축에 설치하여 최선의 브레이크 디스크재를 모색하면, 결국, 현재 실용화되어 있는 브레이크 디스크재로서 주철재를 주체로 채용하여, 그 주철재를 베이스로서 단점을 고치고, 장점을 늘리기 위해서 수많은 개발과 실험이 계속 반복되어 온 경위를 엿볼 수 있다.On the other hand, the brake disc material is also one of the prerequisites, which is also provided with heat deformation resistance, and if the permanent deformation occurs due to repeated rapid cooling and quenching, and the bending surface occurs in the sliding surface originally processed on the smooth disk shape, the uniform surface contact is prevented. Therefore, since the remarkable fall in brake characteristics starts, this viscosity is also an element which limits the selection conditions as the brake disc material. Since the properties required as brake disc materials are so complexly related to each other, it is difficult to organize them in a single condition. However, when these elements are placed on a central axis to find the best brake disc materials, they are currently in practical use. As a brake disc material, cast iron is mainly used, and the cast iron is used as a base to fix the disadvantages, and to increase the advantages, a number of developments and experiments have been repeated.

가장 대표적인 브레이크 디스크재로서 구국철의 재래선 및 신간선의 차량에 적용되어 온 재질은 구국철 규격·JRS 번호 12209호-1에 근거하는 보통주철(이하「FC280」이라함)과 동일한 JRS 번호12209-2에 근거하는 Ni, Cr, Mo를 적량 첨가한 저합금주철(이하 「NCM 주철」이라함)등을 들 수 있다. 어느것이나 편상흑연계주철로 분류되어, 제동시에 적절하고, 또한, 안정된 마찰계수와 저마모특성을 나타내고, 주철계이므로 경제적으로도 유리하고, 주로 FC280은 재래선에, 또한, NCM 주철은 신간선의 개통당초부터 독점적으로 적용되어 재질적인 요인에 근거하는 사고를 초래하는 일없이 높은 신뢰성을 바탕으로 장기간 전용적으로 사용되어 왔다.The most representative brake disc material, which has been applied to vehicles of old and new lines of old national railways, is the same JRS No. 12209-2 as common cast iron (hereinafter referred to as "FC280") based on old national railway standards and JRS No. 12209-1. And low alloy cast iron (hereinafter referred to as "NCM cast iron") in which Ni, Cr, and Mo are added in an appropriate amount. All of them are classified as flake graphite cast irons, which are suitable for braking, exhibit stable friction coefficient and low wear characteristics, and are economically advantageous because they are cast irons, mainly FC280 for conventional wires, and NCM cast iron for opening of Shinkansen. It has been applied exclusively since the beginning and has been used exclusively for a long time with high reliability without causing an accident based on material factors.

브레이크 디스크로서 실용화되어 있는 편상흑연계 주철 중에서도 현시점에서 가장 평가가 높은 브레이크특성을 구비하고 있는 것이 NCM 주철이다. NCM 주철의 재료적인 특징으로부터 우수한 브레이크특성을 관련지어 보면 , 이 재료의 조직중의 편상흑연의 형상은 의도적으로 크게 성장되고 있기때문에, 제동시의 열응력을 흡수하거나 완충하는 작용이 우수하고, 한편, 흑연성장에 따르는 기계적성질의 저하를 Ni, Cr, Mo의 첨가에 의해서 강화시켜, 내열균열성과 기계적성질의 양기능을 다른 편상흑연계 주철보다도 우월하게 하여, 종래의 재래선이 FC280재를 주체로 하고 있던 실태로부터 한 걸음 진행시켜 차량고속화에 따르는 브레이크 디스크재로서 상응한 재질로 개변한 점에 획기적인 진전이 있었다고 인정된다 .Among the flake graphite cast irons practically used as brake discs, NCM cast iron has the highest evaluation characteristics at the present time. From the material characteristics of the NCM cast iron, the superior braking characteristics of the NCM cast iron are intentionally increased in the shape of flake graphite in the structure. The reduction of mechanical properties due to graphite growth is enhanced by the addition of Ni, Cr, and Mo, which makes both thermal cracking resistance and mechanical properties superior to other flake graphite cast irons. It is admitted that there was a breakthrough in the fact that the brake discs were made in accordance with the fact that the vehicle was being speeded up and changed into the corresponding materials.

오늘의 철도사업의 추세를 보면 분명히 장거리 열차운행에 있어서는 항공기와의 심한 경합을 하게되어, 한층더한 고속화, 한층더한 쾌적성, 한층더한 안전성이 살아 남기위한 유일한 수단이 되어, 또한 차량 각 부재의 소모갱신에 따르는 운전경비의 우열도 JR 민영화에의 이행과 동시에 중요한 키 포인트로 되어있다. 브레이크조작에 대해서도 비상정지 브레이크속도의 고속화, 주행성안정화를 위한 브레이크조작의 다용이 발전하여 사용조건이 가혹해지는 데다가, 경제성을 중시하여 교환 기간의 연장이 요청되어, 가혹한 조건하에서 내용기간의 연장이라는 이중의 기술적과제에 직면한 상태에 있다.The trend of today's railway business clearly shows that there is severe competition with aircraft in long-distance train operation, and that the higher speed, more comfort, and more safety are the only means to survive and the consumption of each member of the vehicle. The superiority of driving expenses along with the renewal is an important key point at the same time as the transition to JR privatization. As for the brake operation, the speed of emergency stop brake speed is increased and the versatility of brake operation for stabilization of driving performance is developed, and the conditions of use are severe, and the economical period is called for extension of the replacement period. Is facing technical challenges.

이러한 브레이크조작은 브레이크 디스크재를 직격하는 열부하를 증대시켜 접동면에 발생하는 열균열의 증가에 박차를 가함과 동시에, 브레이크 디스크의 형상인자로부터 열응력이 반복집중하는 부위, 즉, 설치부분인 볼트 체결부등의 피로 분할도 문제시되도록 되었다. 이와 같이 브레이크 디스크재의 브레이크 디스크특성의 향상, 구체적으로는 보다 가혹한 조건에 놓인 브레이크 디스크의 내열균열성을 향상시켜 피로파괴를 막아서 경제적으로도 경합에 견딜 수 있는 재질의 개발이 급무로 되어, 이미 이전부터 시도된 NCM 주철을 베이스로서 더욱 향상시킨 브레이크 디스크재의 개발을 목적으로 한 종래 기술도 포함시키면 상당한 개선책이 제시되어 공개되어 있는 것은 사실이다.This brake operation increases the heat load directly on the brake disc material, spurs the increase of thermal cracks generated on the sliding surface, and at the same time, the portion where the thermal stress is repeatedly concentrated from the shape factor of the brake disc, that is, the bolt that is an installation part. Fatigue splitting of fasteners, etc. is also a problem. As such, the development of brake disc properties of brake disc materials, specifically, the heat cracking resistance of brake discs placed under more severe conditions, to prevent fatigue fracture and to economically compete with competition, has been rapidly developed. It is true that significant improvements have been proposed and disclosed by including the prior art for the purpose of developing brake disc materials which further improved the NCM cast iron as a base.

편상흑연계주철재에 속하는 브레이크 디스크재의 브레이크특성의 향상으로서는 기지의 강화와 흑연형상의 변경의 두개의 흐름이 종래 기술의 주체로 되어있듯이 해석된다 . 예를 들면 특공소47-1872호공보는 NCM 주철로 총칭되는 저합금주철의 선편을 붙인 원점이 되는 공개기술로 해석되지만, 편상흑연주철재로서의 성분범위는 중량% 로 하여 Ni:1.0-2.0, Cr:0.3-0.6, Mo:0.3-0.5를 첨가하고, 용탕을 1500-1600℃까지 승온하여 흑연핵을 거의 소실한 백선상으로 한 뒤에, 출탕시에 Ca - Si, Fe - Si를 용탕에 첨가(접종)하여 의편상흑연조직으로 하는 것을 나타내고 있다. 그러나, 브레이크 디스크재의 내열균열성으로서 의편상흑연형상, 예를 들면 고구마벌레형상의 구불구불한 주철이 편상흑연보다도 우수하다고 하는 견해에 대해서는 최근의 연구나 실적으로 보더라도 반드시 동의할 수 없다.As the improvement of the brake characteristics of the brake disc member belonging to the flake graphite cast iron material, two flows of strengthening the matrix and changing the graphite shape are interpreted as the main subjects of the prior art. For example, Publication No. 47-1872 is interpreted as an open technology that is a starting point of a low alloy cast iron collectively referred to as NCM cast iron, but the component range of flake graphite cast iron is Ni: 1.0-2.0, Cr: 0.3-0.6, Mo: 0.3-0.5 are added, the molten metal is heated to 1500-1600 ° C to form a white line almost disappearing graphite nuclei, and then Ca-Si and Fe-Si are added to the molten metal at the time of tapping. (Inoculation) to form a flaky graphite tissue. However, in view of recent studies and achievements, the opinion that the twisted cast iron of the flaky graphite shape, for example, sweet potato beetle shape, as the thermal crack resistance of the brake disc material is superior to the flaky graphite is not necessarily agreed.

한편, 주철기지의 강도나 인성을 높여 내열균열성의 향상에 결부시키고자 하는 개발은 브레이크 디스크재개선의 주류를 차지하여, 상기의 NCM 주철을 베이스로 한 다수의 수단이 개시되어 있다. 예를 들면, 특개평7-127675호공보의 종래 기술로서는, Ni:1.50-3.00, Mo:1.0-2.5, Ce:0.01-0.03, V:0.2-0.30(각중량%)의 성분에 의해서 베이나이트 기지에 다량의 편상흑연을 석출한 브레이크 디스크재를 제안하여, 고강도의 기지와 편상흑연의 석출에 의해서 내열균열성을 향상시켰다고 강조하고 있다.On the other hand, development to increase the strength and toughness of cast iron bases and to improve the thermal crack resistance has taken the mainstream of the improvement of the brake disc, a number of means based on the above-mentioned NCM cast iron is disclosed. For example, as the prior art of JP-A-7-127675, bainite is formed by a component of Ni: 1.50-3.00, Mo: 1.0-2.5, Ce: 0.01-0.03, and V: 0.2-0.30 (each weight%). The brake disc material which precipitated a large amount of flake graphite at the base is proposed, and the stress crack resistance is improved by the high strength of the matrix and precipitation of the flake graphite.

한편, 특개소59-133347호공보에서는 Ni: 2.0-4.0, Mo:1.0-3.0, V:0.35이하, Ce:0.04이하(각중량%)의 성분에 의해서 기지조직의 미세화등의 강화를 꾀하여 내열균열성의 향상을 도모하였다. 기타, 편상흑연주철에 Ni, Mo를 첨가하여 냉각능의 높은 주형에 주탕하고 또한 고온에서 형 분해를 하던지, 냉각능이 낮은 주형에 주탕하여 상온에서 형 분해를 하는 등 주입이나 형분해의 조건을 바꿔 기지조직을 자유롭게 제어하려고 하는 특개평6-65673호공보, 빠른 분해에 의한 마르텐사이트 + 베이나이트 조직의 기지로 하는 특공소59-22780호공보, 또는 오스테나이트 + 베이나이트 조직으로 하는 특개소60-157528호공보, 오스텐퍼 처리에 의해서 베이나이트 조직으로 하는 특개소64-62412호공보등 다방면에 걸친다.On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-133347 discloses heat resistance by strengthening the microstructure of the matrix structure by the components of Ni: 2.0-4.0, Mo: 1.0-3.0, V: 0.35 or less and Ce: 0.04 or less (each weight percent). The crack property was improved. In addition, by adding Ni and Mo to flake graphite cast iron, it is poured into a mold with high cooling capacity, and it is mold-degraded at high temperature or mold is cast by low-cooling mold. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-65673 attempting to control the base structure freely, Special Publication No. 59-22780 serving as a base of martensite + bainite structure by rapid decomposition, or Japanese Patent Application Laid-Open No. 60- JP 157528 and JP-A-64-62412, which are bainite structures, are covered in various aspects.

그러나, 이와 같이 단지 주철기지의 강도의 향상에 의해서 결과적으로 내열균열성에 직접 결부되는 것이면, 기지의 강화로 초점을 좁혀서 보다 유효한 기술적수단을 시도하면 좋지만, 사실은 반드시 그와 같은 단락적인 관계에 없고, 기지강화에 의해서 확실하게 내열균열의 향상에 직결한다는 보증은 없다. 상기한 종래 기술의 일부에는 재료의 피로한의 향상이 내열균열성의 향상과 완전히 정합한다는 전제에 서서 실험을 진행시킨 예도 있지만, 주철재는 한편으로 열충격을 흡수하는 편상흑연의 존재가 불가결하고, 다른쪽에 흑연이 일종의 감마재의 기능을 다하고 내마모성도 우수하여, 그 대신에 기지를 강화할수록 고경도가 되어 내충격성이 열화되고 취성이 증대하여 균열의 진행을 촉진한다는 배반하는 양면을 더불어 구비하고 있어, 단순한 기지의 강화가 바로 내열균열성의 향상에 직결하는 것을 한정한다. 보다 신중하게 제3의 변수를 매체로서 그 인장강도, 인장·압축피로한 및 내열균열성 사이의 복잡한 규범을 취해 나가는 것이 과제해결의 요건이 된다 .However, if it is only as a result of the improvement of the strength of the cast iron base as a result directly connected to the heat cracking resistance, it is good to narrow the focus to strengthening the base and try more effective technical means, but the fact is not necessarily such a short-circuit relationship. However, there is no guarantee that the strengthening of the matrix directly leads to the improvement of the heat crack. Some of the above-described prior art experiments have been conducted under the premise that the fatigue improvement of the material is fully matched with the improvement of the thermal crack resistance, but the cast iron material, on the one hand, is indispensable in the presence of flake graphite, which absorbs thermal shock. Graphite is a kind of antifriction material and has excellent abrasion resistance. Instead, it has high hardness, and as it strengthens the base, it has high hardness and deteriorates impact resistance, increases brittleness and promotes the progress of cracking. Reinforcement of is limited directly to the improvement of thermal crack resistance. More carefully, taking a complex norm between the tensile strength, tensile and compressive fatigue, and thermal crack resistance as a medium with the third parameter becomes a requirement for solving the problem.

재력의 강화만으로 과제가 해결되는 것이면, 최근 시행되고 있는 단강제의 브레이크 디스크가 가장 우월하다는 추리도 성립된다 . 그렇지만, 이 경우에는 피로강도와 내열균열성에 있어서는 분명히 주철계보다도 우위에 서는 것을 예상할 수 있는 반면, 브레이크작용중의 마찰계수의 불안정함이나 사용의 반복과 동시에 현저한 누적영구변형을 피할수 없는 것도 용이하게 추정할 수 있으니까, 점점 더 고속화되는 차량의 브레이크 디스크로서 일률적으로 높은 평가는 내리기 어렵고, 편상흑연의 존재가 열충격을 완충하여, 일종의 감마재의 기능도 구비하는 특성을 근거로 하는 원리원칙으로부터 대조하면, 갑작스럽게는 추장하기 어려운 중요한 난점을 잠재하는 가능성도 불식하기 어렵다.If the problem is solved only by strengthening the financial strength, the inference that the forged steel brake discs are the most superior in recent years is established. In this case, however, the fatigue strength and the thermal crack resistance can be expected to be superior to the cast iron system. On the other hand, a significant cumulative permanent deformation cannot be avoided at the same time as the instability of the friction coefficient during brake operation or repeated use. As it can be easily estimated, it is hard to make a uniformly high evaluation as a brake disc of an increasingly fast vehicle, and the contrast of the principle based on the characteristic that the presence of flake graphite buffers the thermal shock and also has a function of a kind of gamma material If so, it is hard to ignore the possibility of latent potential difficulties that are difficult to recommend.

본 발명은 이상의 관점에 선 브레이크 디스크재의 개발의 역사로부터, 종래 기술로서 가장 안정된 평가를 얻고 있는 NCM 주철을 원점에 두고, 모든 종래 기술과는 다른 매체를 통해 복잡한 상관을 평형시킨 이상적인 재료성분의 유도에 의해서 과제를 해결하는 신규인 브레이크 디스크재의 제공을 목적으로 한다.From the history of the development of sun brake disc materials, the present invention has the origin of NCM cast iron, which has gained the most stable evaluation as a prior art, and derives an ideal material component that balances complex correlation through a medium different from all the prior arts. It is an object of the present invention to provide a novel brake disc material which solves the problem.

(과제를 해결하기 위한 수단)(Means to solve the task)

본 발명에 관한 피로강도에 우수한 브레이크 디스크재는, 중량% 로 하고 C :3.10-3.45, Si:1.10-1.50, Mn:0.60-1.00, Ni:1.00-2.00, Cr:0.30-0.60, Mo:0.30-0.50, P:0.16이하, S:0.12이하의 것 외에, Sn+ Sb+ Cu의 합계를 0.01-0.50, Al:0.01-0.10을 함유하여 잔부가 Fe 로 이루어지고, 또한, 탄소포화도(Sc치)= C 중량%+[4.23-(Si 중량%/3.2)]로 산출되는 탄소포화도가 0.82-0.91의 범위에 한정되는 것에 따라 상기한 과제를 해결하였다.The brake disc material which is excellent in the fatigue strength concerning this invention is made into the weight%, and is C: 3.10-3.45, Si: 1.10-1.50, Mn: 0.60-1.00, Ni: 1.00-2.00, Cr: 0.30-0.60, Mo: 0.30- In addition to 0.50, P: 0.16 or less, and S: 0.12 or less, the total content of Sn + Sb + Cu contains 0.01-0.50 and Al: 0.01-0.10, with the balance being Fe, and carbon saturation (Sc value) = C The above-mentioned problems were solved as the carbon saturation calculated by weight% + [4.23- (Si weight% / 3.2)] is limited to the range of 0.82-0.91.

상기 각 구성원소의 브레이크 디스크재로서 구비해야 할 기능과의 관련에서 함유량의 상한, 하한의 한정이유를 설명한다.The reason for limitation of the upper limit and the lower limit of the content will be described in relation to the function to be provided as the brake disc material for each member.

① C:3.1중량% 이하의 경우에는 흑연화촉진원소인 Al을 첨가하고 있지만 브레이크 디스크재의 핀부(브레이크 디스크는 방열성을 높이기위해서 접동면의 반대측에 다수의 방사상핀을 설치한다)등의 박육부가 칠(chill)화하기 쉽고 변형저항의 저하나 내열균열성이 열화하고, 반대로 3.45중량%를 넘으면 탄소포화도(이하 단지「Sc치」라고 한다)의 균형이 구체적으로 서술하는 바와같이 깨져서 흑연량을 과대하게 잃고, 재료의 인장강도가 명확하게 저하하여 인장·압축피로한의 개선에 역행하는 원인을 형성한다.① In case of C: 3.1% by weight or less, Al, which is a graphitization promoting element, is added, but thin parts such as pin parts of brake disc materials (brake discs are provided with a large number of radial pins on the opposite side of the sliding surface to increase heat dissipation). If it is easy to be chilled and the deformation resistance and the thermal cracking resistance are deteriorated, on the contrary, if it exceeds 3.45% by weight, the balance of carbon saturation (hereinafter referred to simply as "Sc value") is broken as described in detail, and the amount of graphite is broken down. It loses excessively and the tensile strength of a material falls clearly, and forms the cause contrary to the improvement of tension and compression fatigue.

② Si:Sc치와의 관련으로 C와 같은 거동을 나타내고, 함유량이 1.0중량% 미만일 때는 칠화하기 쉽고, 변형저항의 저하나 내열균열성의 열화를 유발한다. 반대로 1.50중량%를 넘으면, 흑연량이 과대해져 인장강도가 저하되어 인장·압축피로한의 개선이 불가능해진다.② It exhibits the same behavior as C in relation to the Si: Sc value, and when the content is less than 1.0% by weight, it is easy to be painted, causing a decrease in deformation resistance and deterioration of thermal crack resistance. On the contrary, when it exceeds 1.50 weight%, graphite amount will become excessive and tensile strength will fall, and improvement of tensile and compression fatigue is impossible.

③ Mn:0.60중량% 미만일 때는 용탕의 탈류, 탈산이 불충분해져, 1.00중량%를 넘으면 칠화의 경향을 나타내 브레이크 디스크재로서의 내열균열성, 내열변형성이 열화한다.③ When Mn is less than 0.60% by weight, the molten metal is insufficiently deflowed and deoxidized. When it exceeds 1.00% by weight, it tends to be lacquered, resulting in deterioration of thermal cracking resistance and heat deformation as brake disc material.

④ P:0.16중량%를 넘으면 인의 공정물을 생성하여 취하가 생기기때문에 동치를 상한으로 한다.④ If P: 0.16% by weight, the process of phosphorus is produced and withdrawal occurs.

⑤ S:0.12중량%를 넘으면 결정입계에 S가 편석하여 취하의 원인이 되기때문에 동치를 상한으로 정한다.⑤ If S: exceeds 0.12% by weight, S will be segregated at grain boundary and cause dropping.

본 발명에 관한 브레이크 디스크재의 원점은 NCM 주철을 출발점으로 한다. 따라서 NCM 주철과 같은 합금성분의 첨가는 기본적인 전제이다.The starting point of the brake disc material according to the present invention is NCM cast iron as a starting point. Therefore, the addition of alloying elements such as NCM cast iron is a basic premise.

① Ni:1.00중량% 미만일 때는 기지조직의 펄라이트가 조대화하여 인장강도의 저하가 오고, 반대로 2.00중량%를 넘으면 기지조직이 마르텐사이트하기 쉽게 되어 NCM 주철의 특징인 내열균열성에 악영향을 끼친다.① When Ni: less than 1.00% by weight, the pearlite of the matrix becomes coarse, and the tensile strength decreases. On the contrary, when it exceeds 2.00% by weight, the matrix becomes liable to martensite, which adversely affects the heat cracking resistance characteristic of NCM cast iron.

② Cr:펄라이트를 미세화하여 고온강도의 유지에 효과가 있지만, 탄화물형성능이 높기때문에 0.60중량%를 넘으면 탄화물이 석출하여 인장·압축피로한이 저하된다.(2) Cr: It is effective in maintaining high-temperature strength by miniaturizing pearlite, but because of its high carbide forming ability, when it exceeds 0.60% by weight, carbides are precipitated and the tensile and compressive fatigue limit is reduced.

③ Mo:펄라이트조직의 미세화에 의한 고온강도의 향상 외에, 소량첨가라도 열전도성을 증대하고 열응력억제에 유효하지만, 0.50중량%를 넘으면 흑연화를 저해하고, 또한, 탄화물을 형성하여 내열균열성을 열화시키는 원인이 되기때문에 동치로서 상한으로 정한다.③ Mo: In addition to improving the high temperature strength by miniaturization of pearlite structure, even small additions increase thermal conductivity and are effective for suppressing thermal stress. However, when Mo: exceeds 0.50 wt%, graphitization is inhibited and carbides are formed to form thermal cracking resistance. Because it causes deterioration of, the upper limit is defined as the equivalent.

본 발명의 기술적특징의 하나는 종래 기술의 브레이크 디스크재의 레벨을 능가하는 브레이크특성을 얻는 점에 있어, 구체적으로는 적어도 종래의 NCM 주철이 보유하는 탁월한 내열균열성은 유지한 채로 더욱 인장강도와 인장·압축피로한이 잘 균형하여 향상하고 철도차량의 고속화와 브레이크 디스크제동의 빈발화에 대응하고자 하는 점에 있다. 그 때문에 종래 기술에는 인지되지 않은 새로운 첨가성분과, 새로운 지표에 의한 요소간의 상대적인 관리수법을 도입한 것을 특징으로 하지만, 우선, 첨가성분부터 설명한다.One of the technical features of the present invention is to obtain a brake characteristic that exceeds the level of the brake disc material of the prior art. Specifically, at least the excellent thermal crack resistance possessed by the conventional NCM cast iron is maintained, and the tensile strength and tension Compression fatigue is well balanced and improved, and it is intended to cope with the high speed of railroad cars and frequent brake disc braking. Therefore, although the relative management method between the new additive component and the element by a new index which were not recognized by the prior art was introduce | transduced, it demonstrates first from an additive component.

① Sn, Sb, Cu 중에서 선택한 1종 또는 2종이상의 성분으로서, 그 합계량이 0.01로부터 0.50중량%를 함유하는 것을 특징으로 한다. Sb, Sn은 0.01% 정도의 단독첨가라도 미세층상 펄라이트의 안정화에 현저한 효과를 나타내는 것이 이미 알려지고 있다. 또한, Cu는 흑연화촉진원소인 것은 잘 알려져 있지만, 또한 Mn과 공존시킨 경우에는 펄라이트의 안정화원소로서 작용하는일도 알려지고 있다. 그러나, 이것들의 성분을 다량으로 첨가했을 때에는 취성이 있는 화합물이 형성되고, 충격치등 인성의 저하가 오므로 복합첨가의 상한을 0.50중량%로 한정하였다.(1) One or two or more components selected from Sn, Sb, and Cu, and their total amount contains from 0.01 to 0.50% by weight. It is already known that Sb and Sn exhibit a remarkable effect on the stabilization of fine layered pearlite even when added alone at about 0.01%. Moreover, although Cu is known to be a graphitization promoter, it is also known to act as a stabilizing element of pearlite when coexisted with Mn. However, when a large amount of these components were added, brittle compounds were formed, and toughness such as impact value was lowered, so the upper limit of the compound addition was limited to 0.50% by weight.

② Al:이 원소는 흑연화촉진원소로서 현저한 작용을 나타내는 것이 주지이지만, 다른 성분, 특히 C, Si 및 그 함유량에 의해서 결정되는 Sc치와의 관련성을 충분히 고려해야만 한다. 즉, 비교적 Sc치를 낮은 레벨로 억제한 뒤에 또, 원하는 편상흑연의 형상을 유지하기 위해서는 0.01% 이상의 첨가를 요건으로 하지만, 다량의 첨가는 취하의 원인이 되기 때문에 0.10%를 상한으로 정하였다.(2) Al: It is well known that this element has a remarkable effect as a graphitization accelerator, but it must be fully considered the relation with Sc value determined by other components, especially C, Si and its content. That is, after suppressing the Sc value at a relatively low level and adding the 0.01% or more to maintain the shape of the desired flaky graphite, 0.10% is set as the upper limit because the addition of a large amount causes dropping.

이미 서술하였듯이 고속차량에 사용하는 브레이크 디스크재의 브레이크특성의 개발은 단지 각 성분원소의 상한, 하한을 제시한 것만으로 결정되는 것이 아니다. 브레이크특성은 인장강도와 인장·압축피로한과 내열균열성과의 복잡한 상관성으로부터 유도하여야 하여, 단순한 성분한정과 단순한 물리적시험에 의해서만 평가하면, 반드시 실차에 사용한 테스트와의 괴리에 괴로워하는 것은 필정이다. 출원인은 풍부한 브레이크 디스크재의 개발과 현장테스트와의 관련성을 알고 애쓴 긴 경험을 살려, 제3지표로서 주물재의 원점에 있는 Sc치에 주목하여, 후술하는 많은 모의적인 확성테스트를 되풀이한 후, 놀랄만한 경향을 찾아내었지만, 이 인식은 아직 몇 사람에 의해서도 예상되지 않았던 완전히 신규의 기술적소견이다. 과제해결의 수단으로서 대단히 독창적인 시험결과를 모은 원칙은 다음과 같다. 또한, 이러한 원칙에 도달하는 근거가 된 데이타는 다음 항의 실시형태에서 명시한다.As described above, the development of the brake characteristics of the brake disc material used for the high speed vehicle is not determined by simply presenting the upper limit and the lower limit of each element. Brake characteristics should be derived from the complex correlation between tensile strength, tensile and compressive fatigue resistance and thermal cracking resistance, and if evaluated only by simple component limitations and simple physical tests, it is necessary to suffer from the difference between the tests used in the actual vehicle. Applicants made use of the long experience of knowing the relationship between the development of abundant brake disc materials and field tests, paying attention to the Sc value at the origin of the casting material as the third indicator, and after repeating many simulated amplification tests described below, Although the trends have been identified, this perception is a completely new technical finding that has not yet been anticipated by some people. The principle of gathering highly original test results as a means of solving the task is as follows. In addition, the data on which this principle is reached are specified in the embodiments of the following paragraphs.

본 발명의 기본적인 목표는 어디까지나 종래 기술로서 가장 안정된 평가가 있는 NCM 주철을 상회하는 브레이크특성을 구비한 신재질의 개발이다. 즉, 신재질의 평가는 전부 Sc치와의 비교에 따라서 하는 것을 기준으로 한다. 도2는 가로축에 Sc치, 세로축에 인장강도를 플롯한 관계도이고, 본 발명재는 어떤 Sc치에 있어서도 종래 기술의 대표인 NCM 주철을 능가하는 것, 또 그 중에서도 Sc치의 증가와 동시에 거의 직선적으로 비례하여 인장강도가 저하하기를 계속하는 것이 확인된다 .The basic objective of the present invention is the development of a new material having a brake characteristic exceeding NCM cast iron, which is the most stable evaluation as the prior art. That is, the evaluation of all new materials is based on comparison with Sc value. Fig. 2 is a relation diagram of plotting Sc teeth on the horizontal axis and tensile strength on the vertical axis, and the present invention is superior to NCM cast iron, which is representative of the prior art, in any Sc tooth, and above all, almost linearly with increasing Sc value. It is found that the tensile strength continues to fall proportionally.

도 1로서는 가로축에 인장강도, 세로축에 인장·압축피로한을 플롯한 관계도이고, 본 발명은 어떤 인장강도에 있어서도 NCM 주철을 능가하여, 동일치의 인장강도이더라도 인장·압축피로한이 우수한 것을 명시하고 있다. 이것부터 삼단논법적으로 말하면 본 발명품은 한정성분의 범위내이면 반드시 NCM 주철을 능가하지만, 그 속에 있더라도 특히 Sc치가 낮을수록 인장·압축피로한이 향상한다고 하는 상관을 유도할 수 있다.FIG. 1 is a relational diagram of tensile strength on the horizontal axis and tensile / compression fatigue on the vertical axis, and the present invention is superior to NCM cast iron in any tensile strength, indicating that the tensile and compression fatigue is excellent even at the same tensile strength. have. From this point of view, in the three-stage method, the present invention necessarily surpasses the NCM cast iron within the range of the limited component, but even if it is present, the lower the Sc value, the lower the tensile and compression fatigue limit can be derived.

한편 도 3은 가로축에 열충격반복수, 세로축에 열균열길이를 플롯한 관계도이고, 내열균열성을 Sc치의 범위와의 관련에 있어서 나타낸 것이다. 이 도면에 의하면 본 발명품은 NCM 주철과 내열균열성 그자체에 있어서는 거의 변하지 않고, 더구나, 그 사이에서 더욱 상세히 분석하면, Sc치가 높을수록 내열균열성이 우수하여 종래 기술의 NCM 주철을 능가하는 시료도 인지되지만, Sc치의 저하와 동시에 이 우위성을 잃고, 어떤 범위를 넘으면 우열이 역전하는 것이 파악되었다.On the other hand, Fig. 3 is a relationship diagram in which the thermal shock repetition number is plotted on the horizontal axis and the thermal crack length on the vertical axis, and the thermal crack resistance is shown in relation to the range of Sc values. According to this figure, the present invention hardly changes in NCM cast iron and the thermal crack resistance itself, and furthermore, in more detail, the higher the Sc value, the better the thermal crack resistance and superior to the conventional NCM cast iron. It is also recognized, but it is understood that the superiority reverses when the Sc value is lost and this superiority is lost, and when a certain range is exceeded.

즉, 상기한 한정성분의 범주에 속하더라도, Sc치가 클수록, 바꾸어 말하면 C , Si가 높을수록 인장강도는 저하하지만, 절대치에 있어 NCM 주철을 크게 능가하여 저하하는 변화도 NCM 주철의 그것보다도 크다. 한편, 인장강도가 높을수록 인장·압축피로한이 높고, 이것도 절대치에 있어 NCM 주철을 능가한다. 그런데 내열균열성에 있어서는 반대로 Sc치가 높을수록 내성이 높고, Sc치가 낮은 어느 한도에 있어서는 NCM 주철이 역전한다. 이것은 내열균열성은 브레이크 디스크의 접동면전면에 거의 균일히 분산하여 부하하는 열응력에 의해서 지배되어 점차 진행해 가는데 대하여, 인장·압축피로한은 내열균열성의 원인의 일부로는 될 수 있다손 치더라도, 오히려 브레이크 디스크의 설치부등 열충격이 반복집중하는 부분에 축적하여 결국 파탄 등 시인할 수있는 현상이되어 비로소 나타난다고 보는 것이 타당하다. 따라서 인장·압축피로한과 내열균열성, 또는 인장강도와 내열균열성을 단순히 단락하여 배합 개량하는 종래의 수법에는 실차의 운전시에 작용하는 외력을 분석하는 데에 있어서 또한, 불충분 했던 것은 아닌가라고 말하지 않을 수 없다. 이 인과관계를 정리한 결과, 본 발명에서는 Sc치의 범위를That is, even if it falls within the category of the above-mentioned limited component, the larger the Sc value, in other words, the higher the C and Si, the lower the tensile strength. However, the change that greatly exceeds and degrades the NCM cast iron in absolute value is larger than that of the NCM cast iron. On the other hand, the higher the tensile strength, the higher the tensile / compression fatigue limit, which also exceeds the NCM cast iron in absolute value. On the contrary, the higher the Sc value, the higher the resistance, and the lower the Sc value, the lower the NCM cast iron. This is because the crack cracking resistance is almost uniformly distributed over the sliding surface of the brake disk and is controlled by the thermal stress of the load, and the tensile cracking fatigue can be a part of the cause of the crack cracking resistance. It is reasonable to think that it accumulates in the area where the thermal shock is repeatedly concentrated, such as the installation part of the disk, and eventually appears to be a phenomenon that can be recognized, such as breaking. Therefore, the conventional technique of simply shortening and improving tensile and compressive fatigue resistance and thermal cracking resistance or tensile strength and thermal cracking resistance is not sufficient in analyzing the external force acting when driving a real vehicle. There is no way. As a result of summarizing this causal relationship, in the present invention,

① 내열균열성에 있어서 적어도 NCM 주철의 수준 또는 그 이상을 유지할 수 있는 범위인 것① It is a range that can maintain at least the level of NCM cast iron or more in thermal crack resistance.

② 인장·압축피로한에 있어서 NCM 주철을 능가할 수 있는 범위인 것의 두가지 점에서 0.82-0.91로 한정하였지만, 그 근거는 다음 항에서 서술한다.② Although it is limited to 0.82-0.91 in two points that it can exceed NCM cast iron in tension and compression fatigue limit, the basis is described in the following paragraph.

도 1은 본 발명과 비교재의 인장·압축피로한을 도시한 도표이다.1 is a diagram showing the tensile and compressive fatigue limit of the present invention and the comparative material.

도 2는 본 발명과 비교재의 인장강도를 도시한 도표이다.Figure 2 is a diagram showing the tensile strength of the present invention and the comparative material.

도 3은 본 발명과 비교재의 내열균열성을 도시한 도표이다.3 is a diagram showing the heat crack resistance of the present invention and the comparative material.

도 4는 본 발명과 대표적인 종래 기술의 성분범위(C, Si, Mn)의 비교도이다.4 is a comparison of the component ranges (C, Si, Mn) of the present invention and representative prior art.

도 5는 본 발명과 대표적인 종래 기술의 성분범위(Ni, Mo, Cr, V)의 비교도이다.5 is a comparison of the component ranges (Ni, Mo, Cr, V) of the present invention and representative prior art.

표1은 본 발명의 실시형태와 비교를 위해 수치한계를 근거로 한 비교예의 성분 및 Sc치의 일람표이다.Table 1 is a list of components and Sc values of the comparative example based on the numerical limits for comparison with the embodiment of the present invention.

발명재의 화학성분(%)Chemical Composition of Inventive Materials (%) CC SiSi MnMn NiNi CrCr MoMo Sn+Sb+CuSn + Sb + Cu Sc치Sc teeth 비교재 1Comparative material 1 3.103.10 1.101.10 0.640.64 1.701.70 0.420.42 0.350.35 0.170.17 0.7980.798 본 발명재 1Inventive Material 1 3.173.17 1.231.23 0.790.79 1.331.33 0.300.30 0.370.37 0.150.15 0.8240.824 본 발명재 2Inventive Material 2 3.243.24 1.211.21 0.730.73 1.681.68 0.370.37 0.300.30 0.280.28 0.8410.841 본 발명재 3Inventive Material 3 3.273.27 1.471.47 0.600.60 2.002.00 0.530.53 0.410.41 0.220.22 0.8670.867 본 발명재 4Inventive Material 4 3.353.35 1.351.35 0.840.84 1.491.49 0.410.41 0.390.39 0.410.41 0.8790.879 본 발명재 5Inventive Material 5 3.433.43 1.371.37 0.650.65 1.861.86 0.390.39 0.500.50 0.360.36 0.9020.902 비교재 2Comparative material 2 3.453.45 1.501.50 0.980.98 1.021.02 0.600.60 0.450.45 0.490.49 0.9170.917 전부 P를 0. 16%이하, S를0. 12%이하를 함유하여 0.91≥Sc≥0.82In total, P is less than 16% and S is less than 0%. 0.91≥Sc≥0.82 with 12% or less

표 1에 있어서 비교재1은 Sc치가 0.798이고, 도3에서 도시한 바와 같이 종래 기술의 NCM 주철재보다 약간 낮다. 종래재와 적어도 동등 또는 그 이상을 유지하는 것에는 Sc치가 0.82이상을 요하여 이 값이 Sc치의 하한이 된다 . 한편, 비교재2는 Sc치가 0.917이고, Sc치를 높이면 내열균열성은 향상되지만 피로강도에 관계되는 인장강도는 도 2에서 나타내는 것 같이 JRS 번호12209-1로 요구되는 인장강도 28Kgf/㎟≒ 275 N/㎟이상을 만족하게 되지 않기때문에 상한치를 0.91로 하고, 결국 Sc치의 범위를 0.82≤ Sc치≤ 0.91로 한정하는 것으로 하였다.In Table 1, Comparative Material 1 has a Sc value of 0.798 and is slightly lower than that of the prior art NCM cast iron as shown in FIG. Maintaining at least equivalent to or more than conventional materials requires a Sc value of 0.82 or more, which is the lower limit of the Sc value. On the other hand, the comparative material 2 has a Sc value of 0.917, and if the Sc value is increased, the thermal crack resistance is improved, but the tensile strength related to the fatigue strength is the tensile strength required by JRS No. 12209-1 as shown in Fig. 2 28 Kgf / mm 2 ≒ 275 N / Since the upper limit value was 0.91, the upper limit value was 0.91, and the range of the Sc value was finally limited to 0.82≤ Sc value≤ 0.91.

종래 기술의 전형인 NCM 주철이나, 이미 서술한 주된 공개기술과 본 발명재와의 주요한 성분범위에 한한 비교를 모은 것이 도4및 도5이다. 도에 있어서 ①은 특공소47-1872호공보에 관한 NCM 주철의 원형이 되는 종래 기술이고, ②는 특개평6-65673호공보, ③는 특개평7-127675호공보, ④는 특개소59-133347호공보를 각각 나타내고, 본 발명의 한정성분과 함께 각 성분마다 열거하였다.Fig. 4 and Fig. 5 show a comparison of the NCM cast iron, which is typical of the prior art, and the main component range of the presently disclosed main technology and the present invention. In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a conventional technique that becomes a prototype of NCM cast iron in the Japanese Patent Application No. 47-1872, ② Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-65673, ③ Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-127675, and ④ Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-. No. 133347 is shown, and it enumerates for each component with the limited component of this invention.

도면으로부터도 현저한 경향으로서 인지되듯이, C, Si는 다른 종래 기술에 비교하면 저위에 있어, Sc치의 저하에 근거하는 흑연형상의 악화를 Al의 첨가에 의해서 보충하는 한편, 인장·압축피로한의 향상이라는 본 발명의 주목적의 달성에 유효한 성분으로 있다. 첨가하는 합금원소에 대해서는 원형인 ① NCM 주철의 범주를 특히 바꾸지 않고, 과거의 탁월한 실적을 그대로 답습지속하는 자세로 시종 하고 있지만, ②, ③, ④에서 열심히 의도된 V의 첨가에 있어서는 완전히 고려밖으로 하고 있다. 원래 주철과 같이 C 량이 극히 높은 재질에 있어서는, 강력한 탄화물형성원소인 V의 첨가는 일반적인 내마모성의 향상에는 가장 유효이지만, 반복열충격에 의한 금속피로의 개선에 대해서는 대단히 신중해야만 하고, 내열균열성의 향상에 대해서도 의문이 없는 것은 아니다.As can be seen from the drawing as a remarkable tendency, C and Si are lower than those of the prior art, and the deterioration of the graphite shape based on the reduction of the Sc value is compensated by the addition of Al, while the tensile and compressive fatigue limit is improved. It is an ingredient effective in achieving the main object of this invention. For the alloying elements to be added, the original ① NCM cast iron is not changed especially, and the excellent performance of the past is kept as it is. Doing. In the case of materials such as cast iron, which have a very high C content, the addition of a strong carbide forming element, V, is most effective for improving general wear resistance, but it has to be very careful for improvement of metal fatigue by repeated thermal shock, and for improvement of thermal crack resistance. The question is not without it.

인장강도나 거기에 관련하는 피로파괴테스트에 관해 논하기 위해서는, 필드에서 실주행하고 있는 브레이크 디스크의 실체강도를 재현할 수 있는 시험편에 의해서 효과를 확인하지않으면 의도한 재료개발로부터 인연이 먼 것으로 되기 쉽다. 보통, 철도차량에 사용하는 브레이크 디스크는 좌우양면에 상대하는 약20mm 두께의 접동면지판부를, 구조체로서의 강도유지 및 접동면에의 냉각효과를 갖게 할 목적에서 방사상으로 나란히 선 핀을 다수 돌설구조로 이루어진다. 그래서 실체품의 모듈러스를 산정, 혹은 응고시 근처의 냉각속도를 실측하여, 이들 응고조직을 율칙(律則)하는 인자가 실체품에 유사한 공시재의 형상을 인장강도와 현미경조직의 확인에 의해 실험적으로 구하여 공시재의 형상을 결정하였다.To discuss the tensile strength and the fatigue failure test associated therewith, it is likely that ties will be far from the intended material development unless the effect is confirmed by a test piece that can reproduce the actual strength of the brake disc running in the field. In general, brake discs used in railway vehicles have a sliding surface plate part of approximately 20 mm thickness corresponding to both left and right sides, and a plurality of pins radially arranged side by side in order to maintain strength as a structure and to have a cooling effect on the sliding surface. Is done. Therefore, the modulus of the actual product is calculated or measured by the cooling rate near the solidification time, and the shape of the specimen similar to the actual product is determined experimentally by the confirmation of tensile strength and microscopic structure. The shape of the specimen was determined.

공시재의 성분은 표1에 나타낸 대로이고, 우선, 도2와 같이 인장강도과 Sc치와의 관계를 NCM 주철과의 비교에서 확인하여, 다음에 도1에 결과를 도시한 바와 같이 인장강도가 다른 시료(즉 Sc치가 다른 시료)마다 양 방식 인장-압축피로시험을 하였다. 시험조건은The components of the specimens are as shown in Table 1. First, as shown in Fig. 2, the relationship between the tensile strength and the Sc value was confirmed by comparison with the NCM cast iron, and then, as shown in Fig. 1, the samples having different tensile strengths. (I.e., samples having different Sc values) were subjected to both types of tensile-compression fatigue tests. Test condition

시험기 : 유압서브피로시험기Tester: Hydraulic Sub-Fatigue Tester

시험편 형상 : 10㎜ø원주형태시험편Test piece shape: 10 mm circumferential test piece

제어방식 : 하중제어-양 방식 인장·압축Control method: Load control-both tension / compression

반복속도 : 20 HzRepetition Rate: 20 Hz

이고 인장강도로 정리할 수 있는 상관을 얻을 수 있어, 인장강도와 마찬가지로 NCM 주철에 우월하는 피로강도의 개선된 신소재의 확인을 실현하였다. 내열균열성에 있어서는 도3과 같이 출원인보유의 원주시험편에 의한 반복열충격 시험으로 열피로를 슈미레트하여 평가하였다. 시험조건은The correlation which can be summarized by the tensile strength was obtained, and the identification of the improved new material of the fatigue strength superior to the NCM cast iron was realized like the tensile strength. In the thermal crack resistance, as shown in Fig. 3, the thermal fatigue was evaluated by Schirret in a repeated thermal shock test by the applicant's circumferential test specimen. Test condition

시험편 형상 : 25ømm× 25 H의 원주시험편Test piece shape: circumferential test piece of 25 ømm x 25 H

열충격방법 : 고주파유도가열에 의해서 최고가열온도로 급열하여, 도달후,즉시 물샤워로 급냉한다. 승온15초, 최고가열온도780℃, 반복수300회.Thermal Shock Method: Rapidly heats up to the highest heating temperature by high frequency induction heating, and after that, it is quenched with water shower immediately. Temperature increase 15 seconds, maximum heating temperature 780 ℃, repeated water 300 times.

판정법 : 가장 급수냉되는 원주표면에 생긴 열균열을 집계하고 (긴균열에서 10개), 발생상황을 누적검토.Judgment method: Count the thermal cracks on the circumferential surface of the most water-cooled (10 long cracks), and cumulatively examine the occurrence.

로, 그 결과는 이미 서술한 대로 한정한 성분범위 중의 한정한 Sc치에 있어서 내열균열성이 NCM 주철과 적어도 동등 또는 우월하여, 인장강도와 인장·압축피로한에 있어서 대폭 능가하는 것을 확정한 것이다.As a result, the results indicate that the thermal crack resistance is at least equal to or superior to that of NCM cast iron in the limited Sc value in the limited component range as described above, and greatly exceeds the tensile strength and the tensile and compression fatigue.

실제의 브레이크특성을 확인하기위해서 중량%로 하고 C:3.3, Si:1.3, Mn 0.6, Ni:1.5, Cr:0.4, Mo:0.4,(Sn+ Sb+ Cu):0.40의 성분으로 재래선에서 실제로 사용되어 있는 브레이크 디스크를 용제하여, 실주행을 상정한 두께(20 mm)와 한계두께(10mm)에 있어서의 벤치테스트(17회 임의시험, 시험최고처음속도135 km/hr)를 실시하여 브레이크특성의 변화를 확인하였다. 그 결과, 현용 논아스베스트계 라이닝재2종에 대하여, 평균마찰계수 fms, fmt의 어느쪽도 저속으로부터 고속까지 현용 NCM 주철과 동등하고, 제동성에 대하여 변하지 않는 보증이 인정되었다.In order to confirm the actual brake characteristics, the weight percentage is used and C: 3.3, Si: 1.3, Mn 0.6, Ni: 1.5, Cr: 0.4, Mo: 0.4, (Sn + Sb + Cu): 0.40 are actually used in conventional lines. Brake discs were melted and bench tests (17 random tests, maximum initial speed of test 135 km / hr) at the thickness (20 mm) and limit thickness (10 mm) assuming actual driving were carried out to change the brake characteristics. Confirmed. As a result, for the two types of current non-asbestos-based lining materials, both of the average friction coefficients fms and fmt were equivalent to the current NCM cast iron from low speed to high speed, and a guarantee that the braking property did not change was recognized.

본 발명은 이상에 서술한 대로 재래선, 신간선 모두 항공기등과의 경합에 대응하여 한층더한 고속성, 쾌적성의 향상이 살아 남는 조건으로서 주어지고, 결과적으로 브레이크 디스크재에 종래 이상의 가혹한 사용조건하에서 종래 이상의 내용기간을 요구하는 이중의 과제를 해결하는 효과가 현저하다. 그 개발의 원칙은 어디까지나 종래부터 정평이 나 있어, 특히 안전운전의 모범적인 부재로 되어 온 NCM 주철을 기초로 설치하여, 종래는 누구도 생각하지 못했던 독창적인 첨가원소를 첨가하여 유효성분을 한정함과 동시에, 제3지표로서 Sc치를 관리의 매체로 골라 복잡하게 착종한 내열균열성, 인장강도, 인장·압축피로한의 각 요소사이의 이상적인 평형관계를 확립한 점에 있어, 특히 평가가 높은 NCM 주철의 내열균열성과 동등이상을 확보하면서 인장·압축피로한을 대폭 향상하여 가혹화하는 한편의 브레이크 디스크재로서의 자질을 실현한 효과가 발군이다.As described above, the present invention is given as a condition in which a further improvement in high speed and comfort is survived in response to contention with an aircraft or the like for a conventional ship and a Shinkansen. The effect of solving the double problem which requires a period is remarkable. The principle of the development is well known in the past, and it is based on NCM cast iron, which has been an exemplary member of safe driving, and limited the active ingredient by adding unique additive elements that no one has ever thought of before. At the same time, the NCM cast iron, which has high evaluations, has established an ideal equilibrium relationship between the elements of heat cracking resistance, tensile strength, and tension and compression fatigue, which are complexly selected by selecting Sc value as a management medium. The effect of achieving the characteristics as a brake disc material while greatly improving and harshening the tensile and compression fatigue limit while ensuring the equivalent crack resistance and thermal cracking resistance is excellent.

Claims (1)

중량%로 하여 C:3.10-3.45, Si:1.10-1.50, Mn:0.60-1.00, Ni:1.00-2.00, Cr:0.30-0.60, Mo:0.30-0.50, P:0.16이하, S:0.12이하 이외에, Sn + Sb + Cu의 합계를 0.01-0. 50, Al:0.01-0.10을 함유하여 잔부가 Fe 로 이루어지고, 또한,By weight%, other than C: 3.10-3.45, Si: 1.10-1.50, Mn: 0.60-1.00, Ni: 1.00-2.00, Cr: 0.30-0.60, Mo: 0.30-0.50, P: 0.16 or less, and S: 0.12 or less , Sum + Sn + Sb + Cu. 50, Al: 0.01-0.10, the balance is made of Fe, and 탄소포화도(Sc치)= C 중량% +[4.23 - (Si 중량%/3.2)]Carbon saturation (Sc value) = C wt% + [4.23-(Si wt% / 3.2)] 로 산출되는 탄소포화도가 0.82-0.91의 범위로 한정되는 것을 특징으로 하는 피로강도가 우수한 브레이크 디스크재.Brake disk material excellent in fatigue strength, characterized in that the carbon saturation is calculated to be limited to the range of 0.82-0.91.
KR1019970038257A 1997-01-30 1997-08-12 Brake disc material having exellent fatigue strength KR100269009B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP97-32625 1997-01-30
JP09032625A JP3114641B2 (en) 1997-01-30 1997-01-30 Brake disc material for high-speed railway vehicles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980069885A true KR19980069885A (en) 1998-10-26
KR100269009B1 KR100269009B1 (en) 2000-10-16

Family

ID=12364044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970038257A KR100269009B1 (en) 1997-01-30 1997-08-12 Brake disc material having exellent fatigue strength

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP3114641B2 (en)
KR (1) KR100269009B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2605008C1 (en) * 2015-09-21 2016-12-20 Юлия Алексеевна Щепочкина Cast iron
IT201900016835A1 (en) * 2019-09-20 2021-03-20 Cofren Srl PAIR OF DISC / BRAKE FRICTION FOR RAILWAY VEHICLES

Also Published As

Publication number Publication date
KR100269009B1 (en) 2000-10-16
JPH10212545A (en) 1998-08-11
JP3114641B2 (en) 2000-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1384794B1 (en) Spheroidal cast iron particulary for piston rings and method for its production
KR100969840B1 (en) Spheroidal cast alloy and method for producing cast parts from said spheroidal cast alloy
EP1029098B1 (en) Spheroidal graphite cast iron alloy containing molybdenum and disc brake rotor therefrom
US8333923B2 (en) High strength gray cast iron
US20060266447A1 (en) Iron alloy containing molybdenum
KR20020033420A (en) Stainless steel for a disc brake rotor
CA2994195C (en) Impact resistant ductile iron castings
GB2153846A (en) Cast iron alloy for grinding media
CN101946019A (en) Rail steel with an excellent combination of wear properties and rolling contact fatigue resistance
KR960005599B1 (en) Pig iron for the manufacture of brake drums
EP1203830B1 (en) Steel sheet for disk brake with improved anti-warp property and disk brake made thereof
US5279902A (en) Air hardening steel
KR100269009B1 (en) Brake disc material having exellent fatigue strength
Jenkins et al. Ductile Iron
EP0693336A2 (en) Method of manufacturing of a cast iron alloy for brake disks and brake drums for vehicles
JPH0144778B2 (en)
JP2001123241A (en) Rotor for disk brake and producing method therefor
KR20070064725A (en) Cast iron for brake disc
Ahmadabadi et al. Wear behaviour of austempered ductile iron
JP3003844B2 (en) Brake disc material with excellent heat crack resistance
KR102488759B1 (en) Austenite based steel material for disc brake having execellent strength at high temparature and method of manufacturing the same
Bisht Effect of heat treatment procedures on microstructure and mechanical properties of nodular iron
KR100940819B1 (en) Brake disk
US2686743A (en) Heat-treated ferrous alloy castings and method of heat treating the same
Swain Property Development in As-Cast Heavy Section SG Iron Castings by Alloying with Nickel and Copper

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130621

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140626

Year of fee payment: 15

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150618

Year of fee payment: 16

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160616

Year of fee payment: 17

LAPS Lapse due to unpaid annual fee