KR20080102567A

KR20080102567A - 브레이크 드럼 조성물

Info

Publication number: KR20080102567A
Application number: KR1020070049177A
Authority: KR
Inventors: 오상엽
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2008-11-26

Abstract

본 발명은 브레이크 드럼 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강도 보강을 하면서 열크랙 및 내마모성을 향상시킬 수 있도록 한 브레이크 드럼 조성물에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 철(Fe)을 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.0∼4.0중량%, 실리콘(Si) 1.3∼2.5중량%, 망간(Mn) 0.5∼1.0중량%, 인(P) 0.1중량% 이하, 황(S) 0.1중량% 이하, 니켈(Ni) 1.20∼2.0중량%, 크롬(Cr) 0.3∼0.6중량%, 몰리브덴(Mo) 0.25∼0.75중량%, 구리(Cu) 0.25∼0.5중량%, 마그네슘(Mg) 0.01∼0.05중량%가 함유된 것을 특징으로 하는 브레이크 드럼 조성물을 제공한다.

브레이크 드럼, 조성물, 열크랙, 인장강도, 내마모성

Description

브레이크 드럼 조성물{Brake drum composite}

도 1은 본 발명과 기존의 브레이크 드럼에 대한 조직을 보여주는 전자 현미경 사진,

도 2는 본 발명과 기존의 브레이크 드럼에 대한 열응력 작용시 해석 결과를 보여주는 그래프,

도 3은 본 발명과 기존의 브레이크 드럼에 대한 열크랙 시험후 사진.

일반적으로, 대형버스나 트럭 등 상용차용 브레이크 드럼은 제동시 브레이크 라이닝과 브레이크 드럼 내경면의 마찰로 인해 발생하는 고열이 브레이크 드럼을 통하여 타이어와, 타이어 내부에 내재된 튜브에 전달되어 타이어와 튜브에 열손상 을 주고 그로 인해 차량 사고의 원인이 되는 제반 문제가 상존하고 있는 바, 이러한 점을 고려하면 인장강도의 향상, 열크랙 방지 및 내마모성 향상 등이 요구된다.

기존의 상용차에 사용되고 있는 브레이크 드럼의 재질은 회주철에 탄소를 첨가하여 강성을 높인 합금주철인 FC250을 사용하고 있으며, 이 FC250은 그 인장강도가 25~27kg/㎟ 수준으로 알려져 있다.

이에, 기존의 브레이크 드럼에 사용되는 합금주철인 FC250에 비하여 인장강도 향상, 열크랙 방지 및 내마모성 향상을 실현할 수 있는 브레이크 드럼 조성물이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구된 결과물로서, 현재 브레이크 드럼 재질인 FC250을 합금 조절 및 조직 개선을 통하여 인장강도 및 내마모성 향상, 그리고 열크랙이 우수한 브레이크 드럼 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 철(Fe)을 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.0∼4.0중량%, 실리콘(Si) 1.3∼2.5중량%, 망간(Mn) 0.5∼1.0중량%, 인(P) 0.1중량% 이하, 황(S) 0.1중량% 이하, 니켈(Ni) 1.20∼2.0중량%, 크롬(Cr) 0.3∼0.6중량%, 몰리브덴(Mo) 0.25∼0.75중량%, 구리(Cu) 0.25∼0.5중량%, 마그네슘(Mg) 0.01∼0.05중량%가 함유된 것을 특징으로 하는 브레이크 드럼 조성물을 제 공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 아래 표 1의 성분 비교표에서 보듯이, 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S)을 5대 주성분으로 하는 기존과 달리, 5대 주성분의 함량을 조절하면서 미량의 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 마그네슘(Mg)을 함유시켜, 인장강도 및 내마모성 향상, 그리고 제동시 고열 마찰에 의한 열크랙을 방지할 수 있는 상용차용 브레이크 드럼을 제조할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명은 철(Fe)을 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.0∼4.0중량%, 실리콘(Si) 1.3∼2.5중량%, 망간(Mn) 0.5∼1.0중량%, 인(P) 0.1중량% 이하, 황(S) 0.1중량% 이하, 니켈(Ni) 1.20∼2.0중량%, 크롬(Cr) 0.3∼0.6중량%, 몰리브덴(Mo) 0.25∼0.75중량%, 구리(Cu) 0.25∼0.5중량%, 마그네슘(Mg) 0.01∼0.05중량%가 함유된 것으로서, 각 성분의 첨가 및 함량 한정 이유는 다음과 같다.

(1) 탄소(C) 3.0∼4.0중량%

탄소는 화학성분중 가장 강력한 침입형 기지강화 원소로 첨가되는 것으로서, 탄소량이 높을수록 강도가 향상되며, 열처리시 소입성을 증대시켜 표면 경도를 우수하게 한다.

기존 FC250 재질의 탄소량은 3.1∼3.5중량%로 제한되어 있으나, 이는 소입성이 떨어져 표면경도 확보에 불리하므로, 본 발명에서는 탄소를 3.0∼4.0중량%로 한정한다.

즉, 3.0중량% 이하에서는 박육부에 칠(Chill)이 발생할 가능성이 있고, 변형 저항과 내열균열성이 낮아지며, 4.0중량% 이상에서는 조대한 흑연의 정출로 강도가 저하될 수 있으므로, 본 발명에서는 탄소의 함량을 3.0∼4.0중량%로 한정하다.

(2) 실리콘(Si) 1.3∼2.5중량%

실리콘은 강도의 상승 뿐만아니라 내산화/내식성을 향상시키는 원소로서, 1.3중량% 이하에서는 기지조직의 칠(Chill)화 경향이 커져 변형저항이 적어지고, 2.5중량%를 초과하면 흑연조대화로 강도 저하되므로, 실리콘 함량을 1.3∼2.5중량%로 한정한다.

(3) 망간(Mn) 0.5∼1.0중량%

망간은 기지안에 고용되어 굽힘피로강도의 향상을 도모하고자 첨가되고, 0.5중량% 이하에서는 용탕의 탈산 및 탈류가 불충분하고, 1.0중량% 이상에서는 역으로 칠(Chill)화 경향이 커지므로, 망간의 함량을 0.5∼1.0중량%로 정한다.

(4) 인(P) 0.1중량% 이하

인은 불순물 개념으로서, 즉 없으면 좋지만 제강기술상의 문제점 때문에 일반적으로 상한치만 규제하게 된다.

(5) 황(S) 0.1중량% 이하

황은 일반 합금강에서는 개재물로 인식되어 그 함량을 최소로 억제하는 것이 좋다.

(6) 니켈(Ni) 1.20∼2.0중량%

니켈은 1.20중량% 이하에서 기지조직의 퍼얼라이트(Pearlite)가 조대화하여 강도가 저하되고, 2.0중량% 이상에서는 경한 마르텐사이트(Martensite)화가 일어나 취약해지므로, 1.20∼2.0중량% 범위로 한정하는 것이 좋다.

(7) 크롬(Cr) 0.3∼0.6중량%

크롬은 함유량이 많으면 내식성, 내열성 증가 및 탄화물 생성이 용이하여 내마멸성 증가시키는 기능을 하며, 0.3%중량 이하에서는 강화 효과가 적고, 0.6% 이상에서는 탄화물 형성이 높으므로, 유사한 기능을 수행하는 실리콘 첨가량을 고려하여, 0.3∼0.6중량%로 한정한다.

(8) 몰리브덴(Mo) 0.25∼0.75중량%

몰리브덴은 소입 깊이를 깊게하며, 표면경도를 증대시키는 역할을 하는 바, 본 발명에서는 0.25중량% 이하에서는 강화효과 적고, 0.75중량% 초과하면 흑연화를 저해하고 탄화물 형성이 높으므로 몰리브덴 첨가량을 0.25∼0.75중량%로 조절하였다.

(9) 구리(Cu) 0.25∼0.5중량%

구리는 0.25중량% 이하에서는 강도효과가 적으며, 0.5중량% 이상에서는 충격치 및 인성저하가 발생되므로, 0.25∼0.5중량%로 한정한다.

(10) 마그네슘(Mg) 0.01∼0.05중량%

마그네슘은 0.01중량% 이하에서는 흑연구상화를 저해하고, 0.05중량% 초과시에는 소재가 취약하고 신율이 저하되므로, 0.01∼0.05중량%로 한정한다.

이하, 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예

아래의 표 2에 나타낸 바와 같이, 철(Fe)을 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.80중량%, 실리콘(Si) 2.35중량%, 망간(Mn) 0.55중량%, 인(P) 0.038중량% , 황(S) 0.013중량%, 니켈(Ni) 2.0중량%, 크롬(Cr) 0.34중량%, 몰리브덴(Mo) 0.32중량%, 구리(Cu) 0.44중량%, 마그네슘(Mg) 0.011중량%가 함유된 조성물을 이용하여 통상의 방법으로 브레이크 드럼을 제조하였다.

비교예

철(Fe)을 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.22중량%, 실리콘(Si) 2.17중량%, 망간(Mn) 0.82중량%, 인(P) 0.049중량%, 황(S) 0.03중량%가 함유된 조성물을 이용하여 통상의 방법으로 브레이크 드럼을 제조하였다.

시험예1

실시예 및 비교예에 따른 브레이크 드럼에 대한 인장강도 및 경도를 통상의 측정장비를 이용하여 측정하였는 바, 그 결과는 아래의 표 3에 도시된 바와 같다.

위의 표 3에서 보는 바와 같이, 경도는 유사하지만, 인장강도는 70% 이상 증가됨을 확인할 수 있었다.

시험예2

실시예 및 비교예에 따른 브레이크 드럼의 부식전후에 대한 전자 현미경 사진을 통하여 그 조직을 관찰하였는 바, 그 결과는 첨부한 도 1의 사진에서 보는 바와 같다.

도 1의 사진에서 보듯이, 비교예에 따르면 흑연 크기(SIZE)는 ASTM 3-4 수준이나, 실시예에 따르면 일부 구상흑연에 흑연 크기(SIZE)가 ASTM 4-5 수준으로 탄소함량이 증가되었으며, 흑연 크기(SIZE)가 감소 및 일부 구상흑연이 포함되어 강도가 70% 이상 증가된 것으로 추측할 수 있다.

시험예3

실시예 및 비교예에 따른 브레이크 드럼의 열응력 해석 실험을 실시하였는 바, 최대온도, 최대변위량, 최대응력을 각각 측정하였으며, 그 결과는 아래의 표 4 및 첨부한 도 2에 도시된 바와 같다.

실시예 및 비교예에 따른 브레이크 드럼은 각각 열응력 작용시 최대온도는 유사한 수준이고, 최대 변위량은 실시예가 보다 작았으며, 최대응력은 비교예에 비하여 실시예가 보다 낮아 우수함을 알 수 있었다.

시험예4

실시예 및 비교예에 따른 브레이크 드럼의 열크랙 시험 및 마모시험을 실시하였는 바, 제동 시험조건은 120→60Kph, 0.3G, 600회 제동을 하였으며, 그 결과는 아래의 표 5 및 첨부한 도 3의 사진에서 보는 바와 같다.

위의 표 5에서 보는 바와 같이,실시예에 따른 브레이크 드럼이 비교예에 비하여 열크랙 및 마모특성이 2배 이상 양호함을 알 수 있었다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 브레이크 드럼 조성물에 의하면, 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S)을 5대 주성분으로 하는 기존과 달리, 5대 주성분의 함량을 조절하면서 미량의 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 마그네슘(Mg)을 함유시켜, 인장강도 및 내마모성 향상, 그리고 제동시 고열 마찰에 의한 열크랙을 방지할 수 있는 상용차용 브레이크 드럼을 제공할 수 있다.

Claims

철(Fe)을 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.0∼4.0중량%, 실리콘(Si) 1.3∼2.5중량%, 망간(Mn) 0.5∼1.0중량%, 인(P) 0.1중량% 이하, 황(S) 0.1중량% 이하, 니켈(Ni) 1.20∼2.0중량%, 크롬(Cr) 0.3∼0.6중량%, 몰리브덴(Mo) 0.25∼0.75중량%, 구리(Cu) 0.25∼0.5중량%, 마그네슘(Mg) 0.01∼0.05중량%가 함유된 것을 특징으로 하는 브레이크 드럼 조성물.