KR20090116960A

KR20090116960A - 차량용 브레이크 디스크 로터

Info

Publication number: KR20090116960A
Application number: KR1020080042796A
Authority: KR
Inventors: 김낙영; 오상엽
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2009-11-12

Abstract

중량%로, C:3.85~3.95%, Si:1.6~2.0%, Mn:0.65~0.85%, Mo:0.9~1.0%, Cu: 0.3~0.5%, Cr:0.3~0.5%, P:0.1% 이하, S:0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 갖는 차량용 브레이크 디스크 로터가 소개된다. 이러한 디스크 로터는 열크랙 및 내마모 성능이 우수하다.

브레이크, 디스크 로터, 열크랙

Description

차량용 브레이크 디스크 로터{Brake Disc Rotor for a Vehicle}

본 발명은 열크랙 및 내마모 성능이 우수한 차량용 브레이크 디스크 로터에 관한 것이다.

통상적으로 디스크 브레이크 장치는 바퀴와 함께 회전하는 주철제의 원판형 디스크 로터에 유압 피스톤에 의해 작동하는 브레이크 패드를 가압하여, 그 마찰력에 의해 제동이 이루어지도록 구성된다.

상용차, 트럭 또는 버스에 사용되는 브레이크 디스크 로터는 인장강도 25~27kg/㎟, 즉 200MPa 이상의 수준을 요구한다. 이러한 디스크 로터의 재질에는 주로 회주철이 사용되는데, 주성분인 C, Si, Mn, P, S에 강도 보강을 위해 Mo가 추가된 조성을 갖는다. 일례로서, 종래 디스크 로터는, 중량%로, C:3.8~4.0%, Si:1.4~1.8%, Mn:0.6~0.8%, Mo:0.6~0.7%, P:0.1% 이하, S:0.1% 이하, Ni:0.1% 이하, Cu:0.2% 이하, Sn:0.1% 이하, Cr:0.3% 이하의 조성을 갖는다.

그러나, 위와 같은 조성을 갖는 종래 브레이크 디스크 로터는 열크랙 및 마모성능이 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 열크랙 및 내마모 성능이 우수한 차량용 브레이크 디스크 로터를 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 브레이크 디스크 로터는, 중량%로, C:3.85~3.95%, Si:1.6~2.0%, Mn:0.65~0.85%, Mo:0.9~1.0%, Cu: 0.3~0.5%, Cr:0.3~0.5%, P:0.1% 이하, S:0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 갖는다.

상술한 바와 같은 차량용 브레이크 디스크 로터는, 특히, Mo, Cu, Cr의 첨가량 제어를 통해, 열크랙 및 내마모 성능이 우수하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 브레이크 디스크 로터에 대하여 살펴본다.

브레이크 디스크 로터는 회주철 재질로서, 중량%로, C:3.85~3.95%, Si: 1.6~2.0%, Mn:0.65~0.85%, Mo:0.9~1.0%, Cu:0.3~0.5%, Cr:0.3~0.5%, P:0.1% 이하, S:0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 갖는다.

탄소(C)는 디스크 로터의 열전도도에 가장 큰 영향을 미치는데, 높은 열전도 도 및 낮은 영탄성율(Young's Modulus) 특성을 제공하며, 이를 통해 크랙의 발생 및 성장을 억제시킨다. 이러한 탄소의 함유량은 3.85~3.95%로 제어될 필요가 있다.

몰리브덴(Mo)은 크랙의 발생 및 성장을 억제시키는데, 결정립계 경계에서 Mo 탄화물을 형성하여 결정립의 성장을 억제하며, 전위(Dislocation)를 고착시켜 입계의 슬립을 억제함으로써 디스크 로터의 고온 특성을 향상시킨다. 이러한 몰리브덴의 함유량은 0.9~1.0%로 제어된다. 몰리브덴 함유량 0.9% 미만에서는 열크랙 성능 향상 효과가 미미하며, 1.0%를 초과하면 주철의 기지조직을 변화시키는 문제가 발생한다.

크롬(Cr)은 강도 및 내마모성을 강화시키는데, 함유량 0.3% 미만에서는 강화 효과가 적고, 0.6%를 초과하게 되면 Fe-Cr 탄화물을 형성하여 열크랙의 원인을 제공한다.

구리(Cu)는 디스크 로터의 강도를 향상시키는데, 0.25% 미만에서는 강도 향상 효과가 미미하며, 0.5%를 초과하면 충격 특성 및 인성이 저하된다.

한편, 인(P)과 황(S)는 불순물로서 그 함유량은 0.1% 이하로 관리되며, 이외에 망간(Mn)의 함유량은 0.65~0.85%로 제어되며, 니켈(Ni)은 특별히 첨가되는 것은 아니라 불순물의 형태로 0.1% 이하로 포함될 수 있다.

실험예로서, C:3.94%, Si:1.75%, Mn:0.83%, P:0.042%, S:0.081%, Mo:0.97%, Cu:0.49%, Cr:0.49%, 나머지 Fe를 조성으로 하는 디스크 로터를 제작하였다.

주조시 용탕의 충진 및 가스 방출을 원활히 하기 위하여 디스크의 마찰핀을 아래 방향으로 하였고, 용탕은 제품 하단에서부터 상부쪽으로 입상 방식으로 주입 하였다. 주조 공정은 디스크 로터 중 ASTM No.3 크기의 A타입 흑연이 생성되도록 제어하였다. 펄라이트의 양은 87%였으며, 측정 인장강도는 200MPa 이상이었다. 한편, 실험예에서 디스크 로터에는 니켈이 0.15% 정도 포함되어 있었다.

위와 같이 제작된 디스크 로터와 종래 기술에 따라 제작된 디스크 로터의 열크랙 및 마모시험을 진행한 결과, 아래의 표 1에서 보듯이, 실시예에 따른 디스크 로터는 기존의 디스크 로터에 비해 2배 이상의 열크랙 성능이 향상되었다.

구분	실시예	기존예
외경파손 유무	○	○
제동 회수	900회	2100회
예상 내구 수명	10만km	23만km

한편, 도 1 및 도 2에는 실시예에 따른 디스크 로터와 기존의 디스크 로터를 동일 조건에서 열크랙 시험한 후의 결과 사진이 도시되어 있다. 도 1에서 보듯이, 실시예에 따른 디스크 로터에는 발생된 열크랙이 미미하나, 도 2에서 보듯이, 기존의 디스크 로터에는 다수의 열크랙이 발생된다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 디스크 로터의 열크랙 실험 결과를 도시한 사진,

도 2는 도 1과의 비교를 위한 도면으로, 종래기술에 따른 브레이크 디스크 로터의 열크랙 실험 결과를 도시한 사진이다.

Claims

중량%로, C:3.85~3.95%, Si:1.6~2.0%, Mn:0.65~0.85%, Mo:0.9~1.0%, Cu: 0.3~0.5%, Cr:0.3~0.5%, P:0.1% 이하, S:0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 갖는 차량용 브레이크 디스크 로터.