KR960005599B1 - 제동브레이크 동체 제조용 주철 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

제동브레이크 동체 제조용 주철

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 제동브레이크 동체 제조용 주철에 관한 발명이다.

본 발명은 특히 다량 생산이 가능하고 보다 인장력, 내충격성이 개선되면서도 아울러 열전도성도 양호해야 하는 제동브레이크판, 기타 제동브레이크 장치용 주철에 관한 것이다.

본 발명상의 제동브레이크동체를 제조를 가능케하기 위하여 사용하는 주철원료의 화학조성은 다음과 같이 일정성분 범위의 것을 원료로 사용한다(단위:중량%) 즉, 본 발명상의 주철원료는

탄소 : 3.6% 이상

망간 : 0.6%-0.9%

실리콘 : 1.8%-2.5%

인 : 0.1% 이하

유황분 : 0.12% 이하

기타 크롬, 몰리브덴, 동(Cu)등의 화학성분과 나머지 철분으로 구성되고 그 조직은 기본적으로 퍼얼라이트 조직을 바탕으로 한 구상조직(Ferlitsches Grundgefuge)으로 되어 있는 것을 본 발명상의 주철원료로 사용한다.

종래에는 이들 화학조성과 대비되는 것에 DE-OS 33 05 184에 개시되어 있는 주철합금이 있고, 이는, 신규의 석면이 조합된 제도장치부재, 제동브레이크판등의 개발시 또는 관련 합금주물을 제조할 때 보다 높은 온도하에서의 이용상 필수 불가결한 것으로 되어 있었다. 그런데 높은 내열성 철부재는 높은 탄소농도를 가진 조직을 갖고 있고 높은 열전도능을 갖고 있긴 하지만, 이와같은 종래 주철의 경우 그 조직이 조대하고 경도가 높아 조직이 취약해 지고 충격이 약한 점등 재반결함 때문에 특히 제동브레이크용으로 매우 부적절하여 사용상 문제가 있어 왔다.

상술한 가장 많이 사용하여 온 DE-OS 33 05 184상의 주철합금상에 결함이 알려짐에 따라 제동브레이크 부재를 위한 신규 재료가 제안되고, 한편으로는 강성이 충분하고, 다른 한편으로는 높은 제동특성과 우수한 열전도도를 가진 재료가 다수 제시되어 왔다. 문헌상 주철규격 GG 30(GC 30에 해당)에서의 내열성은 초고온에서는 미미하게 되어 GG 15(GC 15에 해당)에서의 그것에 비해 단지 약간 높거나 거의 동일할 정도라고 서술되어 있다. 상대적으로 회주철의 강성이 상대적으로 낮으면 그 만큼 낮은 내부응력(Eigenspannungen)이 존재한다는 것인데, 주철이 높은 탄소함량을 가진다면 열에 대하여는 보다 적은 열부하를 가질 수 있으므로 재동시의 마찰로 인해 순간적으로 올라가는 고온에서는 탄소함량이 다소 높더라도 종래의 강성이 높은 회수철과 거의 동일한 내부응력을 보여주게 된다. 그러면서도 아울러 인장강도와 내충격성의 향상을 가질 수 있으면 되는 것이다. 본 발명은 상술한 원리를 기본으로 한 것이다.

본 발명예에서는 그 성분구성에 있어 산화철이 거의 혼합되어 있지 않다. 제동브레이크 몸체에 산화철이 함유되면 양면마찰, 즉, 브레이크 덧판과 브레이크동체 사이의 마찰계수에 전혀 영향을 끼치지는 않으나 브레이크 자체가 변화를 일으켜 제동브레이크 작동을 지연시키게 한다. 따라서, 가장 좋은 것은 완전히 퍼얼라이트조직을 기지로 한 구상흑연조직(Perlitisches Gefuge)을 이루는 일이다. 실제로 본 발명상의 주철에서는 항장력의 전하가 조금도 일어나지 않았음이 확인되었다.

본원 발명은 전술한 바와 같이 주철을 기본으로 한 것으로, 가능한 한 산화철을 극미량으로 형성케 하므로써 보다 높은 향장력을 얻는데에도 목적을 두고 있다.

본 발명에 따라 상기 목적은 다음의 조성의 조합을 가진 주철제품으로 해결될 수 있는데, 이것은 5% 이하로 억제된 산화철을 함유하고 항장력 최소 200N/mm²으로되는 구상흑연주철 제품으로서 그 화학조성은 다음과 같다.(단위:중량 %)

탄소(C) : 3.62%-3.68%

실리콘(Si) : 최대 2.10%

망간(Mn) : 0.70%-0.85%

인 (P) : 0.080%이하

유황(S) : 0.095% 이하

크롬(Cr) : 0.18%-0.25%

몰리브덴(Mo) : 0.30%-0.45%

동 (Cu) : 0.30%-0.45%

여기에서 탄소(C)는 흑연을 석출하기 위한 성분으로서, 본 발명상의 주철에는 조직이 미세하게 주어지고 퍼얼라이트 조직과 같이 흑연이 짧게 배열되도록 하여야 높은 강도를 얻을 수 있으므로 적절한 량의 탄소성분이 필요한데, 오랜 시험 끝에 확인하게 된 것은 탄소함량의 범위가 3.62%-3.68%로 되는 것이 높은 강도를 얻을 수 있으면서도 열전도도가 저해되지 않고, 그러면서도 적절한 강도를 얻을 수 있다. 이 탄소함량이 3.68% 이상이 되면 차츰 조직의 조대화와 강도의 감소를 초래하고 내마모성이 감소되며, 조직상에 과공정흑연이 정출하므로써 조직이 취약해진다. 다만, 본 발명에서는 종래의 브레이크 디스크용 수철에 비해 탄소량을 0.10-0.40%정도 높게 하는 이유는 전술한 바와 브레이크 디스크의 마찰시의 발생하는 고온에서도 조직상의 변화 및 열부하를 적게 받게 하므로써 인장강도향상과 내충격성 향상과 더불어 내마모성을 보다 향상시키기 위함이다.

탄소이외의 성분도 모두 큐폴라 용해시 공지의 방법으로 성분함량을 계산하여 강, 특수강 스크랩, 광석등으로 장입하고 성분함량을 조정한다.

한편, 실리콘(Si) 성분은 맞대고 이는 브레이크판에서 마찰로 발생되는 열의 바람직하고도 신속한 열분산 특성을 가지나 열전도도를 현저히 감소시키므로 가급적 그성분함량을 2.1%를 초과하지 않도록 한다. 인(P)은, 최초에는 가급적 0.08% 초과되지 않도록 하여 조직의 안정화를 가하고 아울러 조직의 강화를 방지하게 한다. 유황(S)은 망간-유황과의 균형을 취하기 위하여 최대 0.095% 초과되지 않도록 한다. 크롬(Cr)은 망간(Mn)과 같이 탄화물을 안정시키고 퍼얼라이트화를 촉진하나 망간보다 효과가 크다. 그러나 0.18% 미만에서는 그 효과가 미미하고 0.25% 이상이 되면 조직의 퍼얼라이트화를 해치고 완화물을 형성하여 기계가공성을 해치므로 이 범위를 초과하지 않도록 한다.

오랜 연구와 시험결과, 이들 크롬, 몰리브덴, 망간, 동의 합금성분으로 항장력을 최소 200N/mm²이상되게 할 수 있음을 알게 되었다. 또 하나, 놀랍게 확인된 사실은 동과 아울러 몰리브덴(Mo)도 구상립의 작용에 의해 안정제 역할을 한다는 것과 더우기 탄화물형성을 해치거나 분리석출케 하지 않고도 안정제 역할을 한다는 것이다. 또한, 본 발명은 주철은 서두에서도 기술한 바와같이 100% 퍼얼라이트계 구상 흑연조직을 만들수 있음을 알게 된 것이다.

몰리브덴(Mo)은 크롬(Cr)과 같이 화합하여 조직에 높은 강도를 부여하며, 아울러 브레이크 부재에 우수한 열부하 변환에 의하여 내열강도도 부여한다. 최대 3.68% 까지의 탄소는 큐폴라(Kupolofen)에서 용해되어 탄소(C) 레벨로 3.4-3.45%에 이르게 되고, 나머지 약 0.25-0.3%는 전극용 흑연이 중앙에 있는 주입용기속에서 특수 접종방법(Spezialimpf Verfahren)을 통해 철의 유동성 향상으로 부가되어 만들어진다. 여기에서 이루어지는 접종은 오로지 그레이드(Grade) 3-4등급을 가진 A-그라파이트(A-Graphit)에서만 적절힌 이루어진다. 여기서 덧붙이고저 하는 것은 본 발명상의 범위내에서는 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)과 같은 탄소분리역할을 가진 합금성분에도 불구하고 구상흑연조직에서의 탄화물석출(Graphiausscheidung) 현상은 일어나지 않는다는 점이다.

동(Cu)을 0.3%이상 첨가하면 Cr 흑연주철의 기지를 퍼얼라이트 조작화 함과 동시에 내식성, 열전도성을 증가시키거나 0.45%를 초과하면 편석을 일으키기 쉽다. 한편, 높은 탄소(C) 농도는 열전도성 및 높은 열안정성에 의해 돌발적인 제동능력을 재고시키는 다량의 흑연석출을 만들게 한다. 이것은 모든 재동판에서 단시간내에 재고시키는 다량의 흑연석출을 만들게 한다. 이것은 모든 재동판에서 단시간내에 재동마찰에 때른 열을 분산시키고 흡수시켜서 열응력(Thermische Spannungen) 및 열균열(Brandrisse)을 명백히 감소시키는 것을 의미한다. 또 다른 장점은, 조직에 있어 흑연석출에 따른 반점, 균열등의 감소와 마찰링 표면의 팽창이 억제되고, 따라서 핫스풋(Hotspot)가 발생되지 않는다. 종래의 사용재료는 재동판의 제동마찰정도에 따라 사용상 제한조건이 붙을 정도로 사용상 제한과 문제가 있으나 본 발명에 의한 사용재료에 의해서는 이러한 문제가 발생되지 않는다.

본 발명에서는 제조된 후의 주철편의 응력을 제거하기 위하여 열처리를 부가하고 있는데, 이는 본 발명상 독창적인 방법으로 실시하는 방법이다. 다만, 여기에서, 본 발명상의 주철은 가열로 등으로 650-720℃의 온도로 180분 정도 가열한 후 약 30분간 보열하고, 그 후 로내에서 약 250℃로 서냉한다. 가열에 앞서 부재가 필요한 연마등 가공작업이 이루어져야 한다. 마찰면의 주철표피도 마찬가지로 표면으로부터 최소한 약 1.5mm 만큼은 가공처리되도록 한다. 이와 더불어, 본 발명에 따라 열처리 방법도 역시 냉각으로 발생되는 내부응력에 따라 행하므로서 가공에 따른 응력을 소거하도록 한다.

상술한 방식은 열처리 후에 새로운 응력발생 가능성이 있으므로 약간의 경미한 가공을 부가피하다. 상술한 주철편은 그 응력을 제거하기 위하여 가열로에서 장시간 주편을 가열하고, 발생가능한 비틀림등의 현상을 피하기 위하여 상술한 바와 같이 약 30분간 보열한다. 보열후의 냉각은 어느 경우이든 서냉으로 처리하여야 새로운 응력발생이 없다. 예컨대 보열로의 차단과 같은 간단한 방식으로 로에서 장시간 그대로 두도록 하면 되는 것이다.

[실시예 ]

C:3.67%, Mn:0.76%, Si:2.08%, Mo:0.38%, Cr:0.22%, Cu:0.35%, P:0.064%, S:0.078%로 구성된 통상의 회주철(GC 20)을 원료로 하여 큐폴라에 용해한 다음 통상의 구상 흑연주철로의 접종방법으로 접종처리하여 주조하고, 이를 사전에 필요한 기계가공 및 연마가공을 한 다음 가열로에 넣어 710℃로 약 4℃/분의 속도로 약 180분 가열한 다음, 이 온도에서 30분간 보열하였다. 그후 로내에서 이주편을 꺼내어 250℃까지 서냉한 다음 로내에서 그대로 유지한 채 방냉하였다.

이렇게 해서 상온까지 냉각된 주편의 물리적 성질을 측정한 결과 항장력(T.S) 210N/mm², 브리넬(HB) 경도 208였으며 퍼얼라이트 조직으로서 A-그라파이트 흑연화를(결정립도 4-6으로 분포) 이루었다.

이렇게 해서 얻은 브레이크 디스크용 주편을 지지점간거리 400mm로 한 충격테스트한 결과 피로강도±18kg/mm², 24.7kgcm/cm³라는 높은 수치가 얻어졌다.

Claims (1)

1. 화학조성(단위:중량%)이

   탄소(C) : 3.62%-3.68%

   실리콘(Si) : 최대 2.10%

   망간(Mn) : 0.70%-0.85%

   인(P) : 0.080%이하

   유황(S) : 0.095% 이하

   크롬(Cr) : 0.18%-0.25%

   몰리브덴(Mo) : 0.30%-0.45%

   동(Cu) : 0.30%-0.45%

   의 범위로 구성되도록 한 것을 특징으로 하는 퍼얼라이트계 구상흑연조직을 가진 제동브레이크 동체 제조용 주철.