鑄鐵和制動(dòng)部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鑄鐵，其通過(guò)具有高比熱可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)部件的輕量化等。本發(fā)明的鑄鐵以質(zhì)量％計(jì)具有包含C：3.0％～4.8％、Si：3.5％～5.0％、Mn：0.5％～2.0％、Cu：0.3％～1.5％、余量：Fe和不可避免的雜質(zhì)的化學(xué)成分組成。
【專利說(shuō)明】鑄鐵和制動(dòng)部件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合用于車輛等的制動(dòng)裝置的鑄鐵和制動(dòng)部件，特別涉及通過(guò)具備高 比熱來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)盤的輕量化的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車或機(jī)動(dòng)雙輪車等的制動(dòng)裝置具備與車輪一起旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)盤和可抵壓制動(dòng)盤 的制動(dòng)襯塊。對(duì)于制動(dòng)盤，為了抑制所產(chǎn)生的摩擦熱導(dǎo)致的性能下降而要求高導(dǎo)熱率。作 為以低成本實(shí)現(xiàn)這樣的要求的材料，以往使用片狀石墨鑄鐵、CV石墨鑄鐵或球狀石墨鑄鐵。 由于石墨為熱的優(yōu)良導(dǎo)體，因而尤其是片狀石墨鑄鐵通過(guò)增大石墨長(zhǎng)度能夠提高導(dǎo)熱率。
[0003] 作為鑄鐵相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)有如下文獻(xiàn)。專利文獻(xiàn)1的記載涉及耐腐蝕性鑄 鐵，其碳當(dāng)量為3. 8?4. 5%的范圍，包含C :2· 8?4%、Si :L 5?3· 0%、Μη :0· 3?L 2%、 P :0. 2%以下、S :0. 06?0. 25%、Cu :0. 15?3. 5%以及余量：Fe和不可避免的雜質(zhì)，改變 Cu的含量抑制了生銹。
[0004] 專利文獻(xiàn)2的記載涉及盤式制動(dòng)器用盤，其包含C :2. 8?3.8%、Si :1. 8?3. 4%、 Μη :0· 5 ?1. 0%、S :0· 02 ?0· 1%、Cr :0· 1 ?1. 5%、Mo :0· 1 ?1. 0%、Ni :0· 1 ?1. 2%、 〇6:0.01?0.05%、〇1:0.1?1.2%、余量：？6和不可避免的雜質(zhì)，通過(guò)利用06進(jìn)行高強(qiáng)度 化以提高耐熱裂紋性。
[0005] 專利文獻(xiàn)3的記載涉及具有滑動(dòng)部和輪轂安裝部的由單一熔液得到的鑄造制 一體結(jié)構(gòu)的制動(dòng)部件，其包含C :3· 5?3. 90%、Si :2· 3?3. 0%、Μη :0· 7?1. 1%、P : <0·05%、S:0·08?0·012%、Cu:0·7?l·2%、余量 ：鐵和不可避免的雜質(zhì)，CE值為4·3? 4. 7、拉伸強(qiáng)度為15?20kgf/mm2、衰減能力為12Χ 10_3?20Χ 10_3,對(duì)輪轂安裝孔內(nèi)表面實(shí) 施了高頻淬火使硬度達(dá)到HRB90?105。
[0006] 專利文獻(xiàn)4的記載涉及高導(dǎo)熱耐腐蝕鑄鐵，其碳當(dāng)量為4?5%的范圍，包含C : 3 ?4. 5%、Si :1· 5 ?3· 0%、Μη :0· 5 ?1. 5%、P :0· 2% 以下、S :0· 06 ?0· 25%、Cu :0· 15 ? 3. 5%、Ca :0.02?0. 1%、A1 :0.02?0. 1%、余量：鐵和不可避免的雜質(zhì)，通過(guò)使組織中生 成針狀石墨，提商了商導(dǎo)熱性和耐腐蝕性。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :日本特公昭59-011653
[0010] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2002-105581
[0011] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開平5-214480
[0012] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開平7-3380
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013] 發(fā)明所要解決的問(wèn)題
[0014] 需要說(shuō)明的是，近年來(lái)隨著對(duì)溫室效應(yīng)氣體的排放管制，對(duì)于汽車等運(yùn)輸裝置越 來(lái)越期望輕量化，而制動(dòng)盤為鑄鐵塊而成為相當(dāng)程度的重量物，尤其強(qiáng)烈地期望其輕量化。 利用制動(dòng)盤和制動(dòng)襯塊的制動(dòng)伴隨著將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的作用，制動(dòng)盤吸收熱能并在停止 后放出熱能。如果制動(dòng)盤的導(dǎo)熱率高，則可以迅速地放出熱能。另外，如果制動(dòng)盤的比熱高， 則積蓄熱能的能力高，可以抑制吸收熱能時(shí)的溫度上升。因此，如果制動(dòng)盤的比熱高，則可 以使制動(dòng)盤小型化。
[0015] 然而，現(xiàn)實(shí)情況是著眼于提高比熱的鑄鐵開發(fā)現(xiàn)今尚未進(jìn)行。本發(fā)明是鑒于這樣 的情況而完成的，本發(fā)明的目的在于提供鑄鐵和制動(dòng)部件，該鑄鐵具有高比熱，由此可以實(shí) 現(xiàn)制動(dòng)部件的輕量化等。
[0016] 用于解決問(wèn)題的手段
[0017] 本發(fā)明人為了使制動(dòng)盤輕量化而反復(fù)進(jìn)行研究，結(jié)果得出結(jié)論，為了得到對(duì)溫室 效應(yīng)氣體的排出抑制效果，需要至少600J/kg/K以上的比熱。并且，為了得到這樣的比熱反 復(fù)進(jìn)行了深入研究。
[0018] 鑄鐵由鐵素體、滲碳體、石墨和其他微量的夾雜物構(gòu)成。對(duì)其中重量百分率最大的 鐵素體的高比熱化進(jìn)行了研究。對(duì)各種可在鐵素體中固溶并具有提高比熱效果的元素進(jìn)行 了考察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Si的效果最好，并且其能夠不形成碳化物且容易地固溶于鐵素體中。
[0019] 在鑄鐵中添加3. 5%以上Si時(shí)Si的效果可顯者表現(xiàn)。Si在鑄鐵中王要_集在鐵 素體中，在鐵素體中的重量百分率會(huì)達(dá)到4%以上。據(jù)稱在該濃度的情況下，在平衡狀態(tài)會(huì) 析出Fe 3Si，但基于X射線衍射的分析結(jié)果為，在通常的制造條件下幾乎檢測(cè)不到Fe3Si。即 可以認(rèn)為不形成規(guī)則結(jié)構(gòu)而不規(guī)則且過(guò)飽和地固溶的Si提高了鐵素體的比熱。
[0020] 本發(fā)明的鑄鐵是基于上述見解而完成的，其特征在于，其以質(zhì)量％計(jì)包含C: 3. 0 ?4. 8%、Si :3· 5 ?5· 0%、Μη :0· 5 ?2. 0%、Cu :0· 3 ?1. 5%、余量：Fe 和不可避免的 雜質(zhì)。
[0021] 下面，將本發(fā)明的數(shù)值限定的根據(jù)與本發(fā)明的作用一并進(jìn)行說(shuō)明。需要說(shuō)明的是， 以下說(shuō)明中"％"是指"質(zhì)量％"。
[0022] C :3· 0 ?4. 8%
[0023] C是用于使石墨在基體組織中析出所必需的元素。石墨為熱的優(yōu)良導(dǎo)體，發(fā)揮提高 鑄鐵的導(dǎo)熱率、迅速放出所吸收的熱能的作用。C的含量低于3.0%的情況下，難以得到與 現(xiàn)有材料同等的導(dǎo)熱率44W/m/K。另一方面，若C的含量超過(guò)4. 8%，則鑄鐵的熔點(diǎn)過(guò)高而 難以熔解，并且強(qiáng)度顯著下降。因而，C的含量為3. 0?4. 8%。
[0024] Si :3· 5 ?5. 0%
[0025] Si為提高鑄鐵的比熱的元素。Si的含量低于3. 5%的情況下，難以得到本發(fā)明作 為目標(biāo)的比熱600J/kg/K。另一方面，若Si的含量超過(guò)5%，則熔液的粘度變高而難以鑄造。 因而，Si的含量為3. 5?5. 0%。
[0026] Μη :0· 5 ?2. 0%
[0027] Μη由原料的廢料混入，具有強(qiáng)化基體組織的效果。Μη的含量低于0. 5%的情況下 則缺乏這種效果。另一方面，若Μη的含量超過(guò)2%，則基體組織的冷硬化變顯著，使得切削 性降低。因此，Μη的含量為0.5?2.0%。
[0028] Ρ :0. 2% 以下
[0029] Ρ可提高熔液的流動(dòng)性，但會(huì)使鑄鐵脆化，因此作為不可避免的雜質(zhì)的Ρ的含量?jī)?yōu) 選為0. 2%以下。
[0030] Cu :0· 3 ?1. 5%
[0031] 在本發(fā)明中，為了提高比熱，Si的添加是必需的，但Si具有促進(jìn)鐵素體化的作用。 若鐵素體百分率增大，則可導(dǎo)致強(qiáng)度下降、耐磨損性下降。因此，在本發(fā)明中，Cu是必需的 合金成分。Cu促進(jìn)基體組織的珠光體化從而提高強(qiáng)度，并且使石墨扁平化從而提高導(dǎo)熱率。 Cu的含量低于0. 3%的情況下則這樣的效果差。另一方面，若Cu的含量超過(guò)1. 5%，則基體 組織的珠光體變致密而使得切削性下降。因此，Cu的含量為0. 3?1. 5%。更優(yōu)選為0. 5? 1. 5%。
[0032] S :0. 25% 以下
[0033] 若S的含量超過(guò)0. 25%，則MnS的生成量過(guò)多而使白口化傾向增強(qiáng)，切削性降低。 因此，作為不可避免的雜質(zhì)的S的含量?jī)?yōu)選為0. 25%以下。
[0034] Ni、Cr、Mo、V、Sn等合金元素可以少量含有以改善鑄鐵的組織、性質(zhì)。
[0035] Ni :軺討 0% 目.1. 2% 以下
[0036] Ni是促進(jìn)石墨化的元素，抑制冷硬化而使切削性良好。并且具有提高基體組織的 強(qiáng)度的作用。但是，Ni非常昂貴，因此無(wú)法大量添加。優(yōu)選含有超過(guò)0%且1.2%以下的Ni 以兼顧效果和成本。
[0037] Cr :軺討 0% 目.1. 5% 以下
[0038] Cr是使碳化物穩(wěn)定、使組織致密而提高強(qiáng)度的元素，優(yōu)選含有Cr。另一方面，Cr難 以固溶于鐵素體并會(huì)形成碳化物，因而對(duì)提高比熱的貢獻(xiàn)小。因此，Cr的含量?jī)?yōu)選為超過(guò) 0%且1. 5%以下。
[0039] Mo :軺討 0% 目.1. 0 % 以下
[0040] Mo是使碳化物穩(wěn)定、使組織致密而提高強(qiáng)度的元素，為了得到這樣的效果，優(yōu)選含 有Mo。另一方面，Mo難以固溶于鐵素體并會(huì)形成碳化物，因此對(duì)提高比熱的貢獻(xiàn)小。因而， Mo的含量?jī)?yōu)選為超過(guò)0 %且1.0%以下。
[0041] V :軺討 0% 目.0. 35% 以下
[0042] V是使碳化物穩(wěn)定、使組織致密而提高強(qiáng)度的元素，為了得到這樣的效果而優(yōu)選含 有V。另一方面，V難以固溶于鐵素體并會(huì)形成碳化物，因此對(duì)提高比熱的貢獻(xiàn)小。因而，V 的含量?jī)?yōu)選為超過(guò)0 %且0. 35%以下。
[0043] Sn :軺討 0% 目.0. 2% 以下
[0044] Sn是使碳化物穩(wěn)定、使組織致密而提高強(qiáng)度的元素，為了得到這樣的效果也可以 含有Sn。另一方面，若添加超過(guò)0. 2%的Sn，則會(huì)使韌性降低而使針對(duì)熱裂紋的耐性降低。 因而，以得到上述效果為目的添加 Sn時(shí)，Sn的含量?jī)?yōu)選為超過(guò)0%且0. 2%以下。
[0045] 如上所述，為了由制動(dòng)盤得到充分的輕量化效果，比熱需要為600J/kg/K。此處，在 反復(fù)進(jìn)行加速和制動(dòng)的汽車中，制動(dòng)盤的平均溫度為200°C左右，因而優(yōu)選200°C時(shí)的比熱 為600J/kg/K以上。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選200°C時(shí)的導(dǎo)熱率為44W/m/K以上。由此，所吸 收的熱能的放出快速地進(jìn)行，抑制在制動(dòng)盤產(chǎn)生熱裂紋。
[0046] 本發(fā)明也可以應(yīng)用于片狀石墨鑄鐵、CV石墨鑄鐵和球狀石墨鑄鐵任一種中。但是， 球狀石墨鑄鐵因石墨為球狀而拉伸強(qiáng)度高，但導(dǎo)熱率不足。因而，優(yōu)選為導(dǎo)熱率高的片狀石 墨鑄鐵或取得了導(dǎo)熱率和拉伸強(qiáng)度的平衡的CV石墨鑄鐵，進(jìn)一步，只要容許低拉伸強(qiáng)度則 優(yōu)選片狀石墨鑄鐵。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選基體組織中的珠光體面積率為90%以上，由此 可以確保充分的強(qiáng)度。
[0047] 發(fā)明效果
[0048] 本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了尚不為人所知的Si的提高比熱效果，并且通過(guò)含有3. 5?5. 0%的 Si，可以使鑄鐵具備高比熱。由此，即使在相同重量下，熱容量也會(huì)提高，因此能夠抑制因摩 擦熱導(dǎo)致滑動(dòng)部溫度上升，因而由于減輕熱膨脹、減輕熱裂紋、減輕熱劣化等而使部件壽命 提高。另外，作為配合部件的制動(dòng)襯塊的溫度下降，由此可以減輕制動(dòng)襯塊的熱負(fù)荷，可以 使制動(dòng)襯塊的成分為廉價(jià)的材料。進(jìn)一步，可以減少重量至相同熱容量，因此可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng) 部件的輕量化。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0049] 圖1為表示本發(fā)明的實(shí)施例中的Si添加量與比熱的關(guān)系的曲線圖。
[0050] 圖2為表示本發(fā)明的實(shí)施例中的Cu添加量與珠光體率的關(guān)系的曲線圖。
[0051] 圖3為表示本發(fā)明的實(shí)施例中的C添加量與導(dǎo)熱率的關(guān)系的曲線圖。
[0052] 圖4為表示制動(dòng)盤在制動(dòng)時(shí)的時(shí)間與溫度的關(guān)系的曲線圖。 實(shí)施例
[0053] 為了考察化學(xué)成分和組織的影響，試制了表1所示的化學(xué)成分的鑄鐵樣品。測(cè)定 各鑄鐵樣品的比熱、珠光體率、導(dǎo)熱率而得到了表1所示結(jié)果。另外，觀察各鑄鐵樣品有無(wú) 鑄造時(shí)的缺陷，將其結(jié)果一并列于表1。實(shí)施例1?7具有本發(fā)明的范圍內(nèi)的化學(xué)成分，t匕 較例1為作為現(xiàn)有材料的一個(gè)示例的FC250。在比較例1?5中，對(duì)脫離本發(fā)明的范圍的化 學(xué)成分標(biāo)注有下劃線。另外，對(duì)在比熱、導(dǎo)熱率、和珠光體率方面脫離本發(fā)明作為目標(biāo)的范 圍的也標(biāo)注有下劃線。圖1?圖4由表1所示結(jié)果制成的曲線圖。
[0054] [表 1]
[0055]
【權(quán)利要求】
1. 一種鑄鐵，其特征在于，其以質(zhì)量％計(jì)包含C :3. 0%?4. 8%、Si :3. 5%?5. 0%、 Μη :0· 5%?2. 0%、Cu :0· 3%?1. 5%、余量：Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的鑄鐵，其特征在于，200°C時(shí)的比熱為600J/kg/K以上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的鑄鐵，其特征在于，200°C時(shí)的導(dǎo)熱率為44W/m/K以上。
4. 如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的鑄鐵，其特征在于，基體組織中珠光體的面積率為 90%以上。
5. -種制動(dòng)部件，其由權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的鑄鐵制造。
【文檔編號(hào)】F16D65/12GK104114728SQ201380008963
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月17日
【發(fā)明者】渡邊博之, 新川雅樹, 張茂仁, K·蘇巴吉若 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社, 株式會(huì)社理研