JP4533475B2

JP4533475B2 - Disc brake rotor

Info

Publication number: JP4533475B2
Application number: JP15466099A
Authority: JP
Inventors: 誠一遠藤; 純一高橋; 信司堀込; 英昭永吉; 敏樹吉田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; TBK Co Ltd
Current assignee: TBK Co Ltd; Proterial Ltd
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: JP2000346108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車のディスクブレーキ用ロータに関し、特に大型トラック用に最適な片状黒鉛鋳鉄からなるディスクブレーキ用ロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクブレーキは、車輪と一体となって回転するディスクブレーキ用ロータの両面に摩擦材を押し付けて制動力を発生させる要素であり、押し付ける圧力に対して直線的に制動力が増加するため安定した制動が得られる。一般に、乗用車用のディスクブレーキ用ロータとしては、（ＪＩＳ）ＦＣ１５０以上の片状黒鉛鋳鉄からなる普通鋳鉄が用いられている。一方、この片状黒鉛からなる普通鋳鉄、すなわち片状黒鉛鋳鉄にＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒなどを添加含有させ、ディスクブレーキ用ロータの耐食性、減衰能、疲労強度、耐熱亀裂性を改善することも行われてきている。
【０００３】
例えば、特公昭６１−１７９００号公報には、重量％で、炭素当量：３．８〜４．５％の範囲で、Ｃ：２．８〜４．０およびＳｉ：１．５〜３．０を含有し、さらにＭｎ：０．３〜１．２、Ｐ：０．２０以下、Ｓ：０．０６〜０．２５、Ｃｕ：０．１５〜３．５、Ｃｒ：０．０５〜０．５、Ｎｉ：０．０５〜０．５、および残部Ｆｅと不純物を含有する耐食性鋳鉄の記載がある。そしてこの特公昭６１−１７９００号公報によれば、キュポラ溶解などで得られる比較的低コストな鋳鉄に所定量のＣｕ、ＣｒおよびＮｉを添加することにより、各種腐食環境下における錆層の生長を大幅に遅らせ、また錆層の酸化増量を抑制し、さらに錆層の層状剥離抵抗性を向上させて、例えばディスクブレーキなどの構成材料として有効な耐食性鋳鉄となる記載がある。
【０００４】
また、特開平３−２３２９４３号公報には、重量％で、炭素当量：４．３〜４．９、Ｃｒ：０．２５〜０．５、Ｓｎ：０．０５〜０．１２、Ｍｎ：０．４〜１．２、Ｐ：０．１以下、Ｓ：０．１５以下、および残部Ｆｅ、またはさらに、晶出黒鉛の平均周囲長さが１６０〜２６０μｍとした高減衰能鋳鉄部品の記載がある。そしてこの特開平３−２３２９４３号公報によれば、減衰能に優れたものになるとともに、強度、硬度も十分に確保されることとなり、高減衰性能を有しかつ耐摩耗性に優れた例えばディスクブレーキ用ロータが得られる記載がある。
【０００５】
また、特開平１０−２１２５４５号公報には、重量％にして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以下、Ｓ：０．１２以下のほか、Ｓｎ＋Ｓｂ＋Ｃｕの合計を０．０１〜０．５０、Ａｌ：０．０１〜０．１０を含んで残部がＦｅからなり、かつ炭素飽和度（Ｓｃ値）＝Ｃ重量％＋［４．２３−（Ｓｉ重量％／３．２）］で算出される炭素飽和度が０．８２〜０．９１の範囲に限られる疲労強度に優れたディスクブレーキ材料の記載がある。そしてこの特開平１０−２１２５４５号公報によれば、耐熱亀裂性、引張強さ、引張・圧縮疲労限の各要素間の理想的な平衡関係を確立できるとの記載がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、最大積載量が４０００ｋｇを超える大型トラックなどは、大きな制動力を要するので、車輪と一体となって回転するブレーキ用ドラムにブレーキシューに貼り付けた摩擦材を押し付けてブレーキ用ドラムの回転を摩擦力で止めるドラムブレーキ方式が採用されている。近年、大型トラックにおいては、高速性能や、制動の繰り返しあるいは高速からの制動により、摩擦材の温度が上昇してブレーキの効きが低下するのを抑制する、いわゆる耐フェードなどの安全性、耐久性、整備性などの観点から、前述のドラムブレーキ方式に代わりディスクブレーキ方式の採用が検討されている。しかし、大型トラックにディスクブレーキ方式を採用する場合には、乗用車に比較してディスクブレーキ用ロータの表面温度が高くなる等の苛酷な条件で使用されるため、ディスクブレーキ用ロータには厳しい耐熱亀裂性、耐摩耗性、そして機械的強度が必要とされる。
【０００７】
前記特公昭６１−１７９００号公報は、各種腐食環境下におけるディスクブレーキなどの構成材料であり、耐熱亀裂性、耐摩耗性についての具体的な開示や示唆はない。
【０００８】
また、前記特開平３−２３２９４３号公報は、減衰能を向上させるディスクブレーキ用ロータであり、耐熱亀裂性、耐摩耗性についての具体的な開示や示唆はない。
【０００９】
また、特開平１０−２１２５４５号公報は、耐熱亀裂性を熱亀裂長さで評価する記載、引張強さ、引張・圧縮疲労限の記載はあるが、ディスクブレーキ用ロータの耐久性を決定する重要因子である熱亀裂深さ、亀裂数、および摩耗量の開示や示唆はない。
【００１０】
大型トラックのディスクブレーキ用ロータにおいて、基地組織中の片状黒鉛は、制動時の熱衝撃を吸収しまた摩耗を減少させる働きをするので、その存在が不可欠である。一方、基地組織を強化しようとすると、高硬度となって耐熱衝撃性が低下して亀裂の進行を早め、また制動を与える側のブレーキパッドを損傷させる。また、大型トラックのディスクブレーキ用ロータにおいては、（ＪＩＳ）ＦＣ１５０以上の機械的性質が要求される。前記特公昭６１−１７９００号公報、特開平３−２３２９４３号公報、特開平１０−２１２５４５号公報を単に組み合わせた組成のディスクブレーキ用ロータとしても、機械的性質確保しつつ、耐熱亀裂性、耐摩耗性を向上させることは難しい。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、耐熱亀裂性、耐摩耗性に優れ、機械的性質が（ＪＩＳ）ＦＣ１５０以上で、特に大型トラックに適用できるディスクブレーキ用ロータを得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、耐熱亀裂性、耐摩耗性に優れ、機械的強度が（ＪＩＳ）ＦＣ１５０以上で、特に大型トラックに適用できるディスクブレーキ用ロータについて鋭意研究した。そして、耐熱亀裂性の向上のため炭素含有量を多くし、一方、炭素含有量を多くしたことに伴う機械的性質の低下を抑えるため、Ｃｕ、Ｃｒなどの合金元素を添加してみた。またさらにＳｎを添加してみた。Ｓｎを添加すると、黒鉛との基地境界の極狭い範囲にＳｎが濃化し、この黒鉛との基地境界へのＳｎの濃化により、制動による摩擦熱の繰り返しサイクルによる黒鉛の成長現象が抑制され、また黒鉛に沿った内部酸化が抑制されることがわかった。その結果、機械的性質を確保しつつ、熱亀裂深さを減少して耐熱亀裂性に優れ、摩耗量を大きく改善して耐摩耗性に優れ、大型トラックなどで過酷に使用しても耐久性が向上できるディスクブレーキ用ロータが得られるとの知見を得て本発明に想到した。
【００１３】
すなわち、本発明に係るディスクブレーキ用ロータは、片状黒鉛鋳鉄からなるディスクブレーキ用ロータであって、前記片状黒鉛鋳鉄が、質量比で、Ｃ：３．５〜４．２％、Ｓｉ：１．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５％未満、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．１２％以下、Ｃｕ：０．５〜１．５％、Ｎｉ：０．５％を超え３．０％以下、Ｃｒ：０．５％を超え１．５％以下、Ｓｎ：０．０１〜０．０５％を含み、残部Ｆｅと不可避的不純物からなり、黒鉛との基地境界で幅１０〜２０ÅにＳｎが濃化している構成であることを特徴とする。
【００１４】
上記構成のディスクブレーキ用ロータにおいて、Ｓｎの濃化度が１０〜１０００であることが好ましい。
【００１５】
上記構成のディスクブレーキ用ロータにおいて、片状黒鉛鋳鉄からなるディスクブレーキ用ロータにノンアスベスト系パッドを用いて制動面が６００℃となるように制動を行った後にこれを１５０℃まで放冷することを６００回繰り返す制動試験を行った後において、前記制動面の平均亀裂深さが５０μｍ以下となるような構成であることが好ましい。
【００１６】
この場合に、制動面の最大亀裂深さが１００μｍ以下となるような構成であることが好ましい。
【００１７】
上記構成のディスクブレーキ用ロータにおいて、片状黒鉛鋳鉄からなるディスクブレーキ用ロータにノンアスベスト系パッドを用いて制動面が６００℃となるように制動を行った後にこれを１５０℃まで放冷することを６００回繰り返す制動試験を行った後において、制動面の摩耗量が１０ｍｇ／ｃｍ²以下となるような構成であることが好ましい。
【００１９】
以下、本発明のディスクブレーキ用ロータでの限定理由につき説明する。
【００２０】
（１）制動試験の後において、制動面の平均亀裂深さが５０μｍ以下
片状黒鉛鋳鉄からなるディスクブレーキ用ロータの耐熱亀裂性は、ノンアスベスト系パッドで制動面が６００℃となるよう制動後１５０℃までの放冷を６００回繰り返す制動試験により評価できる。亀裂深さは、制動面の内部酸化の深さと定義し、この内部酸化の深さを測定する。また平均亀裂深さとは、亀裂の制動面に垂直方向の平均的な深さである。そして、制動試験の後において、制動面の平均亀裂深さが５０μｍ以下であれば、外径が４００ｍｍ以上の大型トラック用のディスクブレーキ用ロータに適用できる。
【００２１】
（２）制動試験の後において、制動面の最大亀裂深さが１００μｍ以下
最大亀裂深さとは、発生した亀裂のうち最大の深さであり、この最大亀裂深さが進展して片状黒鉛鋳鉄からなるディスクブレーキ用ロータの耐久性に影響を与える。上述の制動試験の後において、制動面の最大亀裂深さが１００μｍ以下であれば、大型トラック用で外径が約４００ｍｍ以上のディスクブレーキ用ロータに適用できる。
【００２２】
（３）制動試験の後において、制動面の摩耗量が１０ｍｇ／ｃｍ² 以下
ディスクブレーキ用ロータの耐摩耗性は、制動を受けるディスクブレーキ用ロータの単位面積当たりの摩耗量（例えばｍｇ／ｃｍ² ）を測定することで評価できる。そして、上述の制動試験の後において、制動面の摩耗量が１０ｍｇ／ｃｍ² 以下であれば、大型トラック用で例えば外径が４００ｍｍ以上のディスクブレーキ用ロータに適用できる。
【００２３】
（４）Ｃ（炭素）：３．５〜４．２％
Ｃは、鋳鉄の熱伝導率、減衰率を向上させ、耐熱亀裂性を向上するため、少なくとも３．５％以上の含有が必要である。一方、Ｃは、４．２％を超えて含有すると、溶湯の流動性が低下して鋳造性を悪くするとともに、さらに粗大な黒鉛が晶出して強度が低下し、耐熱亀裂性を損うおそれがある。したがって、Ｃ：３．５〜４．２％とする。好ましくは、Ｃ：３．７〜４．１％である。
【００２４】
（５）Ｓｉ（珪素）：１．５〜３．０％
Ｓｉは、良好な片状黒鉛を析出させ、良好な耐摩耗性を得るため、少なくとも１．５％以上の含有が必要である。一方、Ｓｉは、３．０％を超えて含有させると、引張強度を低下させ、また基地組織中に固溶して熱伝導率を低下させる。したがって、Ｓｉ：１．５〜３．０％とする。好ましくは、Ｃ：２．０〜２．５％である。
【００２５】
（６）Ｍｎ（マンガン）：０．５％未満
Ｍｎは、０．５％以上含有させるとチルが発生しやすく、ディスクブレーキ用ロータとして必要な耐熱亀裂性を損なう。したがって、Ｍｎ：０．５％未満とする。
【００２６】
（７）Ｐ（リン）：０．０４％以下
Ｐは、０．０４％を超えて含有させるとリンの共晶物を生成して脆化する。したがって、Ｐ：０．０４％以下とする。
【００２７】
（８）Ｓ（硫黄）：０．１２％以下
Ｓは、パーライト促進元素であり、０．１２％を超えて含有させるとチルが発生して脆化する。したがって、Ｓ：０．１２％以下とする。一方、Ｓは、共晶セル増加および黒鉛の湾曲効果により引張強さを上昇させる作用を有するので、０．０６％以上の含有が必要であり、好ましくは、Ｓ：０．０６〜０．１２％とする。
【００２８】
（９）Ｃｕ（銅）：２．０％以下
Ｃｕは、パーライト促進元素であり、引張強さを上昇させる。一方、Ｃｕは、２．０％を超えて含有させるとコストの面から不利となる。したがって、Ｃｕ：２．０％以下とする。好ましくは、Ｃｕ：０．５〜１．５％である。
【００２９】
（１０）Ｎｉ（ニッケル）：０．５％を超え３．０％以下
Ｎｉは、Ｃｕと同じくパーライト促進元素であり、引張強さを上昇させるので、０．５％を超える含有が必要である。一方、Ｎｉは、３．０％を超え含有させるとコストの面で不利となる。したがって、Ｎｉ：０．５％を超え３．０％以下である。好ましくは、Ｎｉ：０．７〜１．３％である。
【００３０】
（１１）Ｃｒ（クロム）：０．５％を超え１．５％以下
Ｃｒは、パーライト促進元素であり、引張強さを上昇させる。また、パーライトのセメンタイト中に濃化し、パーライトを安定化する。すなわち、成長現象を抑制し、加熱、冷却による体積の変化率が小さくする効果を得るため、Ｃｒは０．５％を超える含有が有効である。一方、Ｃｒは、１．５％を超えて含有させると、チルが多量に発生して好ましくない。したがって、Ｃｒ：０．５％を超え１．５％以下である。
【００３１】
（１２）黒鉛との基地境界で幅１０〜２０ÅにＳｎ（すず）が濃化し、Ｓｎ濃化度：１０〜１０００
黒鉛との基地境界の幅１０〜２０Å（オングストローム）と極狭い範囲にＳｎを濃化させることで、制動による摩擦熱の繰り返しサイクルによる黒鉛の成長現象を抑制し、また、黒鉛に沿った内部酸化を抑制できて、熱亀裂の進展を防止する。また、黒鉛と基地組織とを密着させて熱伝導率を向上する。このような効果を得るため、黒鉛との基地境界で幅１０〜２０ÅのＳｎ濃化度は１０以上とする必要がある。一方、黒鉛との基地境界で幅１０〜２０ÅのＳｎ濃化度が１０００を超えても、効果が飽和する。したがって、黒鉛との基地境界で幅１０〜２０ÅのＳｎ濃化度：１０〜１０００である。ここで、Ｓｎの濃化度とは、黒鉛との基地境界の幅１０〜２０ÅでのＳｎ含有量（質量％）を、ディスクブレーキ用ロータとしての材料全体のＳｎ含有量（質量％）で除した値である。
【００３２】
一方、黒鉛との基地境界で幅１０〜２０ÅのＳｎ濃化度を１０〜１０００とするために、Ｓｎ：０．０１〜０．０５％、好ましくは、Ｓｎ：０．０１〜０．０３％含有させる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を説明する。表１に示す組成となる片状黒鉛鋳鉄を、１００ｋｇ用高周波炉を用いて大気溶解し、１５００℃以上で出湯した後、直ちに１４５０℃以上で注湯して鋳造し、その後、機械加工を施して制動試験用の供試材を作製した。
【００３４】

（注）
（１）発明材（上限）および（下限）の記号のうち、＜は未満、＞は超えるを示す。
（２）残部は記載しないが、不可避的不純物およびＦｅである。
【００３５】
なお、表１において、従来材１は特公平６１−１７９００号公報に記載される鋳鉄であり、従来材２は特開平３−２３２９４３号公報に記載される鋳鉄であり、従来材３は特開平１０−２１２５４５号公報に記載される鋳鉄である。
【００３６】
発明材１〜５と従来材１〜３について液体窒素下の低温にて強制破面を出し、表面元素分析法であるオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により、黒鉛との基地境界で幅１０〜２０ÅのＳｎ濃化度を測定した。表１に黒鉛との基地境界で幅１０〜２０Åの３点におけるＳｎ濃化度の平均値を示す。
【００３７】
次に、各供試材を用いて、以下に述べる評価試験を行った。
（１）耐熱亀裂性
特に大型トラックに適用されるディスクブレーキ用ロータは、ブレーキパッドによる制動で６００〜７００℃近くの高温となり、制動が解放されて常温に戻るので、この繰り返し熱サイクルでの耐熱亀裂性が要求される。図２は、制動試験の模式図である。図２で、５は、表１に示す組成で外径１０２ｍｍ、内径５８ｍｍ、厚さ１０ｍｍで制動面５ａを形成した供試材、６は、幅５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ１１ｍｍ、裏板が６ｍｍで、円周方向に３等分に配置したノンアスベスト系のパッド、７は、制動する面から約１ｍｍ離れた位置のパッド６内に挿入した熱電対である。図２で、熱電対７で検出しつつ、パッド６により制動面５ａが６００℃となるよう制動後、１５０℃までの放冷を６００回繰り返す制動試験を行い、制動試験前後に制動面５ａ発生した亀裂のうち３個所について、その垂直方向の平均亀裂深さ（単位：μｍ）と最大亀裂深さ（単位：μｍ）を測定した。その結果を表２に示す。
【００３８】
表２から、発明材１〜５は、制動面５ａの平均亀裂深さが５０μｍ以下、最大亀裂深さが１００μｍ以下である。これは、黒鉛との基地境界の極狭い範囲にＳｎを偏析させ濃化させることで、制動による摩擦熱の繰り返しサイクルによる片状黒鉛鋳鉄の成長現象を抑制し、また黒鉛片に沿った内部酸化を抑制しているからである。一方、従来材１〜３は、平均亀裂深さ、最大亀裂深さとも大きい。以上のことから、パッドによる制動で制動面が６００〜７００℃近くの高温となり、制動が解放されて常温に戻るディスクブレーキ用ロータには、発明材１〜５のものが優れていることがわかる。
【００３９】
（２）耐摩耗性
特に大型トラックに適用されるディスクブレーキ用ロータは、ブレーキパッドによる制動の繰り返しでの耐摩耗性が要求される。耐摩耗性は、前述の図２に示す制動試験により、制動試験前後の供試材５の、制動面５ａの単位面積当たりの摩耗量（単位：ｍｇ／ｃｍ² ）、および３個のパッド６合計の摩耗量（単位：ｇ）を測定した。その結果を表２に示す。
【００４０】
表２から、発明材１〜５は、制動面５ａの摩耗量が１０ｍｇ／ｃｍ² 以下であり、摩耗量が少ないと評価できる。また制動を与えるパッド６の摩耗量も少なく、制動面５ａがパッド６を攻撃することが少ないことがわかる。一方、従来材１〜３は、制動面５ａ、パッド７とも摩耗量が多い。以上のことから、ブレーキパッドにより繰り返し制動を受けるディスクブレーキ用ロータには、発明材１〜５のものが優れていることがわかる。
【００４１】
また、発明材１〜５は、引張強さが２００〜２７０Ｎ／ｍｍ² あり、機械的性質は（ＪＩＳ）ＦＣ１５０以上有し、従来材と同等またはそれ以上であった。
【００４２】

【００４３】
【実施例】
図１は、大型トラック用のディスクブレーキ用ロータ１を示す横断面図である。ディスクブレーキ用ロータ１は、外径１ａが４３７ｍｍ、内径１ｂが２００ｍｍ、ロータ部１ｃの幅が３８ｍｍであり、ボルト（図示せず）を挿通する多数の孔１ｄ、トラックのホイールハブ（図示せず）に取り付ける取付部１ｅ、ノンアスベスト系のパッド２，３で制動を受けるディスク部１ｆ、１ｇを有する。図１のディスクブレーキ用ロータ１を表１の発明材３の組成で作製し、大型トラックに適用した。その結果、ディスク部１ｆ、１ｇは、平均亀裂深さが３５μｍ、最大亀裂深さが７５μｍと、共に小さく、また摩耗も１．７ｍｇ／ｃｍ² と少なく、耐熱亀裂性、耐摩耗性に優れていた。また、機械的性質は、（ＪＩＳ）ＦＣ１５０以上であり、本発明のディスクブレーキ用ロータが優れた耐久性を有することが確認できた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明のディスクブレーキ用ロータは、耐熱亀裂性、耐摩耗性に優れ、また機械的性質は従来材と同等以上であり、乗用車と比較して使用条件の過酷な大型トラックに適用でき、それのみでなく、中、小トラックや乗用車等に適用しても優れた耐久性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】大型トラック用のディスクブレーキ用ロータを示す横断面図である。
【図２】制動試験の模式図である。
【符号の説明】
１：ディスクブレーキ用ロータ、２，３：パッド、５：供試材、５ａ：制動面、６：パッド、７：熱電対。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a disk brake rotor for automobiles, and more particularly to a disk brake rotor made of flake graphite cast iron which is most suitable for a large truck.
[0002]
[Prior art]
The disc brake is an element that generates a braking force by pressing friction material on both sides of the disc brake rotor that rotates together with the wheel, and the braking force increases linearly with the pressing pressure. Is obtained. Generally, as a disc brake rotor for a passenger car, ordinary cast iron made of flake graphite cast iron of (JIS) FC150 or higher is used. On the other hand, it is also possible to improve the corrosion resistance, damping capacity, fatigue strength, and heat cracking resistance of the rotor for a disc brake by adding Cu, Ni, Cr, etc. to the ordinary cast iron made of flake graphite, that is, flake graphite cast iron. It has been broken.
[0003]
For example, Japanese Examined Patent Publication No. 61-17900 discloses, in terms of weight%, carbon equivalent: 3.8 to 4.5%, C: 2.8 to 4.0, and Si: 1.5 to 3.0. Mn: 0.3 to 1.2, P: 0.20 or less, S: 0.06 to 0.25, Cu: 0.15 to 3.5, Cr: 0.05 to 0. 5, Ni: 0.05-0.5, and the description of the corrosion-resistant cast iron containing remainder Fe and impurities. According to Japanese Patent Publication No. 61-17900, by adding a predetermined amount of Cu, Cr and Ni to relatively low cost cast iron obtained by cupola melting, etc., the growth of the rust layer in various corrosive environments can be achieved. There is a description that the corrosion resistance cast iron is effective as a constituent material of, for example, a disc brake, by significantly delaying, suppressing the oxidation increase of the rust layer, and further improving the layered peeling resistance of the rust layer.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-232943 discloses, in terms of% by weight, carbon equivalent: 4.3 to 4.9, Cr: 0.25 to 0.5, Sn: 0.05 to 0.12, Mn: 0 .4 to 1.2, P: 0.1 or less, S: 0.15 or less, and the balance Fe, or, further, description of a high damping capacity cast iron part in which the average perimeter of crystallized graphite is 160 to 260 μm. is there. According to Japanese Patent Laid-Open No. 3-232943, for example, a disc having excellent damping performance, sufficient strength and hardness, and having high damping performance and excellent wear resistance. There is a description of obtaining a brake rotor.
[0005]
In JP-A-10-212545, C: 3.10 to 3.45, Si: 1.10 to 1.50, Mn: 0.60 to 1.00, Ni: 1. 00 to 2.00, Cr: 0.30 to 0.60, Mo: 0.30 to 0.50, P: 0.16 or less, S: 0.12 or less, and the total of Sn + Sb + Cu is 0.01 to 0.50, Al: 0.01 to 0.10 is included, the balance is Fe, and carbon saturation (Sc value) = C wt% + [4.23- (Si wt% / 3.2)] There is a description of a disc brake material excellent in fatigue strength in which the carbon saturation calculated in the above is limited to a range of 0.82 to 0.91. And according to this Unexamined-Japanese-Patent No. 10-212545, there exists description that the ideal equilibrium relationship between each element of a heat cracking resistance, tensile strength, and a tension | pulling / compression fatigue limit can be established.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, large trucks with a maximum load capacity exceeding 4000 kg require a large braking force, so the friction material affixed to the brake shoe is pressed against the brake drum that rotates together with the wheels to rotate the brake drum. A drum brake system that stops with frictional force is adopted. In recent years, in heavy-duty trucks, high-speed performance, safety and durability such as so-called fade resistance, which suppresses the decrease in braking effectiveness due to the temperature of the friction material rising due to repeated braking or braking from high speed From the viewpoint of maintainability, the use of a disc brake system is being considered in place of the drum brake system described above. However, when the disc brake system is adopted for large trucks, it is used under severe conditions such as the surface temperature of the disc brake rotor being higher than that of a passenger car. , Wear resistance, and mechanical strength are required.
[0007]
The above Japanese Patent Publication No. 61-17900 is a constituent material such as a disc brake in various corrosive environments, and there is no specific disclosure or suggestion about heat crack resistance and wear resistance.
[0008]
Japanese Patent Laid-Open No. 3-232943 is a disc brake rotor that improves damping performance, and there is no specific disclosure or suggestion about heat crack resistance and wear resistance.
[0009]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-212545 discloses the evaluation of heat cracking resistance by the length of thermal cracking, the description of tensile strength and tensile / compression fatigue limit, but it is important to determine the durability of a disc brake rotor. There is no disclosure or suggestion of factors such as thermal crack depth, number of cracks, and amount of wear.
[0010]
In a rotor for a disk brake of a large truck, flake graphite in the base structure serves to absorb a thermal shock during braking and reduce wear, so that its presence is indispensable. On the other hand, if an attempt is made to strengthen the base structure, the hardness becomes high and the thermal shock resistance is lowered, the progress of the crack is accelerated, and the brake pad on the brake applying side is damaged. In addition, a disk brake rotor for large trucks is required to have mechanical properties of (JIS) FC150 or higher. As a disc brake rotor having a composition simply combining the above Japanese Patent Publication No. 61-17900, Japanese Patent Laid-Open No. 3-232943, and Japanese Patent Laid-Open No. 10-212545, heat resistance crack resistance and wear resistance are ensured while ensuring mechanical properties. It is difficult to improve sex.
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems, and is to obtain a disk brake rotor that is excellent in heat crack resistance and wear resistance, has mechanical properties of (JIS) FC150 or more, and can be applied particularly to a large truck. Objective.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors diligently researched a rotor for a disc brake that is excellent in heat crack resistance and wear resistance, has a mechanical strength of (JIS) FC150 or more, and can be applied particularly to a large truck. In order to improve the thermal cracking resistance, the carbon content was increased. On the other hand, an alloying element such as Cu or Cr was added in order to suppress a decrease in mechanical properties due to the increase in the carbon content. Furthermore, Sn was added. When Sn is added, Sn is concentrated in a very narrow range at the base boundary with graphite, and by the concentration of Sn at the base boundary with graphite, the growth phenomenon of graphite due to repeated cycles of frictional heat due to braking is suppressed, It was also found that internal oxidation along the graphite was suppressed. As a result, while maintaining the mechanical properties, the thermal crack depth is reduced and heat cracking resistance is improved, the amount of wear is greatly improved and wear resistance is improved, and it is durable even when used severely on large trucks, etc. The inventors have obtained the knowledge that a disc brake rotor capable of improving the speed can be obtained, and have arrived at the present invention.
[0013]
That is, the disc brake rotor according to the present invention is a disc brake rotor made of flake graphite cast iron, and the flake graphite cast iron has a mass ratio of C: 3.5 to 4.2%, Si: 1.5 to 3.0%, Mn: less than 0.5%, P: 0.04% or less, S: 0.12% or less, Cu: 0.5 to 1.5%, Ni: 0.5% More than 3.0% or less, Cr: more than 0.5% and 1.5% or less, Sn: 0.01-0.05%, the balance Fe and unavoidable impurities, at the base boundary with graphite A feature is that Sn is concentrated in a width of 10 to 20 mm.
[0014]
In disc rotor brake having the above structure, thickening of the Sn is preferably a 10 to 1000.
[0015]
In disc rotor brake having the above configuration, allowing to cool at 0.99 ° C. or after braking surface using a non-asbestos-based pad to the disc rotor brake comprising a flake graphite cast iron has performed the braking such that the 600 ° C. in after 600 times repetition braking test that, it is preferable that the average crack depth of said braking surface is less become configuration 50 [mu] m.
[0016]
In this case, it is preferable that the maximum crack depth of the braking surface be 100 μm or less .
[0017]
In the disc brake rotor having the above-described configuration, the disc brake rotor made of flake graphite cast iron is braked using a non-asbestos pad so that the braking surface becomes 600 ° C., and then cooled to 150 ° C. After the braking test is repeated 600 times, the amount of wear on the braking surface is preferably 10 mg / cm ² or less .
[0019]
The reason for limitation in the disc brake rotor of the present invention will be described below.
[0020]
(1) After the braking test, the thermal crack resistance of the disc brake rotor made of flake graphite cast iron with an average crack depth of 50 μm or less on the braking surface is that after braking so that the braking surface is 600 ° C. with a non-asbestos pad. It can be evaluated by a braking test in which the cooling to 150 ° C. is repeated 600 times. The crack depth is defined as the internal oxidation depth of the braking surface, and this internal oxidation depth is measured. The average crack depth is an average depth perpendicular to the crack braking surface. After the braking test, if the average crack depth of the braking surface is 50 μm or less, it can be applied to a disk brake rotor for a large truck having an outer diameter of 400 mm or more.
[0021]
(2) After the braking test, the maximum crack depth of the braking surface is 100 μm or less. The maximum crack depth is the maximum depth of the cracks that have occurred. Affects the durability of the disc brake rotor. After the above-described braking test, if the maximum crack depth of the braking surface is 100 μm or less, it can be applied to a disk brake rotor for a large truck having an outer diameter of about 400 mm or more.
[0022]
(3) After the braking test, the wear amount of the braking surface is 10 mg / cm ² or less. The wear resistance of the disc brake rotor is determined by the wear amount per unit area of the disc brake rotor subjected to braking (for example, mg / cm ² ) Can be evaluated by measuring. Then, after the above-described braking test, if the amount of wear on the braking surface is 10 mg / cm ² or less, it can be applied to a disk brake rotor for a large truck, for example, an outer diameter of 400 mm or more.
[0023]
(4) C (carbon): 3.5-4.2%
C is required to be contained at least 3.5% in order to improve the thermal conductivity and attenuation factor of cast iron and to improve the thermal crack resistance. On the other hand, if C is contained in excess of 4.2%, the fluidity of the molten metal is lowered and the castability is deteriorated, and further, coarse graphite is crystallized, the strength is lowered, and the heat crack resistance is liable to be impaired. There is. Therefore, C: 3.5 to 4.2%. Preferably, C: 3.7-4.1%.
[0024]
(5) Si (silicon): 1.5 to 3.0%
Si needs to be contained in an amount of at least 1.5% in order to precipitate good flake graphite and obtain good wear resistance. On the other hand, if Si is contained in an amount exceeding 3.0%, the tensile strength is reduced, and it is dissolved in the matrix structure to reduce the thermal conductivity. Therefore, Si: 1.5 to 3.0%. Preferably, C: 2.0 to 2.5%.
[0025]
(6) Mn (manganese): Less than 0.5% When Mn is contained in an amount of 0.5% or more, chill is likely to occur, and the heat cracking resistance required for a disk brake rotor is impaired. Therefore, Mn: less than 0.5%.
[0026]
(7) P (phosphorus): 0.04% or less When P is contained in an amount exceeding 0.04%, a phosphorus eutectic is formed and embrittled. Therefore, P: 0.04% or less.
[0027]
(8) S (sulfur): 0.12% or less S is a pearlite-promoting element. If it exceeds 0.12%, chill is generated and embrittled. Therefore, S: 0.12% or less. On the other hand, S has the effect of increasing the tensile strength due to the eutectic cell increase and the bending effect of graphite, so it is necessary to contain 0.06% or more, preferably S: 0.06 to 0.12. %.
[0028]
(9) Cu (copper): 2.0% or less Cu is a pearlite-promoting element and increases the tensile strength. On the other hand, if Cu is contained in excess of 2.0%, it is disadvantageous in terms of cost. Therefore, Cu: 2.0% or less. Preferably, Cu: 0.5 to 1.5%.
[0029]
(10) Ni (nickel): more than 0.5% and not more than 3.0% Ni is a pearlite-promoting element like Cu, and increases the tensile strength, so it needs to contain more than 0.5%. . On the other hand, if Ni is contained over 3.0%, it is disadvantageous in terms of cost. Therefore, Ni exceeds 0.5% and is 3.0% or less. Preferably, Ni is 0.7 to 1.3%.
[0030]
(11) Cr (chromium): more than 0.5% and not more than 1.5% Cr is a pearlite promoting element and increases the tensile strength. In addition, it concentrates in pearlite cementite and stabilizes pearlite. In other words, it is effective to contain over 0.5% in order to suppress the growth phenomenon and to obtain the effect of reducing the rate of change in volume due to heating and cooling. On the other hand, if the Cr content exceeds 1.5%, a large amount of chill is generated, which is not preferable. Therefore, Cr: more than 0.5% and 1.5% or less.
[0031]
(12) Sn (tin) is concentrated to a width of 10 to 20 mm at the base boundary with graphite, and the Sn concentration is 10 to 1000.
By concentrating Sn in a very narrow range of 10-20 Å (angstrom) at the base boundary with graphite, the growth phenomenon of graphite due to repeated cycles of frictional heat due to braking is suppressed, and internal oxidation along the graphite It is possible to suppress the development of thermal cracks. In addition, the thermal conductivity is improved by bringing graphite and the matrix structure into close contact. In order to obtain such an effect, the Sn concentration of 10 to 20 mm in width at the base boundary with graphite needs to be 10 or more. On the other hand, even if the Sn concentration of 10 to 20 mm in width exceeds 1000 at the base boundary with graphite, the effect is saturated. Therefore, the Sn concentration of 10 to 20 mm in width at the base boundary with graphite is 10 to 1000. Here, the Sn concentration is obtained by dividing the Sn content (mass%) in the width of 10 to 20 mm at the base boundary with graphite by the Sn content (mass%) of the entire material as a disc brake rotor. It is the value.
[0032]
On the other hand, Sn: 0.01-0.05%, preferably Sn: 0.01-0.03%, in order to set the Sn concentration of 10-20 mm in width at the base boundary with graphite to 10-1000. Contain.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the invention will be described below. The flake graphite cast iron having the composition shown in Table 1 is melted in the atmosphere using a high-frequency furnace for 100 kg, poured out at 1500 ° C or higher, immediately poured at 1450 ° C or higher, cast, and then machined. Thus, a test material for a braking test was produced.
[0034]

(note)
(1) Among the symbols of the invention material (upper limit) and (lower limit), <indicates less than,> indicates exceeding.
(2) Although the remainder is not described, it is an inevitable impurity and Fe.
[0035]
In Table 1, the conventional material 1 is cast iron described in Japanese Patent Publication No. 61-17900, the conventional material 2 is cast iron described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-232943, and the conventional material 3 is disclosed in Japanese Patent This is cast iron described in JP-A-10-212545.
[0036]
Inventive materials 1 to 5 and conventional materials 1 to 3 have a forced fracture surface at low temperatures under liquid nitrogen, and a width of 10 to 20 mm at the base boundary with graphite by Auger electron spectroscopy (AES) which is a surface element analysis method. The Sn concentration was measured. Table 1 shows the average value of the Sn concentration at three points having a width of 10 to 20 mm at the base boundary with graphite.
[0037]
Next, the evaluation test described below was performed using each sample material.
(1) Thermal cracking resistance Disc brake rotors applied to large trucks, in particular, have a high temperature of approximately 600 to 700 ° C. when brakes are applied to the brake pads, and the brakes are released and return to room temperature. Cracking is required. FIG. 2 is a schematic diagram of a braking test. In FIG. 2, 5 is a test material in which the braking surface 5a is formed with an outer diameter of 102 mm, an inner diameter of 58 mm, and a thickness of 10 mm with the composition shown in Table 1, 6 is a width of 50 mm × 50 mm × thickness of 11 mm, and a back plate is 6 mm. Thus, the non-asbestos pad 7 arranged in three equal parts in the circumferential direction is a thermocouple inserted into the pad 6 at a position about 1 mm away from the surface to be braked. In FIG. 2, the brake surface 5 a is detected 600 times by the pad 6 while being detected by the thermocouple 7, and then the brake test is repeated 600 times to cool to 150 ° C., and the braking surface 5 a is generated before and after the braking test. The average crack depth (unit: μm) and the maximum crack depth (unit: μm) in the vertical direction were measured at three locations among the cracks. The results are shown in Table 2.
[0038]
From Table 2, the inventive materials 1 to 5 have an average crack depth of 50 μm or less and a maximum crack depth of 100 μm or less of the braking surface 5a. This is because Sn is segregated and concentrated in a very narrow area at the base boundary with graphite, thereby suppressing the growth phenomenon of flake graphite cast iron due to repeated cycles of frictional heat due to braking, and internal oxidation along the graphite piece. It is because it is suppressing. On the other hand, the conventional materials 1 to 3 have a large average crack depth and a maximum crack depth. From the above, it can be seen that the disc brake rotors of the inventive materials 1 to 5 are excellent for the brakes for the disc brakes that are brought to a high temperature of about 600 to 700 ° C. by braking with the pads and the braking is released to return to normal temperature. .
[0039]
(2) Wear resistance In particular, a disc brake rotor applied to a large truck is required to have wear resistance by repeated braking by a brake pad. With respect to the wear resistance, the amount of wear per unit area of the braking surface 5a (unit: mg / cm ² ) of the test material 5 before and after the braking test and the three pads 6 are determined by the braking test shown in FIG. The total amount of wear (unit: g) was measured. The results are shown in Table 2.
[0040]
From Table 2, it can be evaluated that the inventive materials 1 to 5 have a wear amount of the braking surface 5a of 10 mg / cm ² or less, and the wear amount is small. It can also be seen that the amount of wear of the pad 6 that applies braking is small, and the braking surface 5a rarely attacks the pad 6. On the other hand, in the conventional materials 1 to 3, both the braking surface 5a and the pad 7 have a large amount of wear. From the above, it can be seen that the inventive disc brake rotors that are repeatedly braked by the brake pads are excellent in the inventive materials 1 to 5.
[0041]
Inventive materials 1 to 5 have a tensile strength of 200 to 270 N / mm ² , mechanical properties of (JIS) FC150 or more, and equal to or higher than conventional materials.
[0042]

[0043]
【Example】
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a disk brake rotor 1 for a large truck. The disc brake rotor 1 has an outer diameter 1a of 437 mm, an inner diameter 1b of 200 mm, a width of the rotor portion 1c of 38 mm, a large number of holes 1d through which bolts (not shown) are inserted, and a wheel hub (not shown). ) And the disk portions 1f and 1g that are braked by the

non-asbestos pads

2 and 3. The disc brake rotor 1 shown in FIG. 1 was produced with the composition of Invention Material 3 shown in Table 1 and applied to a large truck. As a result, the disk portion 1f, 1 g is, 35 [mu] m average crack depth, and 75μm maximum crack depth, both small and wear even 1.7 mg / cm ² and less thermal cracking resistance, and excellent wear resistance It was. Further, the mechanical properties were (JIS) FC150 or more, and it was confirmed that the disc brake rotor of the present invention had excellent durability.
[0044]
【The invention's effect】
The disk brake rotor of the present invention is excellent in heat crack resistance and wear resistance, and has mechanical properties equivalent to or better than those of conventional materials, and can be applied to heavy trucks that are used more severely than passenger cars. In addition, it has excellent durability even when applied to medium and light trucks and passenger cars.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a disk brake rotor for a large truck.
FIG. 2 is a schematic diagram of a braking test.
[Explanation of symbols]
1: Disc brake rotor, 2, 3: Pad, 5: Specimen, 5a: Braking surface, 6: Pad, 7: Thermocouple.

Claims

A disc brake rotor made of flake graphite cast iron,
The flake graphite cast iron is, by mass ratio, C: 3.5 to 4.2%, Si: 1.5 to 3.0%, Mn: less than 0.5%, P: 0.04% or less, S : 0.12% or less, Cu: 0.5 to 1.5%, Ni: more than 0.5% to 3.0% or less, Cr: more than 0.5% to 1.5% or less, Sn: 0. Containing 01-0.05%, consisting of the balance Fe and inevitable impurities,
Rotor disc brake, wherein the Sn width 10~20Å the base boundary and the graphite is the configuration that is concentrated.

Disc rotor brake according to claim 1, wherein the thickening of the previous SL Sn is 10 to 1000.

Braking test to repeat 600 times to cool it at 0.99 ° C. or after braking surface using a non-asbestos-based pad was braking so that 600 ° C. a disc rotor brake comprising the flake graphite cast iron in after the disc rotor brake according to claim 1 or 2, wherein an average crack depth of said braking surface are configured such that 50μm or less.

Disc rotor brake according to claim 3, wherein the maximum crack depth of the previous SL braking surface is configured such that 100μm or less.

A braking test was repeated 600 times, in which the disc brake rotor made of flake graphite cast iron was braked using a non-asbestos pad so that the braking surface became 600 ° C. and then allowed to cool to 150 ° C. in after the disc rotor brake according to claim 1, the wear amount of the braking surface is characterized by a configuration becomes 10 mg / cm ² or less.