鑄鐵及制動(dòng)部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合用于車輛等的制動(dòng)裝置的鑄鐵及制動(dòng)部件，尤其涉及能夠通過具 備較高的比熱而達(dá)成制動(dòng)盤的輕量化的鑄鐵及制動(dòng)部件。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車、自動(dòng)二輪車等制動(dòng)裝置具備與車輪一起旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)盤和被按壓到制動(dòng)盤的 制動(dòng)墊。為了抑制由產(chǎn)生的摩擦熱所致的功能降低而對(duì)制動(dòng)盤要求較高的熱導(dǎo)率。作為以 低成本實(shí)現(xiàn)此種要求的材料，一直使用片狀石墨鑄鐵、CV石墨鑄鐵、球狀石墨鑄鐵。尤其對(duì) 于片狀石墨鑄鐵而目，由于石墨為熱的良導(dǎo)體，因此通過增大石墨長(zhǎng)度，能夠提尚熱導(dǎo)率。
[0003] 作為有關(guān)鑄鐵的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)，有以下的文獻(xiàn)。專利文獻(xiàn)1所記載的是關(guān)于耐腐 蝕性鑄鐵的技術(shù)，在碳當(dāng)量3. 8~4. 5%的范圍內(nèi)，以質(zhì)量％計(jì)含有C :2. 8~4%、Si :1. 5~ 3· 0%、Μη :0· 3 ~L 2%、P :0· 2% 以下、S :0· 06 ~0· 25%、Cu :0· 15 ~3. 5%，并且余量由 Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，通過改變Cu的含量來抑制生銹。
[0004] 專利文獻(xiàn)2所記載的是關(guān)于盤式制動(dòng)用盤的技術(shù)，以質(zhì)量％計(jì)含有C :2. 8~ 3. 8%、Si :1· 8 ~3· 4%、Mn :0· 5 ~L 0%、S :0· 02 ~0· 1%、Cr :0· 1 ~I. 5%、Mo :0· 1 ~ I. 0%、Ni :0· 1 ~I. 2%、Ce :0· 01 ~0· 05%、Cu :0· 1 ~L 2%，余量由 Fe 及不可避的雜質(zhì) 構(gòu)成，通過以Ce來實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化，從而使耐熱裂性提高。
[0005] 專利文獻(xiàn)3所記載的是一種制動(dòng)部件，其是具有滑動(dòng)部和輪轂安裝部、并且由單 一熔液制成的鑄造制一體結(jié)構(gòu)的制動(dòng)部件，其以質(zhì)量％計(jì)含有C :3. 5~3. 90%、Si :2. 3~ 3· 0%、Μη :0· 7 ~I. 1%、P :< 0· 05%、S :0· 08 ~0· 012%、Cu :0· 7 ~L 2%，余量由鐵及不 可避的雜質(zhì)構(gòu)成，CE值為4. 3~4. 7,拉伸強(qiáng)度為15~20kgf/mm2,衰減能為12~20 X 10_3， 并且按照使輪轂安裝孔內(nèi)面成為硬度HRB90~105的方式實(shí)施高頻淬火。
[0006] 專利文獻(xiàn)4所記載的是高熱導(dǎo)耐腐蝕鑄鐵，在碳當(dāng)量：4~5%的范圍內(nèi)，以質(zhì)量％ 計(jì)含有 C :3 ~4. 5%、Si :1· 5 ~3· 0%、Μη :0· 5 ~I. 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%，余量由鐵及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成， 通過使組織中生成針狀石墨，從而使高熱導(dǎo)性和耐腐蝕性提高。
[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號(hào)公報(bào)
[0010] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2002-105581號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開平5-214480號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開平7-3380號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明要解決的課題
[0014] 但是，近年來，隨著溫室效應(yīng)氣體的排放的限制，對(duì)汽車等運(yùn)輸裝置越發(fā)要求輕量 化，尤其是由鑄鐵塊制成的制動(dòng)盤成為頗重的重量物，因此迫切要求其輕量化。
[0015] 在此，利用制動(dòng)盤和制動(dòng)墊的制動(dòng)伴有將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿淖饔茫苿?dòng)盤吸收熱 能，車輛停止后放出熱能。因此，制動(dòng)盤的熱導(dǎo)率越高，越能迅速地放出熱能。另外，制動(dòng)盤 的比熱越高，蓄積熱能的能力越高，越能抑制在吸收熱能時(shí)的溫度上升。因此，制動(dòng)盤的比 熱越高，越能使制動(dòng)盤小型化。
[0016] 但是，現(xiàn)狀是現(xiàn)階段并沒有著眼于提高比熱的鑄鐵的開發(fā)。
[0017] 另外，通常，為了確保強(qiáng)度、耐摩耗性，而使鑄鐵包含較多的Cu，由于Cu的材料成 本高，因此需要減少Cu的量。
[0018] 本發(fā)明是鑒于此種情況而完成的發(fā)明，其目的在于提供能夠通過降低Cu含量而 實(shí)現(xiàn)成本下降、并且能夠通過具有較高的比熱而達(dá)成制動(dòng)部件的輕量化等的鑄鐵及制動(dòng)部 件。
[0019] 用于解決課題的手段
[0020] 本發(fā)明人等為了使鑄鐵及使用其的制動(dòng)盤輕量化而反復(fù)進(jìn)行研宄，結(jié)果得出以下 結(jié)論：若使用以下的組成的鑄鐵，則可以得到較高的比熱（例如600J/kg/K以上），并且還 能充分得到溫室效應(yīng)氣體的排放抑制效果。而且，為了得到此種比熱而反復(fù)進(jìn)行了深入研 宄。
[0021] 鑄鐵包含鐵素體、滲碳體、石墨及其他微量的夾雜物。本發(fā)明人等對(duì)其中重量分率 較大的鐵素體的高比熱化進(jìn)行研宄，并且對(duì)固溶于鐵素體并且具有提高比熱的效果的各種 元素進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果判明：Si的效果最大，并且無需制作炭化物即可容易地固溶于鐵素 體中。
[0022] 在鑄鐵中添加3. 5%以上的Si時(shí)會(huì)顯著體現(xiàn)Si的效果。在鑄鐵中Si主要富集在 鐵素體中，在鐵素體中的重量分率達(dá)到4%以上。通常可以說在該濃度下以平衡狀態(tài)析出 Fe3Si,但是基于利用X射線衍射的分析結(jié)果在通常的制造條件下幾乎檢測(cè)不出Fe3Si。即， 認(rèn)為：不制作規(guī)則結(jié)構(gòu)而不規(guī)則且過飽和地固溶的Si使鐵素體的比熱提高。
[0023] 本發(fā)明的鑄鐵是基于上述見解而完成的，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)含有C :3. 0~ 4. 8%、Si :3· 5 ~5· 0%、Μη :0· 5 ~2. 0%、Sn和 / 或 Sb 即 Sn :0· 02 ~0· 2%、Sb :0· 01 ~ 0. 2%、Cu :0. 5%以下，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0024] 另外，本發(fā)明的鑄鐵可以進(jìn)一步含有以質(zhì)量％計(jì)為0.05~1.5%的Cr。
[0025] 本發(fā)明的鑄鐵在200°C下的比熱優(yōu)選為600J/kg/K以上，在200°C下的熱導(dǎo)率優(yōu)選 為44W/m/K以上。
[0026] 本發(fā)明的鑄鐵在基體組織中的珠光體的面積率優(yōu)選為90%以上。
[0027] 本發(fā)明的制動(dòng)部件由上述鑄鐵制造而成。
[0028] 以下，對(duì)本發(fā)明的數(shù)值限定的根據(jù)和本發(fā)明的作用一并進(jìn)行說明。需要說明的是， 在以下的說明中，" ％ "是指"質(zhì)量％ "。
[0029] C:3.0~4.8%
[0030] C是用于使基體組織析出石墨所需的元素。石墨是熱的良導(dǎo)體且提高鑄鐵的熱導(dǎo) 率，并且發(fā)揮迅速放出所吸收的熱能的作用。在C的含量不足3. 0%時(shí)，難以得到與現(xiàn)行材 料的鑄鐵同等的熱導(dǎo)率即44W/m/K。另一方面，若C的含量超過4. 8%，則鑄鐵的熔點(diǎn)過高， 難以熔解，并且因強(qiáng)度顯著降低而難以進(jìn)行添加。因此，C的含量為3. 0~4. 8%。
[0031] Si :3. 5 ~5.0%
[0032] Si是提高鑄鐵的比熱的元素。若Si的含量不足3. 5%，則難以得到目標(biāo)比熱即 600J/kg/K。另一方面，若Si的含量超過5%，則熔液的粘度變高，難以進(jìn)行鑄造。因此，Si 的含量為3. 5~5. 0%。
[0033] Mn :0.5 ~2.0%
[0034] Mn從原料的廢料混入而具有使基體組織強(qiáng)化的效果。在Mn的含量不足0. 5%時(shí)， 變得欠缺此種效果。另一方面，若Mn的含量超過2%，則基體組織的冷硬化變得顯著，使切 削性降低。因此，Mn的含量為0.5~2.0%。
[0035] P :0.2 % 以下
[0036] P雖然使熔液的流動(dòng)性提高，但是使鑄鐵脆化，因此作為不可避免的雜質(zhì)的P的含 量理想的是0. 2%以下。
[0037] S :0.25 % 以下
[0038] 若S的含量超過0. 25%，則MnS的生成量過多，白鐵化傾向增大，切削性降低。因 此，作為不可避免的雜質(zhì)的S的含量理想的是0. 25%以下。
[0039] Sn 及 Sb
[0040] 在本發(fā)明中，為了提高比熱而必須添加 Si，Si具有促進(jìn)鐵素體化的作用。但是，若 鐵素體分率變大，則導(dǎo)致強(qiáng)度降低、耐摩耗性降低。為此，在本發(fā)明中，作為通過促進(jìn)基體組 織的珠光體化而提高強(qiáng)度的元素，含有選自Sn及Sb中的1種或2種。
[0041] 在此，為了確保強(qiáng)度、耐摩耗性，而使鑄鐵包含Cu，但是Cu的材料成本高。為此， 本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)了 Sn及Sb作為與Cu同樣能夠促進(jìn)基體組織的珠光體化的元素。Sn及Sb 與Cu相比，相同質(zhì)量的材料成本高，但是以比Cu少的含量即可得到同等的珠光體化效果， 因此結(jié)果可以將Cu的含量降低至0. 5%以下，能夠?qū)崿F(xiàn)成本下降。
[0042] Cu :0.5 % 以下
[0043] 如上所述，通過含有Sn和/或Sb作為得到與Cu同等的效果的元素，即使Cu的含 量為0. 5 %以下，也可以發(fā)揮珠光體化效果。
[0044] 需要說明的是，若Sn和/或Sb的含量多于該規(guī)定范圍內(nèi)，則可以進(jìn)一步降低Cu 的含量，也可以根據(jù)情況而不含有Cu。需要說明的是，在鑄鐵的原材料中包含微量的Cu，實(shí) 質(zhì)上難以使Cu含量為0 (zero)，不可避免地檢測(cè)至0. 01 %的程度。因此，Cu的含量的下限 為不可避免的量，例如作為下限，可列舉0. 01 %。但是，未來在不含Cu也能制造鑄鐵的情況 下，也可以使Cu的含量為0 (zero)。
[0045] Sn :0· 02%~0· 2%
[0046] Sn是抑制鐵素體的析出、促進(jìn)強(qiáng)力的珠光體化的元素。通過使Sn富集于石墨與基 體邊界的狹小范圍，從而抑制因由制動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱的重復(fù)循環(huán)所致的石墨的生長(zhǎng)，防止 熱龜裂的進(jìn)展。在Sn不足0. 02%的情況下，珠光體化效果小。另一方面，若添加超過0. 2% 的Sn，則使韌性降低，并且使對(duì)熱裂的韌性降低。因此Sn的含量為0. 02%~0. 2%。
[0047]