JP2001287018A - Ａｌ系合金製の複合ブレーキディスクおよびその製造方法 - Google Patents
Ａｌ系合金製の複合ブレーキディスクおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 適切な粒度に限定したＳｉＣを摺動面のみに
集中的に分散強化して耐磨耗性の向上と耐熱衝撃性の維
持を両立させたブレーキディスクを経済的に製造する。 【解決手段】 Ａｌ−Ｓｉ合金製のブレーキディスク
は、Ｓｉを６〜１３重量％含むＡｌ−Ｓｉ合金に粒径が
３〜５０μｍのＳｉＣを５〜３０重量％分散して耐磨耗
性を強化した摺動面１と、前記Ａｌ−Ｓｉ合金のみより
なる放熱面２とが溶着して完全に一体化したことであ。
集中的に分散強化して耐磨耗性の向上と耐熱衝撃性の維
持を両立させたブレーキディスクを経済的に製造する。 【解決手段】 Ａｌ−Ｓｉ合金製のブレーキディスク
は、Ｓｉを６〜１３重量％含むＡｌ−Ｓｉ合金に粒径が
３〜５０μｍのＳｉＣを５〜３０重量％分散して耐磨耗
性を強化した摺動面１と、前記Ａｌ−Ｓｉ合金のみより
なる放熱面２とが溶着して完全に一体化したことであ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は鉄道用車輌などに使
用するＡｌ系合金製のブレーキディスクに係る。
用するＡｌ系合金製のブレーキディスクに係る。
【０００２】
【従来の技術】鉄道用の車輌のブレーキディスクとして
は、新幹線の操業当初から鋳鉄材が使用され、析出した
黒鉛がブレーキ制御時の急熱、急冷に伴う熱衝撃を緩和
させ、潤滑油的な作用による耐磨耗性も高く評価されて
きた。しかし車輌の高速化とともにブレーキディスクに
求められる特性、特に耐熱衝撃性は一段と高いレベルに
引き上げられる一方、車体の高速化に必須の前提として
部材個々の軽量化がますます重視されるに至り、Ａｌ系
合金によるブレーキディスクの製品化が開発、研究され
るようになる。
は、新幹線の操業当初から鋳鉄材が使用され、析出した
黒鉛がブレーキ制御時の急熱、急冷に伴う熱衝撃を緩和
させ、潤滑油的な作用による耐磨耗性も高く評価されて
きた。しかし車輌の高速化とともにブレーキディスクに
求められる特性、特に耐熱衝撃性は一段と高いレベルに
引き上げられる一方、車体の高速化に必須の前提として
部材個々の軽量化がますます重視されるに至り、Ａｌ系
合金によるブレーキディスクの製品化が開発、研究され
るようになる。
【０００３】Ａｌ−Ｍｇ合金へＡｌ2Ｏ3、ＳｉＣなどセ
ラミックスを分散強化した特開平２−２５５３８号、特
開平３−４７９４５号などの従来技術の後、本願出願人
は先に特開平５−２７９７７７０号において、ＳｉＣを
均等に分散強化したブレーキディスクを提案した。この
先願はＳｉ：６〜１３重量％を含むＡｌ−Ｓｉ合金に、
粒径が３〜５０μｍのＳｉＣを母相合金に対し５〜３０
重量％の範囲で均等に分散強化した材料を鋳造したブレ
ーキディスクを要旨とする。
ラミックスを分散強化した特開平２−２５５３８号、特
開平３−４７９４５号などの従来技術の後、本願出願人
は先に特開平５−２７９７７７０号において、ＳｉＣを
均等に分散強化したブレーキディスクを提案した。この
先願はＳｉ：６〜１３重量％を含むＡｌ−Ｓｉ合金に、
粒径が３〜５０μｍのＳｉＣを母相合金に対し５〜３０
重量％の範囲で均等に分散強化した材料を鋳造したブレ
ーキディスクを要旨とする。
【０００４】従来、溶湯がＡｌ−Ｍｇ系を母相とすると
きは、添加したＳｉＣがＣとＳｉに分解反応し、発生し
たＣと溶融Ａｌによって炭化Ａｌを作って溶湯の流動性
を著しく損ね、複雑な放熱ファンを多数具えた複雑な形
状の鋳造をより困難にしていたのであるが、この先願は
前記炭化Ａｌの発生を阻止し、湯流れの失速を食い止め
たと謳っている。
きは、添加したＳｉＣがＣとＳｉに分解反応し、発生し
たＣと溶融Ａｌによって炭化Ａｌを作って溶湯の流動性
を著しく損ね、複雑な放熱ファンを多数具えた複雑な形
状の鋳造をより困難にしていたのであるが、この先願は
前記炭化Ａｌの発生を阻止し、湯流れの失速を食い止め
たと謳っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＳｉＣ 粒子の分散配
合は言うまでもなく摺動面の耐磨耗性を改善することが
最大の目的である。したがって耐磨耗性だけを考えるな
らばＳｉＣ粒子の添加量を増加すれば耐磨耗性は向上す
るが、摺動面には耐磨耗性の他にブレーキ制御時の急
熱、急冷によって生じる熱衝撃の直撃が避けられないか
ら、いたずらにＳｉＣを増加するだけでは伸びが失われ
耐熱衝撃を劣化させることに繋がる。また、本来Ａｌ系
合金製のブレーキディスクが着目されたのは、車輌全体
の軽量化という絶対的な命題に応える一翼を狙ってお
り、比重の大きいＳｉＣを大量に配合することはこの大
前提に逆行することとなる。
合は言うまでもなく摺動面の耐磨耗性を改善することが
最大の目的である。したがって耐磨耗性だけを考えるな
らばＳｉＣ粒子の添加量を増加すれば耐磨耗性は向上す
るが、摺動面には耐磨耗性の他にブレーキ制御時の急
熱、急冷によって生じる熱衝撃の直撃が避けられないか
ら、いたずらにＳｉＣを増加するだけでは伸びが失われ
耐熱衝撃を劣化させることに繋がる。また、本来Ａｌ系
合金製のブレーキディスクが着目されたのは、車輌全体
の軽量化という絶対的な命題に応える一翼を狙ってお
り、比重の大きいＳｉＣを大量に配合することはこの大
前提に逆行することとなる。
【０００６】ＳｉＣを分散して耐磨耗性を強化するため
には、対象となる摺動面だけにＳｉＣを集中的に配合さ
せれば目的に叶うと考えられる。事実、ＳｉＣの粒度を
大きく選んで溶湯に添加し、摺動面を下型とした鋳型に
注湯すれば、確かに鋳型内で凝固中に比重の大きいＳｉ
Ｃが自然に沈降してＳｉＣの密度が濃い摺動面が得られ
るが、注湯前の取鍋内で既にＳｉＣの沈降が激しく、取
鍋内で既に溶湯中のＳｉＣの偏在が起こって円滑な鋳込
みができなくなるし、このような結果を生むほど大きな
ＳｉＣ粒子を母相に介在させれば、強度の低下や耐熱衝
撃性、機械加工性などの劣化が著しく、ブレーキディス
ク本来の使命を維持する上で重大な欠陥となり兼ねな
い。
には、対象となる摺動面だけにＳｉＣを集中的に配合さ
せれば目的に叶うと考えられる。事実、ＳｉＣの粒度を
大きく選んで溶湯に添加し、摺動面を下型とした鋳型に
注湯すれば、確かに鋳型内で凝固中に比重の大きいＳｉ
Ｃが自然に沈降してＳｉＣの密度が濃い摺動面が得られ
るが、注湯前の取鍋内で既にＳｉＣの沈降が激しく、取
鍋内で既に溶湯中のＳｉＣの偏在が起こって円滑な鋳込
みができなくなるし、このような結果を生むほど大きな
ＳｉＣ粒子を母相に介在させれば、強度の低下や耐熱衝
撃性、機械加工性などの劣化が著しく、ブレーキディス
ク本来の使命を維持する上で重大な欠陥となり兼ねな
い。
【０００７】特開平５−１９６０７１号は、軽負荷の自
動車などを対象とするＡｌまたはＡｌ系合金製のディス
クロータの摺動面における耐磨耗性と、摺動面以外の部
分における高温強度の向上を同時に果たすことを目的と
する従来技術である。Ａｌ系合金粉末に粗粒の強化粒子
（例えば鉄粉、ＳｉＣなど金属またはセラミックス）を
混合して加圧成形した予備成形体を作ると共に、別にデ
ィスクロータ形状の粗形材をＡｌ系合金で鋳造する。異
なるディスクロータの各部位に求められる特性に適応で
きるように、異なった粒度の強化粒子を異なった混合比
率で数種類の予備成形体を製作し、前記粗形材の所定の
個所へそれぞれ予備成形体を嵌め込んでＡｌ系合金の半
溶融温度となるまで加熱し、予熱しておいた金型にこの
高熱の粗形材をセットしてさらに加圧形成する手順を踏
むものである。
動車などを対象とするＡｌまたはＡｌ系合金製のディス
クロータの摺動面における耐磨耗性と、摺動面以外の部
分における高温強度の向上を同時に果たすことを目的と
する従来技術である。Ａｌ系合金粉末に粗粒の強化粒子
（例えば鉄粉、ＳｉＣなど金属またはセラミックス）を
混合して加圧成形した予備成形体を作ると共に、別にデ
ィスクロータ形状の粗形材をＡｌ系合金で鋳造する。異
なるディスクロータの各部位に求められる特性に適応で
きるように、異なった粒度の強化粒子を異なった混合比
率で数種類の予備成形体を製作し、前記粗形材の所定の
個所へそれぞれ予備成形体を嵌め込んでＡｌ系合金の半
溶融温度となるまで加熱し、予熱しておいた金型にこの
高熱の粗形材をセットしてさらに加圧形成する手順を踏
むものである。
【０００８】しかし、この従来技術は製作工程が多く、
組み立てるべき素材（予備形成体）の個数や種類も多く
て極めて煩瑣に亘る上、高温で酸化反応が活発化する中
での固相接合であるから雰囲気調整が不可欠であり、た
とえば真空中の加圧成形など設備コスト、作業能率、日
常のメンテナンスなど大きな負担を強いられるのではあ
るまいか。
組み立てるべき素材（予備形成体）の個数や種類も多く
て極めて煩瑣に亘る上、高温で酸化反応が活発化する中
での固相接合であるから雰囲気調整が不可欠であり、た
とえば真空中の加圧成形など設備コスト、作業能率、日
常のメンテナンスなど大きな負担を強いられるのではあ
るまいか。
【０００９】本発明は以上の課題を解決するため、適切
な粒度に限定したＳｉＣを摺動面のみに集中的に分散強
化して耐磨耗性の向上と耐熱衝撃性の維持を両立させた
ブレーキディスクを経済的に製造する技術を提供するこ
とを目的とする。
な粒度に限定したＳｉＣを摺動面のみに集中的に分散強
化して耐磨耗性の向上と耐熱衝撃性の維持を両立させた
ブレーキディスクを経済的に製造する技術を提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係るＡｌ−Ｓｉ
合金製のブレーキディスクは、Ｓｉを６〜１３重量％含
むＡｌ−Ｓｉ合金に粒径が３〜５０μｍのＳｉＣを５〜
３０重量％分散して耐磨耗性を強化した摺動面１と、前
記Ａｌ−Ｓｉ合金のみよりなる放熱面２とが溶着して完
全に一体化したことを特徴とする。
合金製のブレーキディスクは、Ｓｉを６〜１３重量％含
むＡｌ−Ｓｉ合金に粒径が３〜５０μｍのＳｉＣを５〜
３０重量％分散して耐磨耗性を強化した摺動面１と、前
記Ａｌ−Ｓｉ合金のみよりなる放熱面２とが溶着して完
全に一体化したことを特徴とする。
【００１１】またその製造方法としては、Ｓｉを６〜１
３重量％含むＡｌ−Ｓｉ合金の溶融金属へ５〜３０重量
％のＳｉＣ粒子を均等に分散させた溶湯Ａと、Ｓｉを６
〜１３重量％を含むＡｌ−Ｓｉ合金よりのみなる溶湯Ｂ
とを個別に溶製し、ブレーキディスクの鋳型１０の湯口
１１へ、まず取鍋に受けた溶湯Ａを鋳込んで鋳型１０内
の摺動面部１２へ所望の厚さの溶融層を形成すると共
に、該湯口１１に前記溶湯Ａが滞留している間に別の取
鍋で受けた溶湯Ｂを続けて鋳込んで残余の鋳型内を充填
し、前記溶融層を摺動面部１２へほぼ留めたまま溶融層
の上面で相互に液相接合して一体的に凝固に至る手順を
特徴とする。また、より具体的には、溶湯Ａの鋳込温度
はＳｉＣ粒子とＡｌ−Ｓｉ合金が反応を始める温度より
は低く、かつ、凝固温度よりは５０℃以上高く調整し、
溶湯Ｂの鋳込温度は前記溶湯Ａの鋳込温度と同じか、５
０℃以内の範囲で高く調整することが望ましい実施形態
であり、さらに、溶湯Ａの容量比率は溶湯Ｂの２０％を
超え５０％以内であることも望ましい形態である。
３重量％含むＡｌ−Ｓｉ合金の溶融金属へ５〜３０重量
％のＳｉＣ粒子を均等に分散させた溶湯Ａと、Ｓｉを６
〜１３重量％を含むＡｌ−Ｓｉ合金よりのみなる溶湯Ｂ
とを個別に溶製し、ブレーキディスクの鋳型１０の湯口
１１へ、まず取鍋に受けた溶湯Ａを鋳込んで鋳型１０内
の摺動面部１２へ所望の厚さの溶融層を形成すると共
に、該湯口１１に前記溶湯Ａが滞留している間に別の取
鍋で受けた溶湯Ｂを続けて鋳込んで残余の鋳型内を充填
し、前記溶融層を摺動面部１２へほぼ留めたまま溶融層
の上面で相互に液相接合して一体的に凝固に至る手順を
特徴とする。また、より具体的には、溶湯Ａの鋳込温度
はＳｉＣ粒子とＡｌ−Ｓｉ合金が反応を始める温度より
は低く、かつ、凝固温度よりは５０℃以上高く調整し、
溶湯Ｂの鋳込温度は前記溶湯Ａの鋳込温度と同じか、５
０℃以内の範囲で高く調整することが望ましい実施形態
であり、さらに、溶湯Ａの容量比率は溶湯Ｂの２０％を
超え５０％以内であることも望ましい形態である。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実
施形態に係る複合ブレキディスクの平面図（Ａ）、正面
図（Ｂ）、背面図（Ｃ）である。図において摺動面１は
制御がかけられると回転中の車輪の両側面に圧着して急
速に回転を制止する作動面に相当し、裏側の放熱面２に
は放射状に多数の放熱フィン２１を設けて摺動によって
生じた摩擦熱を大気中へ迅速に放散させ、ブレーキディ
スクおよび車輪の過熱を抑え熱衝撃を緩和する構造とし
ている。図の摺動面１は所望の厚さのＳｉＣを配合した
Ａｌ−Ｓｉ合金層よりなり、この摺動面１以外の部分は
通常のＡｌ−Ｓｉ合金のみで構成し、摺動面１と放熱面
２との境界３は鋳造後の凝固の段階で一体的に溶着した
複合体を形成している。この図の実施例では摺動面１側
の層厚は２０ｍｍ、全体の厚さは５０ｍｍに設定する。
層厚を２０ｍｍとしたのは、ブレーキディスク全体の軽
量化との兼ね合い、および熱衝撃の進行に伴う使用限界
と摩耗進行による使用限界などの耐用期間を定める要因
を総合して設定した数値であるから、使用条件が変われ
ば適宜最適の割合に改める。層厚２０ｍｍとした場合
は、ブレーキディスク全体に占める摺動面側と放熱面側
との容積比率はほぼ４：６となるが、摺動面側の層厚が
過小に失すると摺動面での粒子分散が不均一となって強
化効果が著しく削減される恐れがあるので、少なくとも
２０％は必要である。
施形態に係る複合ブレキディスクの平面図（Ａ）、正面
図（Ｂ）、背面図（Ｃ）である。図において摺動面１は
制御がかけられると回転中の車輪の両側面に圧着して急
速に回転を制止する作動面に相当し、裏側の放熱面２に
は放射状に多数の放熱フィン２１を設けて摺動によって
生じた摩擦熱を大気中へ迅速に放散させ、ブレーキディ
スクおよび車輪の過熱を抑え熱衝撃を緩和する構造とし
ている。図の摺動面１は所望の厚さのＳｉＣを配合した
Ａｌ−Ｓｉ合金層よりなり、この摺動面１以外の部分は
通常のＡｌ−Ｓｉ合金のみで構成し、摺動面１と放熱面
２との境界３は鋳造後の凝固の段階で一体的に溶着した
複合体を形成している。この図の実施例では摺動面１側
の層厚は２０ｍｍ、全体の厚さは５０ｍｍに設定する。
層厚を２０ｍｍとしたのは、ブレーキディスク全体の軽
量化との兼ね合い、および熱衝撃の進行に伴う使用限界
と摩耗進行による使用限界などの耐用期間を定める要因
を総合して設定した数値であるから、使用条件が変われ
ば適宜最適の割合に改める。層厚２０ｍｍとした場合
は、ブレーキディスク全体に占める摺動面側と放熱面側
との容積比率はほぼ４：６となるが、摺動面側の層厚が
過小に失すると摺動面での粒子分散が不均一となって強
化効果が著しく削減される恐れがあるので、少なくとも
２０％は必要である。
【００１３】図２は本発明を実施するための鋳型１０を
示す半截平面図（Ａ）と縦断正面図（Ｂ）である。鋳型
１０は摺動面部１２で上下型に分割され、上型に放熱面
部１３と湯口１１が造型される。Ａｌ系合金は酸素との
親和力が極めて高いから、注湯時に生じる酸化物（Ａｌ
2Ｏ3）を巻き込む恐れが大きく、巻き込めば必ず鋳巣な
どの欠陥となるので特に留意しなければならない。この
図の例では環状板であるブレーキディスク鋳型の中央に
湯口１１を立て、湯口底面近くをセラミックフィルタ１
４が横断する。セラミックフィルタ１４は溶湯を濾過し
て内部に混在する酸化物などの異物をせき止め清浄な溶
湯だけを通過させる。セラミックフィルタ１４の下方に
バリぜき１５を設けて溶湯を絞りつつ全円周から鋳型本
体へ万遍なく送り込む。なお、その他、湯口シュート１
６で取鍋（図示せず）からの溶湯を湯口１１へ誘導し、
湯口１１の外周を断熱スリーブ１７で囲んで鋳込んだ溶
湯の温度低下を防止するなどの配慮も望ましい態様であ
る。
示す半截平面図（Ａ）と縦断正面図（Ｂ）である。鋳型
１０は摺動面部１２で上下型に分割され、上型に放熱面
部１３と湯口１１が造型される。Ａｌ系合金は酸素との
親和力が極めて高いから、注湯時に生じる酸化物（Ａｌ
2Ｏ3）を巻き込む恐れが大きく、巻き込めば必ず鋳巣な
どの欠陥となるので特に留意しなければならない。この
図の例では環状板であるブレーキディスク鋳型の中央に
湯口１１を立て、湯口底面近くをセラミックフィルタ１
４が横断する。セラミックフィルタ１４は溶湯を濾過し
て内部に混在する酸化物などの異物をせき止め清浄な溶
湯だけを通過させる。セラミックフィルタ１４の下方に
バリぜき１５を設けて溶湯を絞りつつ全円周から鋳型本
体へ万遍なく送り込む。なお、その他、湯口シュート１
６で取鍋（図示せず）からの溶湯を湯口１１へ誘導し、
湯口１１の外周を断熱スリーブ１７で囲んで鋳込んだ溶
湯の温度低下を防止するなどの配慮も望ましい態様であ
る。
【００１４】溶湯Ａと溶融Ｂとは別個に溶解炉で溶製さ
れる。実施例では溶湯ＢはＳｉ：９重量％を含むＡｌ−
Ｓｉ合金であり、溶湯Ａは同じＡｌ−Ｓｉ合金に粒径１
０〜１５μｍのＳｉＣ粒子を２０重量％添加し、炉内で
均等になるように分散させた合金からなる。ＳｉＣの粒
径については５〜３０μｍの範囲が望ましく、この範囲
以外の粒径では、均等に分散されることが困難となる
か、鋳造後の摺動面の機械的性質が劣化し、耐熱衝撃性
が著しく低下する原因となり易いので好ましくない。ま
た溶湯Ａ中におけるＳｉＣ粒子の配合比率は５〜３０％
が望ましく、５％以下であると摩擦係数も耐磨耗性も落
ちて非常制動のような高速からの急激な摺動摩擦に耐え
きれず、また３０％以上になると鋳造性が悪く機械加工
が困難となり、脆性が増大するなど、何れもブレーキデ
ィスク材料として不適当である。
れる。実施例では溶湯ＢはＳｉ：９重量％を含むＡｌ−
Ｓｉ合金であり、溶湯Ａは同じＡｌ−Ｓｉ合金に粒径１
０〜１５μｍのＳｉＣ粒子を２０重量％添加し、炉内で
均等になるように分散させた合金からなる。ＳｉＣの粒
径については５〜３０μｍの範囲が望ましく、この範囲
以外の粒径では、均等に分散されることが困難となる
か、鋳造後の摺動面の機械的性質が劣化し、耐熱衝撃性
が著しく低下する原因となり易いので好ましくない。ま
た溶湯Ａ中におけるＳｉＣ粒子の配合比率は５〜３０％
が望ましく、５％以下であると摩擦係数も耐磨耗性も落
ちて非常制動のような高速からの急激な摺動摩擦に耐え
きれず、また３０％以上になると鋳造性が悪く機械加工
が困難となり、脆性が増大するなど、何れもブレーキデ
ィスク材料として不適当である。
【００１５】注湯はまず溶湯Ａから始める。溶融Ａの鋳
込み温度はＳｉＣ粒子とＡｌ−Ｓｉ合金とが溶融状態で
反応を開始する７５０℃以下であって、かつ凝固温度よ
り５０℃以上高い６５０℃以上が適当であり、望ましく
は７００℃前後となる。後から注湯する溶湯Ｂはこの温
度と同じか、約５０℃までの範囲で高い温度が望まし
く、７００〜７５０℃の範囲が適当である。この鋳込み
温度はＳｉＣ粒子の配合比率、粒子の粒径、鋳造するブ
レーキディスクの大きさ、特に摺動面の表面積などによ
って適宜選択することは言うまでもない。
込み温度はＳｉＣ粒子とＡｌ−Ｓｉ合金とが溶融状態で
反応を開始する７５０℃以下であって、かつ凝固温度よ
り５０℃以上高い６５０℃以上が適当であり、望ましく
は７００℃前後となる。後から注湯する溶湯Ｂはこの温
度と同じか、約５０℃までの範囲で高い温度が望まし
く、７００〜７５０℃の範囲が適当である。この鋳込み
温度はＳｉＣ粒子の配合比率、粒子の粒径、鋳造するブ
レーキディスクの大きさ、特に摺動面の表面積などによ
って適宜選択することは言うまでもない。
【００１６】溶融例と溶融Ｂの容積割合は、先に述べた
ように全体の軽量化の要請と、耐熱衝撃性低下を防止す
る関点から決められるが、少なくとも溶湯Ａの容積比率
が２０％を切っては十分な摺動面の強化機能は果たせ
ず、目的を達成する上で適当ではない。
ように全体の軽量化の要請と、耐熱衝撃性低下を防止す
る関点から決められるが、少なくとも溶湯Ａの容積比率
が２０％を切っては十分な摺動面の強化機能は果たせ
ず、目的を達成する上で適当ではない。
【００１７】鋳造において最も注意を払うべき要件は、
湯口１１における溶湯が途切れることなく滞留を続け、
常に湯留まり状態を保って鋳造を連続する点にある。す
なわち先に湯口１１内へ注湯した溶湯Ａが湯口内に溜ま
っている間に別の取鍋から溶湯Ｂを注ぎ足して溶湯の流
れを途切れることなく連続して鋳型内へ送り込むことが
必要である。この鋳型の方案は中央の湯口１１の全周か
ら均等にバリぜき１５を通って主型内へ進入するように
形成しているから、最初に進入した溶湯Ａによってほぼ
均等な層厚の溶融層で摺動面側を充填し、続けて注湯し
た溶湯Ｂがその溶解層の上の残された中空内へ均等に全
周から送り込まれる。溶湯Ｂの比重は２．３であるか
ら、先に入った比重２．５の溶湯Ａを押し上げて混ざり
合うことはほとんどなく、重い摺動面側の溶融層の上へ
放熱面側の軽い溶融層が自然に重なって別々の層として
凝固を始める。しかし両溶融層の境界面においては相互
に活発な交流が行われつつ一体的に接合して凝固してい
くから強固に結びついた複合鋳造体となる。なお、この
場合、摺動面を形成する下型表面に冷し金を当てて冷却
を局部的に促進すると、母材の結晶粒がさらに微細化し
て材料強度も向上し、ＳｉＣ粒子の分散もよく熱衝撃割
れの防止に良い影響を与えることが認められる。
湯口１１における溶湯が途切れることなく滞留を続け、
常に湯留まり状態を保って鋳造を連続する点にある。す
なわち先に湯口１１内へ注湯した溶湯Ａが湯口内に溜ま
っている間に別の取鍋から溶湯Ｂを注ぎ足して溶湯の流
れを途切れることなく連続して鋳型内へ送り込むことが
必要である。この鋳型の方案は中央の湯口１１の全周か
ら均等にバリぜき１５を通って主型内へ進入するように
形成しているから、最初に進入した溶湯Ａによってほぼ
均等な層厚の溶融層で摺動面側を充填し、続けて注湯し
た溶湯Ｂがその溶解層の上の残された中空内へ均等に全
周から送り込まれる。溶湯Ｂの比重は２．３であるか
ら、先に入った比重２．５の溶湯Ａを押し上げて混ざり
合うことはほとんどなく、重い摺動面側の溶融層の上へ
放熱面側の軽い溶融層が自然に重なって別々の層として
凝固を始める。しかし両溶融層の境界面においては相互
に活発な交流が行われつつ一体的に接合して凝固してい
くから強固に結びついた複合鋳造体となる。なお、この
場合、摺動面を形成する下型表面に冷し金を当てて冷却
を局部的に促進すると、母材の結晶粒がさらに微細化し
て材料強度も向上し、ＳｉＣ粒子の分散もよく熱衝撃割
れの防止に良い影響を与えることが認められる。
【００１８】図３は本発明の実施例を縦断した倍率１０
０倍の顕微鏡組織であり、下方がＳｉＣで分散強化した
Ａｌ−Ｓｉ合金よりなる摺動面側、上方がＡｌ−Ｓｉ合
金のみよりなる放熱面側であり、ほぼ中央を横切る境界
部には異物の噛み込みやピンホール、ブローホールなど
気泡の介在もなく、また、割れや剥離面もなく一体的に
完全に溶着した健全な液相接合を裏付けている。
０倍の顕微鏡組織であり、下方がＳｉＣで分散強化した
Ａｌ−Ｓｉ合金よりなる摺動面側、上方がＡｌ−Ｓｉ合
金のみよりなる放熱面側であり、ほぼ中央を横切る境界
部には異物の噛み込みやピンホール、ブローホールなど
気泡の介在もなく、また、割れや剥離面もなく一体的に
完全に溶着した健全な液相接合を裏付けている。
【００１９】本発明の実施形態の断面から摺動面１と放
熱面２のそれぞれの試験片を切り出し、単独の機械的性
質を検査してみると、摺動面１側の引張り強さは２３０
Ｎ/ｍｍ2、伸びは０．７％であったのに対し、放熱面２
側の引張り強さは２２０Ｎ/ｍｍ2、伸びは4％であっ
た。
熱面２のそれぞれの試験片を切り出し、単独の機械的性
質を検査してみると、摺動面１側の引張り強さは２３０
Ｎ/ｍｍ2、伸びは０．７％であったのに対し、放熱面２
側の引張り強さは２２０Ｎ/ｍｍ2、伸びは4％であっ
た。
【００２０】また、本発明の実施例とは別に、同じ条件
でＳｉＣ粒子を配合したＡｌ−Ｓｉ合金のみで鋳型全部
を注湯した比較例を製作して両者を比較してみたとこ
ろ、比較例のブレーキディスク重量は５０ｋｇであった
のに対し、本発明実施例では４９ｋｇと計量され、当然
のことながら、ブレーキディスク全体へ同じ割合でＳｉ
Ｃ粒子を分散強化した場合に比べ、双方の比重差に相当
する２％の重量軽減が認められた。両ブレーキディスク
の摺動面は同一と見られるから同等の耐磨耗性が予測さ
れるものの、前記の材料試験の結果からも比較例の放熱
面側は摺動面側と同一と見られるから、伸びが格段に低
下し耐熱衝撃性を大幅に失うという予見が成立する。
でＳｉＣ粒子を配合したＡｌ−Ｓｉ合金のみで鋳型全部
を注湯した比較例を製作して両者を比較してみたとこ
ろ、比較例のブレーキディスク重量は５０ｋｇであった
のに対し、本発明実施例では４９ｋｇと計量され、当然
のことながら、ブレーキディスク全体へ同じ割合でＳｉ
Ｃ粒子を分散強化した場合に比べ、双方の比重差に相当
する２％の重量軽減が認められた。両ブレーキディスク
の摺動面は同一と見られるから同等の耐磨耗性が予測さ
れるものの、前記の材料試験の結果からも比較例の放熱
面側は摺動面側と同一と見られるから、伸びが格段に低
下し耐熱衝撃性を大幅に失うという予見が成立する。
【００２１】
【発明の効果】本発明は以上のようにＡｌ系合金をベー
スとしたブレーキディスクにおいて、制動力が作用する
摺動面の耐磨耗性を大幅に向上させると共に、この耐磨
耗性向上を得るために避け難い重量増加を最低限に抑制
し、摺動面以外のブレーキディスク自体の機械的性質を
同等に保持して耐熱衝撃性を確保するなど、従来技術を
超えるブレーキディスク特性を堅持する複合効果があ
る。しかもこの複合ブレーキディスクの製造は、鋳造技
術を駆使すればさほど複雑な工程や高価な設備を必要と
せず、比較的低いコストで高度な品質を量産可能とする
利点は従来技術をはるかに優越する効果である。
スとしたブレーキディスクにおいて、制動力が作用する
摺動面の耐磨耗性を大幅に向上させると共に、この耐磨
耗性向上を得るために避け難い重量増加を最低限に抑制
し、摺動面以外のブレーキディスク自体の機械的性質を
同等に保持して耐熱衝撃性を確保するなど、従来技術を
超えるブレーキディスク特性を堅持する複合効果があ
る。しかもこの複合ブレーキディスクの製造は、鋳造技
術を駆使すればさほど複雑な工程や高価な設備を必要と
せず、比較的低いコストで高度な品質を量産可能とする
利点は従来技術をはるかに優越する効果である。
【図１】本発明実施形態の平面図（Ａ）、正面図
（Ｂ）、背面図（Ｃ）である。
（Ｂ）、背面図（Ｃ）である。
【図２】本発明実施に使用する鋳型の半截平面図（Ａ）
と縦断正面図（Ｂ）である。
と縦断正面図（Ｂ）である。
【図３】本発明実施形態の金属顕微鏡組織（倍率１０
０）である。
０）である。
１ 摺動面 ２ 放熱面 １０ 鋳型 １１ 湯口 １２ 摺動面部 １３ 放熱面部
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｄ 65/12 Ｆ１６Ｄ 65/12 Ｍ (72)発明者 桜井 市蔵 大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式会 社栗本鐵工所内 Ｆターム(参考） 3J058 AA41 AA48 AA58 BA32 BA41 BA44 BA61 BA68 CA44 CA47 DD11 DD26 EA08 EA12 FA21 GA22 GA49 GA62 GA63 GA82 GA92 GA95 4E014 NA08 4K020 AA22 AC01 BA08 BB22
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｓｉを６〜１３重量％含むＡｌ−Ｓｉ合
金に、粒径が３〜５０μｍのＳｉＣを５〜３０重量％分
散して耐磨耗性を強化した摺動面１と、前記Ａｌ−Ｓｉ
合金のみよりなる放熱面２とが溶着して完全に一体化し
たことを特徴とするＡｌ系合金製の複合ブレーキディス
ク。 - 【請求項２】 Ｓｉを６〜１３重量％含むＡｌ−Ｓｉ合
金の溶融金属へ５〜３０重量％のＳｉＣ粒子を均等に分
散させた溶湯Ａと、Ｓｉを６〜１３重量％を含むＡｌ−
Ｓｉ合金よりのみなる溶湯Ｂとを個別に溶製し、ブレー
キディスクの鋳型１０の湯口１１へまず取鍋に受けた溶
湯Ａを鋳込んで鋳型１０内の摺動面部１２へ所望の厚さ
の溶融層を形成すると共に、該湯口１１に前記溶湯Ａが
滞留している間に別の取鍋で受けた溶湯Ｂを続けて鋳込
んで残余の鋳型内を充填し、前記溶融層を摺動面部１２
へほぼ留めたまま該溶融層の上面で相互に液相接合して
一体的に凝固に至ることを特徴とするＡｌ系合金製複合
ブレーキディスクの製造方法。 - 【請求項３】 請求項２において、溶湯Ａの鋳込温度は
ＳｉＣ粒子とＡｌ−Ｓｉ合金が反応を始める温度よりは
低く、かつ、凝固温度よりは５０℃以上高く調整し、溶
湯Ｂの鋳込温度は前記溶湯Ａの鋳込温度と同じか、５０
℃以内の範囲で高く調整することを特徴とするＡｌ系合
金製複合ブレーキディスクの製造方法。 - 【請求項４】 請求項２または３において、溶湯Ａの容
量比率は溶湯Ｂの２０％を超え５０％以内であることを
特徴とするＡｌ系合金製複合ブレーキディスクの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000095955A JP2001287018A (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | Ａｌ系合金製の複合ブレーキディスクおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000095955A JP2001287018A (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | Ａｌ系合金製の複合ブレーキディスクおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001287018A true JP2001287018A (ja) | 2001-10-16 |
Family
ID=18610783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000095955A Pending JP2001287018A (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | Ａｌ系合金製の複合ブレーキディスクおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001287018A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104561845A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-04-29 | 青岛麦特瑞欧新材料技术有限公司 | 一种用于制备汽车制动盘的铝基复合材料 |
| CN111133216A (zh) * | 2017-09-26 | 2020-05-08 | 法格霭德兰公司 | 盘式制动器 |
| CN111250698A (zh) * | 2020-02-19 | 2020-06-09 | 湖南金天铝业高科技股份有限公司 | 一种轻质耐磨铝基粉末冶金复合材料轨道交通制动盘及其制备方法 |
-
2000
- 2000-03-30 JP JP2000095955A patent/JP2001287018A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104561845A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-04-29 | 青岛麦特瑞欧新材料技术有限公司 | 一种用于制备汽车制动盘的铝基复合材料 |
| CN111133216A (zh) * | 2017-09-26 | 2020-05-08 | 法格霭德兰公司 | 盘式制动器 |
| CN111250698A (zh) * | 2020-02-19 | 2020-06-09 | 湖南金天铝业高科技股份有限公司 | 一种轻质耐磨铝基粉末冶金复合材料轨道交通制动盘及其制备方法 |
| CN111250698B (zh) * | 2020-02-19 | 2021-01-29 | 湖南金天铝业高科技股份有限公司 | 一种轻质耐磨铝基粉末冶金复合材料轨道交通制动盘及其制备方法 |
| WO2021164516A1 (zh) * | 2020-02-19 | 2021-08-26 | 湖南金天铝业高科技股份有限公司 | 轻质耐磨铝基粉末冶金复合材料轨道交通制动盘及其制备方法 |
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