JPH0886324A - Light weight compound brake disc and its manufacture - Google Patents
Light weight compound brake disc and its manufactureInfo
- Publication number
- JPH0886324A JPH0886324A JP24729894A JP24729894A JPH0886324A JP H0886324 A JPH0886324 A JP H0886324A JP 24729894 A JP24729894 A JP 24729894A JP 24729894 A JP24729894 A JP 24729894A JP H0886324 A JPH0886324 A JP H0886324A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- brake disc
- steel
- aluminum
- iron
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、摩擦によって機械的
に制動力を得るディスクブレーキの軽量複合ブレーキデ
ィスク及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lightweight composite brake disc for a disc brake that mechanically obtains a braking force by friction and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】鉄道車両や自動車及び自動二輪車等の機
械式制動方式としては、主にブロックブレーキ、ドラム
ブレーキ及びディスクブレーキ等が使用されている。そ
して、近年は車両の高速化、高荷重化に伴い、ディスク
ブレーキが多く使用されるようになった。このディスク
ブレーキは、ブレーキディスクとブレーキライニングと
の摩擦によって制動力を得るブレーキ装置である。その
ブレーキディスクは、ドーナツ型円板形状の摺動面と、
該摺動面をその後背部で支持し摺動面内側で車輪等の車
両回転部材に取り付ける基材部より構成され、車両走行
時に回転している摺動面に、ブレーキライニングが押圧
されることにより、制動力を得る機能を有するため、デ
ィスクブレーキにおいて最も重要な部材である。Block brakes, drum brakes, disc brakes, etc. are mainly used as mechanical braking systems for railway vehicles, automobiles, motorcycles, and the like. In recent years, disc brakes have come to be used more and more with the increase in speed and load of vehicles. This disc brake is a brake device that obtains a braking force by friction between a brake disc and a brake lining. The brake disc has a donut-shaped disc-shaped sliding surface,
The sliding lining is composed of a base member that is supported by the back portion on the back and is attached to a vehicle rotating member such as a wheel on the inside of the sliding surface. By pressing the brake lining on the sliding surface that is rotating when the vehicle is traveling. Since it has a function of obtaining a braking force, it is the most important member in a disc brake.
【０００３】ブレーキディスク用材料に要求される機能
としては、制動時に摩擦による摩耗と熱負荷を受けるの
で、耐摩耗性、耐熱性、耐熱亀裂性が挙げられる。この
うち耐熱亀裂性とは、熱応力の繰り返しにより発生する
熱疲労亀裂をいう。The functions required of the brake disc material include wear resistance, heat resistance, and heat crack resistance because they are subjected to wear and heat load due to friction during braking. Among them, the thermal crack resistance means a thermal fatigue crack generated by repeated thermal stress.
【０００４】これまでブレーキディスクには、耐摩耗
性、耐熱性、耐熱亀裂性の良い鋳鉄、鍛鋼及びステンレ
ス鋼等が使用されてきた。しかしながら、昨今の車両の
高速化、地球環境保護のための省エネ化等による軽量化
ニーズの高まりの中で、比重が鉄あるいは鋼の１／３程
度であるアルミニウムあるいはアルミニウム合金をブレ
ーキディスクに使用するという動きが見られる。Up to now, the brake disc has been made of cast iron, forged steel, stainless steel or the like having good wear resistance, heat resistance and heat crack resistance. However, in response to an increasing need for weight reduction due to recent speeding up of vehicles and energy saving for protection of the global environment, aluminum or aluminum alloy having a specific gravity of about 1/3 of iron or steel is used for the brake disc. You can see the movement.
【０００５】アルミニウム及びアルミニウム合金は、耐
摩耗性、耐熱性、耐熱亀裂性の全ての面で鉄及び鋼より
劣るものの、単体でブレーキディスクとして使用する場
合、その熱伝導性が高いことから摩擦による熱が比較的
早く放散されるため、熱容量を十分にとっておけば、鉄
あるいは鋼を単体でブレーキディスクとして使用する場
合に比べて、摺動面の温度上昇を低く押さえることが可
能である。したがって、使用材料を鉄あるいは鋼からア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金に変更した場合の
ブレーキディスクとしての耐熱性、耐熱亀裂性は、材料
自体の比較から予測されるほど低下しない。Although aluminum and aluminum alloys are inferior to iron and steel in all aspects of wear resistance, heat resistance, and heat crack resistance, when used alone as a brake disc, they have high thermal conductivity, so that they are liable to cause friction. Since the heat is dissipated relatively quickly, it is possible to suppress the temperature rise of the sliding surface to a low level as compared with the case where iron or steel is used alone as the brake disc if the heat capacity is sufficiently secured. Therefore, when the material used is changed from iron or steel to aluminum or aluminum alloy, the heat resistance and heat crack resistance of the brake disc do not decrease as expected from comparison of the materials themselves.
【０００６】しかしながら、ブレーキディスクとしての
耐摩耗性は、使用材料を鉄あるいは鋼からアルミニウム
あるいはアルミニウム合金に変更すると、材料自体の比
較と同様に著しく低下する。このため、アルミニウムあ
るいはアルミニウム合金は、単体ではブレーキディスク
としての使用に耐えられない。However, when the material used is changed from iron or steel to aluminum or aluminum alloy, the wear resistance of the brake disc is remarkably deteriorated as in the comparison of the material itself. Therefore, aluminum or aluminum alloy cannot stand alone as a brake disc.
【０００７】このようなアルミニウムあるいはアルミニ
ウム合金を単体でブレーキディスクとして使用した場合
の問題点を解決するため、いくつかのブレーキディスク
が提案されている。例えば、アルミニウム合金を母材と
して、摺動面が耐摩耗性の良いＦｅ−Ｃｒ−Ｃ系合金に
より被覆されたブレーキディスク（特開昭６０−８９５
５８号公報）や、アルミニウム合金中にアルミナ、炭化
珪素等の粒子または繊維を分散させて高耐摩耗性を与え
たブレーキディスク（特開昭５９−１７３２３４号公
報）がある。Several brake discs have been proposed in order to solve the problems when such aluminum or aluminum alloy is used alone as a brake disc. For example, a brake disk having an aluminum alloy as a base material and a sliding surface coated with a Fe—Cr—C alloy having good wear resistance (Japanese Patent Laid-Open No. 60-895).
58), and a brake disk in which particles or fibers of alumina, silicon carbide or the like are dispersed in an aluminum alloy to provide high wear resistance (Japanese Patent Laid-Open No. 59-173234).
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
特開昭６０−８９５５８号公報に記載されたブレーキデ
ィスクでは、摺動面に被覆したＦｅ−Ｃｒ−Ｃ系合金層
とアルミニウム合金基材との弾性率、線膨張率等の物性
が大きくことなることから、制動時に熱膨張の差により
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系合金層とアルミニウム合金基材との界
面において剥離が生じるという問題がある。However, in the former brake disc described in Japanese Patent Laid-Open No. 60-89558, the Fe-Cr-C alloy layer coated on the sliding surface and the aluminum alloy base material are used. Since physical properties such as elastic modulus and linear expansion coefficient are large, there is a problem that peeling occurs at the interface between the Fe—Cr—C alloy layer and the aluminum alloy base material due to the difference in thermal expansion during braking.
【０００９】また、後者の特開昭５９−１７３２３４号
公報に記載されたブレーキディスクでは、摺動面に複合
材料の母層であるアルミニウム合金が露出しているた
め、表面で荒れや変色が生じ、使用時間に対し摩擦特性
が安定せず、かつ粒子が均一に分散していないため、摺
動面内の場所により摩擦特性や摩耗量が異なるという問
題がある。In the latter brake disk disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-173234, since the aluminum alloy which is the base layer of the composite material is exposed on the sliding surface, the surface is roughened or discolored. However, since the frictional characteristics are not stable with respect to the use time and the particles are not evenly dispersed, there is a problem that the frictional characteristics and the amount of wear differ depending on the location within the sliding surface.
【００１０】この発明は、前記従来のブレーキディスク
に見られる問題点を排除するため、従来のアルミニウム
あるいはアルミニウム合金を使用したブレーキディスク
よりも耐久性に優れ、鉄あるいは鋼を単体で使用したブ
レーキディスクと同等程度の耐摩耗性、耐熱性及び耐熱
亀裂性が得られる軽量複合ブレーキディスクを提供する
ものである。In order to eliminate the problems found in the conventional brake discs, the present invention is more durable than the conventional brake discs using aluminum or aluminum alloy, and the brake discs using iron or steel alone. The present invention provides a light-weight composite brake disc that has wear resistance, heat resistance, and heat crack resistance equivalent to those of the above.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するため、種々検討を重ねた結果、下記のブレー
キディスク及びその製造方法を完成するに至った。 （１） この発明の軽量複合ブレーキディスクは、基材
がアルミニウムまたはアルミニウム合金で、摺動面の表
面層が鉄または鋼からなり、基材と摺動面の表面層との
間に、空孔率の異なる鉄または鋼のスポンジ状金属また
は金属繊維圧縮成形体からなる多孔質材料で該空孔にア
ルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を浸透させた
積層材料が介在することを特徴とする。The inventors of the present invention have conducted various studies to achieve the above-mentioned object, and as a result, have completed the following brake disc and its manufacturing method. (1) In the lightweight composite brake disc of the present invention, the base material is aluminum or an aluminum alloy, the surface layer of the sliding surface is made of iron or steel, and voids are provided between the base material and the surface layer of the sliding surface. It is characterized in that a porous material made of sponge-like metal of iron or steel having a different ratio or a metal fiber compression molded body is provided with a laminated material in which a molten metal of aluminum or an aluminum alloy is permeated into the pores.
【００１２】（２） 前記軽量複合ブレーキディスクに
おいて、基材と摺動面の表面層との間に介在する空孔率
の異なる鉄または鋼のスポンジ状金属または金属繊維圧
縮成形体からなる多孔質材料で該空孔にアルミニウムま
たはアルミニウム合金の溶湯を浸透させた積層材料の物
性が、連続的または段階的に変化することを特徴とす
る。(2) In the above-mentioned lightweight composite brake disc, a porous material made of sponge metal or metal fiber compression molding of iron or steel having different porosities interposed between the base material and the surface layer of the sliding surface. It is characterized in that the physical properties of a laminated material in which a molten metal of aluminum or an aluminum alloy is infiltrated into the pores of the material are continuously or stepwise changed.
【００１３】（３） この発明の軽量複合ブレーキディ
スクの製造方法は、予め摺動面の表面層となる鉄または
鋼の部材を鍛造または鋳造にて作製し、当該鉄または鋼
の部材上に、空孔率の異なる鉄または鋼のスポンジ状金
属または金属繊維圧縮成形体を１枚以上積層し、当該積
層体上からアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯
を流し込み一体に鋳造することを特徴とする。(3) In the method for manufacturing a lightweight composite brake disc according to the present invention, an iron or steel member to be the surface layer of the sliding surface is prepared in advance by forging or casting, and the iron or steel member is One or more iron or steel sponge-like metal or metal fiber compression molded bodies having different porosities are laminated, and a molten metal of aluminum or aluminum alloy is poured from the laminated body and cast integrally.
【００１４】[0014]
【作用】図１に示すように、この発明の軽量複合ブレー
キディスクは、基材１がアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金で、摺動面２の表面層３が鉄または鋼からなり、
基材１と表面層３の間に、空孔率の異なる鉄または鋼の
スポンジ状金属または金属繊維圧縮成形体からなる多孔
質材料で該空孔にアルミニウムまたはアルミニウム合金
の溶湯を浸透させた積層材料４を介在してなる。なお、
５はボルト孔である。As shown in FIG. 1, in the lightweight composite brake disc of the present invention, the base material 1 is made of aluminum or aluminum alloy, and the surface layer 3 of the sliding surface 2 is made of iron or steel.
Laminated between the base material 1 and the surface layer 3 with a porous material made of sponge-like metal or metal fiber compression molded body of iron or steel having different porosities, in which the molten metal of aluminum or aluminum alloy is permeated into the pores. The material 4 is interposed. In addition,
5 is a bolt hole.
【００１５】前記積層材料４は、鉄または鋼とアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金との中間の物性を有するた
め、アルミニウムまたはアルミニウム合金の基材１と鉄
または鋼の表面層３を直接接合した構造よりも、界面で
の熱膨張の差による剥離や内部亀裂が生じ難い。ここ
で、表面層３の厚さは、特に限定する必要はないが、使
用時の摩耗量や軽量化効果等を考慮して、ブレーキディ
スクの最大厚さの３〜３０％とすることが望ましい。Since the laminated material 4 has an intermediate physical property between iron or steel and aluminum or aluminum alloy, it is better than the structure in which the aluminum or aluminum alloy substrate 1 and the iron or steel surface layer 3 are directly bonded. Peeling and internal cracks due to the difference in thermal expansion at the interface are unlikely to occur Here, the thickness of the surface layer 3 is not particularly limited, but it is desirable to set it to 3 to 30% of the maximum thickness of the brake disc in consideration of the amount of wear during use and the effect of weight reduction. .
【００１６】更に、この発明の軽量複合ブレーキディス
クでは、図２に示すように、基材１と摺動面の表面層３
との間に介在する積層材料４の組成を、ディスクの板厚
方向または円周方向に連続的または段階的に変化させる
場合もある。Further, in the lightweight composite brake disc of the present invention, as shown in FIG. 2, the base material 1 and the surface layer 3 of the sliding surface are provided.
In some cases, the composition of the laminated material 4 interposed between and may be changed continuously or stepwise in the plate thickness direction or the circumferential direction of the disk.
【００１７】このときのブレーキディスク要部を図１に
示すＡ−Ａ’線上の断面で図２（ａ）に示す。また、図
２（ｂ）に図２（ａ）における表面層３と積層材料４及
び基材１の体積率が段階的に変化する場合の分布を示
す。このように、各構成層の体積率が段階的に徐々に変
化すると、図２（ｃ）に示すようにヤング率、線膨張係
数の物性も段階的に変化する。したがって、表面層と積
層材料及び積層材料と基材との界面において内部亀裂や
剥離がより生じ難くなる。更に、図２（ｂ）の体積率分
布を制御することにより、温度と線膨張係数から決まる
熱膨張を厚さ方向に均一とすることが可能となる。この
均一化はブレーキディスクの熱変形の抑制に効果があ
る。The essential portion of the brake disc at this time is shown in FIG. 2A in a cross section taken along the line AA 'shown in FIG. Further, FIG. 2B shows a distribution in the case where the volume ratios of the surface layer 3, the laminated material 4 and the substrate 1 in FIG. As described above, when the volume ratio of each constituent layer gradually changes, the physical properties of Young's modulus and linear expansion coefficient also change stepwise as shown in FIG. Therefore, internal cracks and peeling are less likely to occur at the interface between the surface layer and the laminated material and between the laminated material and the base material. Further, by controlling the volume ratio distribution of FIG. 2B, it is possible to make the thermal expansion determined by the temperature and the linear expansion coefficient uniform in the thickness direction. This homogenization is effective in suppressing thermal deformation of the brake disc.
【００１８】次に、この発明の軽量複合ブレーキディス
クの製造方法について説明する。図３に、この発明の軽
量複合ブレーキディスクの製造方法のフローを示す。ま
ず、摺動面の表面層となる鉄または鋼の部材を鍛造また
は鋳造により作製する。当該部材の材料は、鉄または鋼
であれば特に限定しないが、鍛造で作製する場合には鍛
造用鋼ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ鋼、ＡＩＳＩ ４３３０鋼を、
また鋳造で作製する場合にはＮＣＭ鋳鉄、１６Ｃｒステ
ンレス鋳鋼等の使用が好ましい。Next, a method for manufacturing the lightweight composite brake disc of the present invention will be described. FIG. 3 shows a flow of the method for manufacturing the lightweight composite brake disc of the present invention. First, an iron or steel member to be the surface layer of the sliding surface is manufactured by forging or casting. The material of the member is not particularly limited as long as it is iron or steel, but in the case of manufacturing by forging, forging steel JIS S45C steel, AISI 4330 steel,
Further, when it is produced by casting, it is preferable to use NCM cast iron, 16Cr stainless cast steel or the like.
【００１９】次いで、前記摺動面の表面層の上に、空孔
率の異なる鉄または鋼のスポンジ状金属または金属繊維
圧縮成形体６を１枚以上積層して、図４に示す積層体を
形成する。なお、７は空孔を示す。Then, one or more sponge-like metal or metal fiber compression molded bodies 6 of iron or steel having different porosities are laminated on the surface layer of the sliding surface to obtain the laminated body shown in FIG. Form. In addition, 7 shows a hole.
【００２０】前記スポンジ状金属は、金属粉末とポリマ
ー等の固体有機化合物とを混合・焼結し、焼結時に固体
有機化合物粉末を溶融・流出させることにより、空孔を
均一に分散させて作製するものであり、既に周知の技術
である。固体有機化合物粉末の量を制御することによ
り、所望の空孔率を得ることができる。The sponge-like metal is produced by mixing and sintering metal powder and a solid organic compound such as a polymer, and melting and flowing out the solid organic compound powder at the time of sintering to uniformly disperse the pores. This is a well-known technique. A desired porosity can be obtained by controlling the amount of the solid organic compound powder.
【００２１】また、前記金属繊維圧縮成形体は、スチー
ルウール等の鉄または鋼の繊維を圧縮成形するか、また
は鉄または鋼の粉末に可塑剤を混練したものを繊維状に
成形し、圧縮した後焼結する方法で作られる。圧縮成形
時の圧力または繊維径を制御することにより、所望の空
孔率を得ることができる。なお、摺動面の表面層部材と
スポンジ状金属または金属繊維圧縮成形体との間、及び
スポンジ状金属同志の間、金属繊維圧縮成形体同志の間
では、ろう付け等により接合してもよい。The metal fiber compression-molded body is formed by compression-molding iron or steel fibers such as steel wool, or by molding iron or steel powder kneaded with a plasticizer into a fibrous shape and compressing. It is made by the method of post-sintering. The desired porosity can be obtained by controlling the pressure or fiber diameter during compression molding. In addition, between the surface layer member of the sliding surface and the sponge-like metal or the metal fiber compression molding, between the sponge-like metals, and between the metal fiber compression-molding bodies, they may be joined by brazing or the like. .
【００２２】最後に、前記積層体上からアルミニウムま
たはアルミニウム合金の溶湯を流し込み、一体鋳造して
軽量複合ブレーキディスクが得られる。この際の鋳造
は、積層体を金型または砂型から構成した鋳型内の所定
位置に納めて行なわれるが、鋳型内の雰囲気は大気中で
もかまわないが、積層体の空孔にアルミニウムまたはア
ルミニウム合金の溶湯が浸透しやすいように、減圧し、
更に不活性ガス雰囲気とし、かつ鋳型内に収納する積層
体は十分に予熱しておくことが好ましい。また、必要に
応じて溶湯を加圧することもできる。Finally, a molten aluminum or aluminum alloy melt is poured from above the laminate and integrally cast to obtain a lightweight composite brake disc. The casting at this time is carried out by placing the laminate in a predetermined position in a mold composed of a mold or a sand mold, and the atmosphere in the mold may be in the atmosphere, but the holes of the laminate may be made of aluminum or aluminum alloy. Reduce the pressure so that the molten metal can easily penetrate,
Further, it is preferable to make the layered body to be an inert gas atmosphere and to be preheated sufficiently in the mold. Further, the molten metal can be pressurized if necessary.
【００２３】アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶
湯材料としては、高温での強度が比較的高い材料が好ま
しい。例えば、ＪＩＳ ５０８３アルミニウム合金、Ｊ
ＩＳ６０６１アルミニウム合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金があ
る。As the molten material of aluminum or aluminum alloy, a material having relatively high strength at high temperature is preferable. For example, JIS 5083 aluminum alloy, J
There are IS6061 aluminum alloy and Al-Mg alloy.
【００２４】鉄または鋼とアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金が、高温で接触すると、その界面に脆弱な金属
間化合物であるＦｅ2Ａｌ5が発生するため、上記組合せ
の接合は困難である。この発明では、このような金属間
化合物の発生量を低く押さえるために、鋳造前に前記積
層体の前処理として、その表面及び空孔内表面に薄い酸
化膜を形成することが望ましい。When iron or steel and aluminum or aluminum alloy are brought into contact with each other at a high temperature, fragile intermetallic compound Fe 2 Al 5 is generated at the interface, so that the above combination is difficult to join. In the present invention, in order to suppress the generation amount of such intermetallic compounds to a low level, it is desirable to form a thin oxide film on the surface and the inner surface of the pores as a pretreatment of the laminate before casting.
【００２５】このような薄い酸化被膜は、積層体が鉄あ
るいは鋼から構成されるため、脱脂を行なわないか、ま
たは脱脂した後１時間以上大気中に放置しておくと得ら
れる。Since such a thin oxide film is composed of iron or steel, the thin oxide film can be obtained by degreasing or by leaving it in the atmosphere for 1 hour or more after degreasing.
【００２６】以上の前処理を行なっても、前記界面には
厚さ数ミクロン程度の金属間化合物が生成することは免
れないため、前記積層体の空孔内に浸透したアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金が一種のくさびの効果を発現
して強固に接合する必要がある。このためには、積層体
内のスポンジ状金属または金属繊維圧縮成形体の空孔及
び金属部分の寸法を金属間化合物層の厚さより大きくし
なければならない。すなわち、スポンジ状金属では、そ
の製造時に使用する金属粉末及び固体有機化合物粉末の
径を１０μｍ以上とし、金属繊維圧縮成形体では金属繊
維径を１０μｍ以上とすることが好ましい。Even if the above pretreatment is performed, it is inevitable that an intermetallic compound having a thickness of about several microns is generated at the interface, so that aluminum or aluminum alloy that has penetrated into the pores of the laminate is a kind. It is necessary to develop the effect of the wedge and firmly bond. For this purpose, the dimensions of the pores and metal parts of the sponge-like metal or metal fiber compression molding in the laminate must be made larger than the thickness of the intermetallic compound layer. That is, in the sponge-like metal, the diameter of the metal powder and the solid organic compound powder used in the production thereof is preferably 10 μm or more, and in the metal fiber compression molding, the metal fiber diameter is preferably 10 μm or more.
【００２７】以上の手順で作製した軽量複合ブレーキデ
ィスクについて、必要に応じ機械加工や冷間または温間
プレス等による寸法修正、冷却フィン、リブ等の取付
け、ロール掛けやショットピーニング等による圧縮残留
応力の付与等の後処理を行なってもよい。なお、冷却フ
ィン、リブ等は、鋳型の形状を工夫することにより、鋳
造の段階で形成することができる。As for the lightweight composite brake disc manufactured by the above procedure, if necessary, dimensional modification by machining or cold or warm press, attachment of cooling fins, ribs, etc., compressive residual stress by rolling or shot peening etc. You may perform post-processing, such as provision of. The cooling fins, ribs, etc. can be formed at the stage of casting by devising the shape of the mold.
【００２８】前記のように構成した軽量複合ブレーキデ
ィスクは、従来のアルミニウムまたはアルミニウム合金
製のものに比べ耐久性に優れ、また鉄または鋼製のもの
と同等程度の優れた耐摩耗性、耐熱性、耐熱亀裂性が得
られる。The lightweight composite brake disc constructed as described above is superior in durability to the conventional one made of aluminum or aluminum alloy, and has excellent wear resistance and heat resistance comparable to those made of iron or steel. In addition, heat crack resistance can be obtained.
【００２９】[0029]
【実施例】この発明の実施例として、鉄道車両に装着さ
れる車輪内接型ブレーキディスクを対象とする図面に基
づいて説明する。摺動面の表面層３となる部材として、
ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ鋼を使って厚さ３ｍｍ、内径４７５ｍ
ｍ、外径７５５ｍｍのドーナツ型円板を鍛造により作製
した。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a wheel-inscribed brake disc mounted on a railway vehicle. As a member that becomes the surface layer 3 of the sliding surface,
Using JIS S45C steel, thickness 3mm, inner diameter 475m
A donut-shaped disc having a diameter of m and an outer diameter of 755 mm was manufactured by forging.
【００３０】次いで、前記ドーナツ型円板の部材上に、
ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ鋼製のスポンジ状金属を２枚積層し
て、積層体を作製した。該積層体の空孔率は、ドーナツ
型円板部材の直上のもので３０％、その上に載せられた
もので７０％である。なお、スポンジ状金属の形状は前
記ドーナツ型円板と同じで、その寸法は２枚とも厚さ２
ｍｍ、内径３０３ｍｍ、外径７５５ｍｍである。Then, on the member of the donut type disc,
Two pieces of JIS S45C steel sponge-like metal were laminated to prepare a laminated body. The porosity of the laminate is 30% immediately above the donut-shaped disc member and 70% when placed on it. The shape of the sponge-like metal is the same as that of the donut-shaped disc, and the dimensions are both 2 mm thick.
mm, inner diameter 303 mm, and outer diameter 755 mm.
【００３１】そして、前記積層体を鋳型内の所定位置に
収納し、積層体を鋳型周囲に設置したヒータにより４０
０℃以上に予熱した鋳型に、ＪＩＳ ５０８３アルミニ
ウム合金の溶湯を流し込み一体鋳造した。このとき、溶
湯は背後から加圧した。Then, the laminated body is housed at a predetermined position in the mold, and the laminated body is heated by a heater installed around the mold to 40
The molten metal of JIS 5083 aluminum alloy was poured into a mold preheated to 0 ° C. or higher and integrally cast. At this time, the molten metal was pressed from behind.
【００３２】その後、鋳造製品に機械加工を施して、ド
ーナツ型円板形状で最大厚さ４３．５ｍｍ、内径３０３
ｍｍ、外径７５５ｍｍ、重量約４０ｋｇの軽量複合ブレ
ーキディスクに仕上げた。この発明の実施による前記軽
量複合ブレーキディスクの重量は、同寸法で冷却フィン
を備えた鋼単体のブレーキディスクに比べ約３０％軽量
化されている。Then, the cast product is machined to have a donut-shaped disc shape with a maximum thickness of 43.5 mm and an inner diameter of 303.
mm, outer diameter 755 mm, and weight about 40 kg. The weight of the lightweight composite brake disc according to the embodiment of the present invention is reduced by about 30% as compared with a brake disc made of steel alone having the same size and having cooling fins.
【００３３】以上の手順で作製したこの発明の軽量複合
ブレーキディスクについて、摺動面部分を厚さ方向に切
断し、その断面を観察した。その結果、ＪＩＳ Ｓ４５
Ｃ鋼製のスポンジ状金属の空孔内にＪＩＳ ５０８３ア
ルミニウム合金がよく浸透しており、鋳巣すなわちスポ
ンジ状金属に残存している空孔は断面の面積率で５％以
内であった。これは、通常の鋳造での鋳巣の面積率（ボ
イド率）と同程度である。そして、スポンジ状金属とア
ルミニウム合金との界面で金属酸化物Ｆｅ2Ａｌ5の発生
を確認したが、その金属間化合物層の厚さは２μｍ程度
であり、前記したくさび効果のため、マクロ的な接合強
度には問題がない。With respect to the lightweight composite brake disc of the present invention manufactured by the above procedure, the sliding surface portion was cut in the thickness direction and the cross section thereof was observed. As a result, JIS S45
The JIS 5083 aluminum alloy was well permeated into the pores of the sponge-like metal made of C steel, and the voids remaining in the casting cavity, that is, the sponge-like metal were within 5% in terms of area ratio of the cross section. This is about the same as the area ratio (void ratio) of the porosity in normal casting. Then, it was confirmed that the metal oxide Fe 2 Al 5 was generated at the interface between the sponge-like metal and the aluminum alloy, and the thickness of the intermetallic compound layer was about 2 μm. There is no problem in bonding strength.
【００３４】次に、この発明の軽量複合ブレーキディス
クについて、試験条件として初速３５０ｋｍ／ｈ、ブレ
ーキ回数５００回で台上ブレーキ試験を行なった。な
お、比較のため、基材にＪＩＳ ５０８３アルミニウム
合金を用い、その上に摺動面の摺動層としてＪＩＳ Ｓ
４５Ｃ鋼を被覆したブレーキディスク（以下Ｓ４５Ｃ被
覆Ａｌブレーキディスクという）、及び鍛造により作製
したＪＩＳ Ｓ４５Ｃ鋼単体のブレーキディスク（以下
Ｓ４５Ｃ単体ブレーキディスクという）をも試験した。
この試験では、この発明の軽量複合ブレーキディスク、
比較例のＳ４５Ｃ被覆Ａｌブレーキディスク及びＳ４５
Ｃ単体ブレーキディスクとも、それぞれブレーキディス
ク２体を、摺動面を外側にして張り付けた供試体１セッ
ト、すなわち各２体づつ計６体を用いた。Next, on the lightweight composite brake disc of the present invention, a bench brake test was carried out at an initial speed of 350 km / h and a brake frequency of 500 as test conditions. For comparison, a JIS 5083 aluminum alloy is used as the base material, and JIS S is used as the sliding layer on the sliding surface.
Brake discs coated with 45C steel (hereinafter referred to as S45C-coated Al brake discs) and JIS S45C steel single-use brake discs produced by forging (hereinafter referred to as S45C single-use brake discs) were also tested.
In this test, the lightweight composite brake disc of the invention,
Comparative Example S45C Coated Al Brake Disc and S45
For each of the C single unit brake discs, one set of two test discs each having two sliding discs attached to each other with its sliding surface facing outward, that is, two in total and six in total were used.
【００３５】前記条件で試験を行なった結果、全てのブ
レーキディスクで摺動面における亀裂の発生や表面荒れ
は見られなかった。また、ディスク摩耗量は０．１５ｍ
ｍ程度、ライニング摩耗量はブレーキ回数５０回当たり
３．５ｍｍ程度であり、この発明の軽量複合ブレーキデ
ィスクとＳ４５Ｃ被覆ＡｌブレーキディスクとＳ４５Ｃ
単体ブレーキディスクと摩耗量の違いは見られなかっ
た。試験後、この発明の軽量複合ブレーキディスクとＳ
４５Ｃ被覆Ａｌブレーキディスクを厚さ方向に切断し、
断面を観察したところ、この発明の軽量複合ブレーキデ
ィスクでは、界面での内部亀裂や剥離は見られなかっ
た。これに対し、Ｓ４５Ｃ被覆Ａｌブレーキディスクで
は、界面にて熱膨張差に起因する剥離が生じていた。As a result of conducting the test under the above-mentioned conditions, no cracks or surface roughness were observed on the sliding surfaces of all the brake discs. Also, the disc wear amount is 0.15 m
m, the lining wear amount is about 3.5 mm per 50 times of braking, and the lightweight composite brake disc of the present invention, the S45C-coated Al brake disc, and the S45C are used.
No difference was found in the amount of wear compared to the single brake disc. After testing, the lightweight composite brake disc of this invention and S
Cut a 45C coated Al brake disc in the thickness direction,
When the cross section was observed, no internal cracks or peeling were observed at the interface in the lightweight composite brake disc of the present invention. On the other hand, in the S45C-coated Al brake disc, peeling due to the difference in thermal expansion occurred at the interface.
【００３６】したがって、この発明の軽量複合ブレーキ
ディスクは、耐摩耗性、耐熱性、耐熱亀裂性がＳ４５Ｃ
単体ブレーキディスクと同等程度の高レベルにあり、か
つ耐久性がＳ４５Ｃ被覆Ａｌブレーキディスクより優
れ、しかもＳ４５Ｃ単体ブレーキディスクよりも軽量で
あることが証明された。Therefore, the lightweight composite brake disc of the present invention has S45C in wear resistance, heat resistance and heat crack resistance.
It has been proved that it is at the same high level as a single brake disc, has better durability than the S45C-coated Al brake disc, and is lighter than the S45C single brake disc.
【００３７】[0037]
【発明の効果】この発明の軽量複合ブレーキディスクに
よれば、基材としてアルミニウムまたはアルミニウム合
金を用いるにも係わらず従来のアルミニウムまたはアル
ミニウム合金を使用したブレーキディスクよりも耐久性
があり、また鉄または鋼単体のブレーキディスクと同等
程度の耐摩耗性、耐熱性、耐熱亀裂性を実現し、しかも
車体の軽量化に寄与できる。According to the lightweight composite brake disc of the present invention, it is more durable than the conventional brake disc using aluminum or aluminum alloy, even though it uses aluminum or aluminum alloy as the base material, and iron or It achieves wear resistance, heat resistance, and heat crack resistance equivalent to that of a brake disc made of steel alone, and contributes to weight reduction of the vehicle body.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】この発明の実施による軽量複合ブレーキディス
クの半分を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a half of a lightweight composite brake disc according to an embodiment of the present invention.
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ’線上の一部断面で構成
層の説明図、（ｂ）は（ａ）における体積率を示すグラ
フ、（ｃ）は同じく物性（ヤング率、線膨張係数）を示
すグラフである。2A is an explanatory view of constituent layers in a partial cross section taken along the line AA ′ in FIG. 1, FIG. 2B is a graph showing the volume ratio in FIG. 2A, and FIG. Is a graph showing a linear expansion coefficient).
【図３】この発明の軽量複合ブレーキディスクの製造方
法を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flow chart showing a method for manufacturing a lightweight composite brake disc of the present invention.
【図４】この発明の実施によるブレーキディスクの摺動
面の表面層積層体の一例を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an example of a surface layer laminated body of a sliding surface of a brake disc according to an embodiment of the present invention.
１ 基材 ２ 摺動面 ３ 表面層 ４ 積層材料 ５ ボルト孔 ６ スポンジ状金属または金属繊維圧縮成形体 ７ 空孔 1 Base Material 2 Sliding Surface 3 Surface Layer 4 Laminated Material 5 Bolt Hole 6 Sponge Metal or Metal Fiber Compression Molded Body 7 Void
Claims (3)
合金で、摺動面の表面層が鉄または鋼からなり、基材と
摺動面の表面層との間に、空孔率の異なる鉄または鋼の
スポンジ状金属または金属繊維圧縮成形体からなる多孔
質材料で該空孔にアルミニウムまたはアルミニウム合金
の溶湯を浸透させた積層材料が介在することを特徴とす
る軽量複合ブレーキディスク。1. A base material is aluminum or an aluminum alloy, a surface layer of a sliding surface is made of iron or steel, and an iron or steel having different porosity is provided between the base material and the surface layer of the sliding surface. A lightweight composite brake disc comprising a porous material made of a sponge-like metal or a metal fiber compression molded body, and a laminated material having a molten aluminum or aluminum alloy impregnated in the pores.
鉄または鋼のスポンジ状金属または金属繊維圧縮成形体
からなる多孔質材料で該空孔にアルミニウムまたはアル
ミニウム合金の溶湯を浸透させた積層材料の物性が、連
続的または段階的に変化することを特徴とする請求項１
記載の軽量複合ブレーキディスク。2. A porous material composed of a sponge metal of iron or steel or a metal fiber compression molded body interposed between a base material and a surface layer of a sliding surface, and molten metal of aluminum or aluminum alloy is filled in the pores. 2. The physical properties of the infiltrated laminated material change continuously or stepwise.
Lightweight composite brake disc as described.
部材を鍛造または鋳造にて作製し、当該鉄または鋼の部
材上に、空孔率の異なる鉄または鋼のスポンジ状金属ま
たは金属繊維圧縮成形体を１枚以上積層し、当該積層体
上からアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を流
し込み一体に鋳造することを特徴とする軽量複合ブレー
キディスクの製造方法。3. An iron or steel member to be a surface layer of a sliding surface is produced by forging or casting in advance, and a sponge-like metal of iron or steel having different porosity is formed on the iron or steel member. A method for manufacturing a lightweight composite brake disc, comprising laminating one or more metal fiber compression molded bodies, and pouring a molten metal of aluminum or aluminum alloy from the laminated body to integrally cast the same.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24729894A JPH0886324A (en) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | Light weight compound brake disc and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24729894A JPH0886324A (en) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | Light weight compound brake disc and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0886324A true JPH0886324A (en) | 1996-04-02 |
Family
ID=17161353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24729894A Pending JPH0886324A (en) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | Light weight compound brake disc and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0886324A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003503209A (en) * | 1999-06-25 | 2003-01-28 | エスゲーエル アコテック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | A method for manufacturing a brake disc comprising a ceramic part with a metal hub. |
| WO2004052573A1 (en) * | 2002-12-10 | 2004-06-24 | Nhk Spring Co., Ltd. | Composite material member and method for producing the same |
| JP2009121509A (en) * | 2007-11-12 | 2009-06-04 | Nissin Kogyo Co Ltd | Brake disk rotor |
| JP2016502040A (en) * | 2012-11-05 | 2016-01-21 | ユニヴァーシティ・オブ・ザ・ウィットウォーターズランド・ヨハネスブルグ | Mechanical friction device including a porous core |
-
1994
- 1994-09-13 JP JP24729894A patent/JPH0886324A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003503209A (en) * | 1999-06-25 | 2003-01-28 | エスゲーエル アコテック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | A method for manufacturing a brake disc comprising a ceramic part with a metal hub. |
| WO2004052573A1 (en) * | 2002-12-10 | 2004-06-24 | Nhk Spring Co., Ltd. | Composite material member and method for producing the same |
| CN1325203C (en) * | 2002-12-10 | 2007-07-11 | 日本发条株式会社 | Composite material member and method for producing the same |
| US7560171B2 (en) | 2002-12-10 | 2009-07-14 | Nhk Spring Co., Ltd. | Composite material member and method for producing the same |
| JP2009121509A (en) * | 2007-11-12 | 2009-06-04 | Nissin Kogyo Co Ltd | Brake disk rotor |
| JP2016502040A (en) * | 2012-11-05 | 2016-01-21 | ユニヴァーシティ・オブ・ザ・ウィットウォーターズランド・ヨハネスブルグ | Mechanical friction device including a porous core |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108331863B (en) | Hybrid lightweight brake disc and method of making same | |
| US5535857A (en) | Brake disc and method for its production | |
| JP4409425B2 (en) | Clad component manufacturing method | |
| US8028812B2 (en) | Brake rotors for vehicles | |
| JPH09511564A (en) | Brake rotors, clutch plates, and other parts and their manufacturing method | |
| US20090020379A1 (en) | Low Mass Multi-Piece Sound Dampened Article | |
| JPH07269614A (en) | Composite material disc for high-energy braking | |
| US20030175543A1 (en) | Hybrid metal matrix composites | |
| JPH0886324A (en) | Light weight compound brake disc and its manufacture | |
| JP2001246455A (en) | Composite cast iron brake shoe for railway brake and its manufacturing method | |
| JPH09504739A (en) | Selectively reinforced aluminum-based alloy disc brake calipers | |
| Kavorkijan | Engineering wear-resistant surfaces in automotive aluminum | |
| JP3435936B2 (en) | Lightweight composite brake disc and method of manufacturing the same | |
| US20240125367A1 (en) | Method for making a braking band of a brake disc, method for making the brake disc, brake disc, and braking band for brake disc | |
| JPH1089389A (en) | Manufacture of light compound brake disc | |
| JP2002524702A (en) | Composite friction piece | |
| US6306340B1 (en) | Method of making a brake rotor | |
| JPH0463254B2 (en) | ||
| JP2002005208A (en) | Disk for disk brake and its manufacturing method | |
| JP3285255B2 (en) | Composite material shaker and method of manufacturing the same | |
| US20210364053A1 (en) | Thermal management of metal matrix composite systems | |
| JPH0783255A (en) | Rotor for disc brake | |
| JP3386322B2 (en) | Method of manufacturing brake disk for railway vehicle | |
| JP2024508415A (en) | Brake band manufacturing method for brake disc, brake disc manufacturing method, brake disc and brake band for brake disc | |
| JPS61166935A (en) | Composite member superior in wear resistance and its manufacture |