铸铁及制动部件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适合用于车辆等的制动装置的铸铁及制动部件，尤其涉及能够通过具 备较高的比热而达成制动盘的轻量化的铸铁及制动部件。
【背景技术】
[0002] 汽车、自动二轮车等制动装置具备与车轮一起旋转的制动盘和被按压到制动盘的 制动垫。为了抑制由产生的摩擦热所致的功能降低而对制动盘要求较高的热导率。作为以 低成本实现此种要求的材料，一直使用片状石墨铸铁、CV石墨铸铁、球状石墨铸铁。尤其对 于片状石墨铸铁而目，由于石墨为热的良导体，因此通过增大石墨长度，能够提尚热导率。
[0003] 作为有关铸铁的现有技术文献，有以下的文献。专利文献1所记载的是关于耐腐 蚀性铸铁的技术，在碳当量3. 8~4. 5%的范围内，以质量％计含有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及不可避免的杂质构成，通过改变Cu的含量来抑制生锈。
[0004] 专利文献2所记载的是关于盘式制动用盘的技术，以质量％计含有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 及不可避的杂质 构成，通过以Ce来实现高强度化，从而使耐热裂性提高。
[0005] 专利文献3所记载的是一种制动部件，其是具有滑动部和轮毂安装部、并且由单 一熔液制成的铸造制一体结构的制动部件，其以质量％计含有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%，余量由铁及不 可避的杂质构成，CE值为4. 3~4. 7,拉伸强度为15~20kgf/mm2,衰减能为12~20 X 10_3， 并且按照使轮毂安装孔内面成为硬度HRB90~105的方式实施高频淬火。
[0006] 专利文献4所记载的是高热导耐腐蚀铸铁，在碳当量：4~5%的范围内，以质量％ 计含有 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%，余量由铁及不可避免的杂质构成， 通过使组织中生成针状石墨，从而使高热导性和耐腐蚀性提高。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本特公昭59-011653号公报
[0010] 专利文献2 :日本特开2002-105581号公报
[0011] 专利文献3 :日本特开平5-214480号公报
[0012] 专利文献4 :日本特开平7-3380号公报
【发明内容】
[0013] 发明要解决的课题
[0014] 但是，近年来，随着温室效应气体的排放的限制，对汽车等运输装置越发要求轻量 化，尤其是由铸铁块制成的制动盘成为颇重的重量物，因此迫切要求其轻量化。
[0015] 在此，利用制动盘和制动垫的制动伴有将动能转变为热能的作用，制动盘吸收热 能，车辆停止后放出热能。因此，制动盘的热导率越高，越能迅速地放出热能。另外，制动盘 的比热越高，蓄积热能的能力越高，越能抑制在吸收热能时的温度上升。因此，制动盘的比 热越高，越能使制动盘小型化。
[0016] 但是，现状是现阶段并没有着眼于提高比热的铸铁的开发。
[0017] 另外，通常，为了确保强度、耐摩耗性，而使铸铁包含较多的Cu，由于Cu的材料成 本高，因此需要减少Cu的量。
[0018] 本发明是鉴于此种情况而完成的发明，其目的在于提供能够通过降低Cu含量而 实现成本下降、并且能够通过具有较高的比热而达成制动部件的轻量化等的铸铁及制动部 件。
[0019] 用于解决课题的手段
[0020] 本发明人等为了使铸铁及使用其的制动盘轻量化而反复进行研宄，结果得出以下 结论：若使用以下的组成的铸铁，则可以得到较高的比热（例如600J/kg/K以上），并且还 能充分得到温室效应气体的排放抑制效果。而且，为了得到此种比热而反复进行了深入研 宄。
[0021] 铸铁包含铁素体、渗碳体、石墨及其他微量的夹杂物。本发明人等对其中重量分率 较大的铁素体的高比热化进行研宄，并且对固溶于铁素体并且具有提高比热的效果的各种 元素进行了调查，结果判明：Si的效果最大，并且无需制作炭化物即可容易地固溶于铁素 体中。
[0022] 在铸铁中添加3. 5%以上的Si时会显著体现Si的效果。在铸铁中Si主要富集在 铁素体中，在铁素体中的重量分率达到4%以上。通常可以说在该浓度下以平衡状态析出 Fe3Si,但是基于利用X射线衍射的分析结果在通常的制造条件下几乎检测不出Fe3Si。即， 认为：不制作规则结构而不规则且过饱和地固溶的Si使铁素体的比热提高。
[0023] 本发明的铸铁是基于上述见解而完成的，其特征在于，以质量％计含有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及不可避免的杂质构成。
[0024] 另外，本发明的铸铁可以进一步含有以质量％计为0.05~1.5%的Cr。
[0025] 本发明的铸铁在200°C下的比热优选为600J/kg/K以上，在200°C下的热导率优选 为44W/m/K以上。
[0026] 本发明的铸铁在基体组织中的珠光体的面积率优选为90%以上。
[0027] 本发明的制动部件由上述铸铁制造而成。
[0028] 以下，对本发明的数值限定的根据和本发明的作用一并进行说明。需要说明的是， 在以下的说明中，" ％ "是指"质量％ "。
[0029] C:3.0~4.8%
[0030] C是用于使基体组织析出石墨所需的元素。石墨是热的良导体且提高铸铁的热导 率，并且发挥迅速放出所吸收的热能的作用。在C的含量不足3. 0%时，难以得到与现行材 料的铸铁同等的热导率即44W/m/K。另一方面，若C的含量超过4. 8%，则铸铁的熔点过高， 难以熔解，并且因强度显著降低而难以进行添加。因此，C的含量为3. 0~4. 8%。
[0031] Si :3. 5 ~5.0%
[0032] Si是提高铸铁的比热的元素。若Si的含量不足3. 5%，则难以得到目标比热即 600J/kg/K。另一方面，若Si的含量超过5%，则熔液的粘度变高，难以进行铸造。因此，Si 的含量为3. 5~5. 0%。
[0033] Mn :0.5 ~2.0%
[0034] Mn从原料的废料混入而具有使基体组织强化的效果。在Mn的含量不足0. 5%时， 变得欠缺此种效果。另一方面，若Mn的含量超过2%，则基体组织的冷硬化变得显著，使切 削性降低。因此，Mn的含量为0.5~2.0%。
[0035] P :0.2 % 以下
[0036] P虽然使熔液的流动性提高，但是使铸铁脆化，因此作为不可避免的杂质的P的含 量理想的是0. 2%以下。
[0037] S :0.25 % 以下
[0038] 若S的含量超过0. 25%，则MnS的生成量过多，白铁化倾向增大，切削性降低。因 此，作为不可避免的杂质的S的含量理想的是0. 25%以下。
[0039] Sn 及 Sb
[0040] 在本发明中，为了提高比热而必须添加 Si，Si具有促进铁素体化的作用。但是，若 铁素体分率变大，则导致强度降低、耐摩耗性降低。为此，在本发明中，作为通过促进基体组 织的珠光体化而提高强度的元素，含有选自Sn及Sb中的1种或2种。
[0041] 在此，为了确保强度、耐摩耗性，而使铸铁包含Cu，但是Cu的材料成本高。为此， 本发明人等发现了 Sn及Sb作为与Cu同样能够促进基体组织的珠光体化的元素。Sn及Sb 与Cu相比，相同质量的材料成本高，但是以比Cu少的含量即可得到同等的珠光体化效果， 因此结果可以将Cu的含量降低至0. 5%以下，能够实现成本下降。
[0042] Cu :0.5 % 以下
[0043] 如上所述，通过含有Sn和/或Sb作为得到与Cu同等的效果的元素，即使Cu的含 量为0. 5 %以下，也可以发挥珠光体化效果。
[0044] 需要说明的是，若Sn和/或Sb的含量多于该规定范围内，则可以进一步降低Cu 的含量，也可以根据情况而不含有Cu。需要说明的是，在铸铁的原材料中包含微量的Cu，实 质上难以使Cu含量为0 (zero)，不可避免地检测至0. 01 %的程度。因此，Cu的含量的下限 为不可避免的量，例如作为下限，可列举0. 01 %。但是，未来在不含Cu也能制造铸铁的情况 下，也可以使Cu的含量为0 (zero)。
[0045] Sn :0· 02%~0· 2%
[0046] Sn是抑制铁素体的析出、促进强力的珠光体化的元素。通过使Sn富集于石墨与基 体边界的狭小范围，从而抑制因由制动产生的摩擦热的重复循环所致的石墨的生长，防止 热龟裂的进展。在Sn不足0. 02%的情况下，珠光体化效果小。另一方面，若添加超过0. 2% 的Sn，则使韧性降低，并且使对热裂的韧性降低。因此Sn的含量为0. 02%~0. 2%。
[0047]