Тормозной диск для дискового тормоза

Тормозной диск для дискового тормоза, включающий тормозную ленту, изготовленную из чугуна, включающего углерод, кремний, марганец, молибден, хром. Преимущественно тормозной диск имеет характеристики повышенной устойчивости к механической и тепловой напряженности, а также высокой устойчивости к коррозии. 9 з.п. ф-лы.

 

Данное изобретение относится к тормозному диску для дискового тормоза, имеющему тормозную ленту, изготовленную из чугуна. Данное изобретение находит применение в автомобильной промышленности, но не только в ней. В частности, данное изобретение находит применение в высокоэффективных транспортных средствах, а также на большегрузных тяжелых грузовиках, имеющих потребность рассеивать через тормозной диск большие количества кинетической энергии и, следовательно, подвергаться повышенным механическим и тепловым напряжениям.

Как известно, в автомобильном секторе и в особенности для высокоэффективных транспортных средств существует потребность в изготовлении тормозных дисков из чугуна, который может противостоять механическим и тепловым напряжениям высокой интенсивности.

Такие напряжения служат причиной достижения высоких температур на тормозных лентах, которые могут привести к снижению тормозных характеристик и даже к образованию трещин на тормозной ленте.

Существует потребность изготавливать тормозные диски, которые имеют высокое сопротивление коррозии, чтобы увеличить срок их службы. Тормозные диски, известные из уровня техники, предусматривают использование чугунов. Чугуны, используемые в уровне техники для производства тормозных дисков, например, описаны в JP 7305138 A и в KR 20030075972 A.

Из уровня техники не известны чугуны, которые пригодны для реализации в тормозных дисках, способные одновременно гарантировать высокую эффективность с точки зрения механического сопротивления, теплостойкости и коррозии.

Целью данного изобретения является изготовление тормозного диска, который не имеет недостатков, упомянутых в уровне техники, что гарантирует высокие тормозные характеристики с точки зрения механической стойкости, теплостойкости и сопротивления коррозии в требуемых условиях эксплуатации и отсутствие явлений растрескивания.

Согласно предпочтительному варианту осуществления такие недостатки устраняет тормозной диск, включающий тормозную ленту, изготовленную из чугуна, включающего углерод, кремний, марганец, молибден, хром, в котором количество, в мас.%, углерода C составляет от 3,70 до 3,85%, кремния Si составляет от 1,30 до 1,60%, марганца Mn составляет от 0,40 до 0,70%, молибдена Mo составляет меньше чем 0,10%, хрома Cr составляет от 0,10 до 0,30% и в котором углеродный эквивалент C_eq составляет от 4,13 до 4,38, где C_eq=C%+Si%/3.

Согласно одному варианту осуществления количество углерода составляет от 3,70 до 3,80 мас.%.

Согласно одному варианту осуществления количество кремния составляет от 1,30 до 1,40 мас.%.

Согласно одному варианту осуществления количество марганца составляет от 0,60 до 0,70 мас.%.

Согласно одному варианту осуществления количество марганца составляет приблизительно 0,66 мас.%.

Согласно одному варианту осуществления количество молибдена составляет меньше чем 0,05 мас.%.

Согласно одному варианту осуществления количество хрома составляет приблизительно 0,20 мас.%.

Согласно одному варианту осуществления чугун включает медь в количестве от 0,20 до 0,35 мас.%.

Согласно одному варианту осуществления матрица указанного чугуна представляет собой тонкопластинчатый перлит.

Согласно одному варианту осуществления чугун тормозной ленты включает феррита меньше, чем 5 мас.%.

Дальнейшие характеристики и преимущества данного изобретения будут более ясно поняты из описания, приведенного ниже, в его предпочтительных и неограничивающих вариантах осуществления. Согласно одному варианту осуществления тормозной диск согласно данному изобретению включает тормозную ленту, изготовленную из чугуна, включающего углерод, кремний, марганец, молибден, хром. Тормозная лента может иметь любой тип, форму и размер и может, например, быть оснащена охлаждающими отверстиями или канавками и предпочтительно является лентой с самовентиляцией. Указанная тормозная лента, в известной манере, может быть связана с конусом любого типа, материала, формы и размера, чтобы образовать тормозной диск, соединенный, например, с колесом. Конус может быть изготовлен из того же самого материала, что и тормозная лента, или из другого материала. Предпочтительно тормозную ленту и конус изготавливают из различных материалов и соединяют соответствующими соединяющими средствами, такими как вкладыши или втулки, или посредством одновременного плавления колокола и тормозной ленты. Альтернативно, тормозную ленту и колокол изготавливают из одинакового материала.

Тормозную ленту изготавливают из чугуна.

Преимущественно чугун, используемый для изготовления тормозной ленты, включает углерод, кремний, марганец, молибден, хром.

Согласно предпочтительному варианту осуществления количество углерода C составляет от 3,70 до 3,85 мас.%. Количество кремния Si составляет от 1,30 до 1,60 мас.%. Количество марганца Mn составляет от 0,40 до 0,70 мас.%. Кроме того, количество молибдена Мо составляет меньше чем 0,10 мас.%, и количество хрома Cr составляет от 0,10 до 0,30 мас.%. Предпочтительно чугун тормозной ленты имеет углеродный эквивалент C_eq, который составляет от 4,13 до 4,38, где C_eq=С%+Si%/3. Указанная формула для вычисления C_eq обычно используется в металлургии.

Согласно одному варианту осуществления количество углерода составляет от 3,70 до 3,80 мас.%.

Согласно одному варианту осуществления количество кремния составляет от 1,30 до 1,40 мас.%.

Согласно одному варианту осуществления количество марганца составляет от 0,60 до 0,70 мас.%; предпочтительно количество марганца составляет приблизительно 0,66 мас.%.

Согласно одному варианту осуществления количество молибдена составляет меньше чем 0,05 мас.%.

Согласно одному варианту осуществления количество хрома составляет приблизительно 0,20 мас.%.

Согласно одному варианту осуществления чугун включает медь в количестве от 0,20 до 0,35 мас.%.

Предпочтительно матрица указанного чугуна представляет собой тонкопластинчатый перлит. Такой тип матрицы способен противодействовать образованию и последующему распространению трещин, например, вследствие совместного действия механических и/или тепловых напряжений.

Предпочтительно чугун согласно изобретению включает феррит в количестве меньше чем 5 мас.%.

Предпочтительно чугун по изобретению включает цементит и свободный углерод в количестве меньше чем 1 мас.%.

Тормозная лента по данному изобретению позволяет частично преодолеть недостатки, представленные в связи с описанием уровня техники. В частности, такая тормозная лента способствует снижению образования термических и механических трещин по сравнению с дисками уровня техники.

Кроме того, большое количество графита дает чугун и диск улучшенной теплопроводности и способно повысить теплообмен во время тормозного воздействия.

Риск образования трещин теплового напряжения, таким образом, значительно снижается даже в условиях интенсивного использования тормозной системы.

Кроме того, тормозная лента по данному изобретению имеет высокую демпфирующую способность, которая помогает увеличить устойчивость к образованию и распространению трещин.

Благодаря кремнию, содержащемуся в чугуне, по изобретению, эффект графитизации происходит без образования цементита и углерода.

В частности, чугун, используемый для изготовления тормозной ленты, имеет углеродный эквивалент C_eq от 4,13 до 4,38.

Такое значение C_eq отличается от углеродного эквивалента чугуна, известного из уровня техники. Следует заметить, что такое ограниченное значение получают за счет относительно высокого количества углерода от 3,7 до 3,85 мас.% и в то же самое время ограниченного количества кремния от 1,3 до 1,6 мас.%.

Ограниченное значение C_eq гарантирует, что получают материал с хорошим эффектом графитизации, в то же самое время без образования цементита и углерода.

Этот вариант особенно предпочтителен, учитывая, что цементит и углерод составляют особенно хрупкие включения, которые могли бы легко вызвать образование и распространение трещин.

В то же самое время эффекта графитизации достигают с особенно низким процентом кремния. Низкий процент кремния улучшает усталостное поведение чугуна и, таким образом, тормозной ленты, учитывая, что кремний является элементом, который увеличивает жесткость материала и тем самым его хрупкость.

В то же самое время относительно высокое количество углерода, от 3,7 до 3,85 мас.%, который имеет тенденцию увеличивать хрупкость материала, компенсируется низким количеством марганца.

Другими словами, использование низкого количества марганца и низкого количества кремния компенсирует относительно высокое количество углерода.

В результате с количеством углерода, кремния и марганца, предусмотренным данным изобретением, может быть достигнуто низкое значение углеродного эквивалента, которое допускает высокую графитизацию и хорошую теплостойкость и механическое сопротивление. Такие преимущества получают, поддерживая низкое количество кремния и относительно высокое количество углерода.

Кроме того, низкое количество марганца и кремния улучшает пластичность чугуна, компенсируя хрупкость, вызванную относительно высоким количеством углерода.

Из некоторых выполненных экспериментальных тестов замечено, что тормозная лента, изготовленная из чугуна, имеющего вышеуказанные количества компонентов, имеет устойчивость к разрушению усталостью, в основном удвоенную по сравнению с устойчивостью к разрушению усталостью, которая может быть достигнута с чугуном известного уровня техники.

Кроме того, хром и молибден стабилизируют образование пластинчатого перлита в металлической матрице.

Благодаря данному изобретению могут быть разработаны тормозные диски, имеющие высокоэффективные конфигурации и с уровнями частот, в среднем, более низкими, чем диски уровня техники, и, следовательно, улучшенными с точки зрения комфорта движения.

Фактически наблюдали, что по сравнению с дисками уровня техники диски по изобретению показывают понижение частот больше чем 5 мас.%.

Данное изобретение особенно полезно для применения в тормозных дисках высокоэффективных транспортных средств, а также в тормозных дисках тяжелых грузовиков, которые подобно высокоэффективным транспортным средствам, нуждаются в рассеивании больших количеств кинетической энергии и тем самым особенно подвержены образованию трещин в результате повторяющихся тепловых и/или механических напряжений.

Специалист в уровне техники может выполнить многочисленные модификации и изменения тормозных дисков, описанных выше, чтобы удовлетворить возможным и определенным требованиям, не выходя за рамки изобретения, которое определено формулой изобретения.

1. Тормозной диск для дискового тормоза, включающий тормозную ленту, изготовленную из чугуна, содержащего углерод, кремний, марганец, молибден, хром, в котором
количество углерода C составляет от 3,70 до 3,85 мас.%,
количество кремния Si составляет от 1,30 до 1,60 мас.%,
количество марганца Mn составляет от 0,40 до 0,70 мас.%,
количество молибдена Mo составляет меньше чем 0,10 мас.%,
количество хрома Cr составляет от 0,10 до 0,30 мас.%
и углеродный эквивалент C_eq составляет от 4,13 до 4,38, где C_eq=С%+Si%/3.

2. Тормозной диск по п.1, в котором количество углерода составляет от 3,70 до 3,80 мас.%.

3. Тормозной диск по п.1, в котором количество кремния составляет от 1,30 до 1,40 мас.%.

4. Тормозной диск по п.1, в котором количество марганца составляет от 0,60 до 0,70 мас.%.

5. Тормозной диск по п.1, в котором количество марганца равно приблизительно 0,66 мас.%.

6. Тормозной диск по п.1, в котором количество молибдена составляет меньше чем 0,05 мас.%.

7. Тормозной диск по п.1, в котором количество хрома равно приблизительно 0,20 мас.%.

8. Тормозной диск по п.1, который включает медь в количестве от 0,20 до 0,35 мас.%.

9. Тормозной диск по п.1, в котором матрица указанного чугуна представляет собой тонкопластинчатый перлит.

10. Тормозной диск по п.1, который включает феррит в количестве меньше чем 5 мас.%.