ITTO970235A1

ITTO970235A1 - Materiale d'attrito sinterizzato a base di titanio o lega di titanio.

Info

Publication number: ITTO970235A1
Application number: IT97TO000235A
Authority: IT
Inventors: Kyo Takahashi; Masahiro Yoshida; Yoshitoshi Hagiwara; Katsuyoshi Kondoh; Yoshishige Takano; Yukinori Yamashita
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Sumitomo Electric Industries
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1997-03-20
Publication date: 1998-09-20
Also published as: US5922452A; JPH09256080A; IT1291217B1; DE19711930A1

Description

SFONDO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un materiale d'attrito sinterizzato avente un fondo a base di titanio e/o lega di titanio. Questo materiale d’attrito sinterizzato è adatto per un pattino di attrito per freni, in particolare per un pattino di attrito per un rotore del freno realizzato in titanio o lega di titanio.

E' già noto un materiale di attrito contenente un fondo di polvere di Cu o Fe con l'aggiunta di polvere di 2n, Sn, grafite, MoS2 e materiale duro a base di SiOj, A^ O^. Un pattino per freni realizzato nel materiale di attrito abituale precedente è utilizzato quale pattino d'attrito su un rotore di ghisa, ferro o acciaio inossidabile.

Il pattina del freno per un rotore di ghisa, ferro o acciaio inossidabile non può essere utilizzato per un rotore a disco di titanio e/o lega di titanio senza trattamento superficiale, poiché la resistenza al calore e la resistenza all'abrasione sono insufficienti.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

Un materiale d'attrito sinterizzato a base di titanio e/o lega di titanio secondo la presente invenzione è caratterizzato dal fatto che contiene un fondo di polvere di titanio e/o lega di titanio, un lubrificante solido ed una fibra di materiale duro.

Inoltre, la presente invenzione fornisce un materiale d'attrito sinterizzato a base di titanio e/o lega di titanio caratterizzato dal fatto che almeno un tipo di elemento selezionato tra Al, Ni, Co, Fe, Mn, Cu, V e Zr è contenuto in un fondo di polvere di titanio e/o lega di titanio.

La presente invenzione fornisce un materiale d'attrito sinterizzato a base di titanio e/o lega di titanio caratterizzato dal fatto che la fibra di materiale duro è una fibra di mullite.

Inoltre, la presente invenzione fornisce un materiale d'attrita sinterizzato a base di titanio e/o lega di titanio caratterizzato dal fatto che il fondo è rinforzato legando meccanicamente la polvere del fondo e sinterizzato.

Inoltre, la presente invenzione fornisce un pattino d'attrito caratterizzato dal fatto che un materiale d'attrito applicato su, e unito ad una piastra di supporto costituisce il materiale d'attrito sinterizzato precedentemente menzionato basato sul fondo di polvere di titanio e/σ lega di titanio.

Inoltre, la presente invenzione fornisce un pattino d'attrito adatto per essere utilizzato con un rotore del freno realizzato in titanio e/o lega di titanio.

Poiché il materiale d'attrito sinterizzato secondo la presente invenzione comprende un fondo a base di titanio e/o lega di titanio, esso è leggero ed ha un'eccellente resistenza alla corrosione e resistenza al calore. Il fondo a base di titanio e/o lega di titanio rinforza il materiale d'attrito sinterizzato contenente fibra di materiale duro e lubrificante solida. Il fondo può essere rinforzato legandolo meccanicamente per migliorarne la resistenza meccanica. Mentre il normale pattino sinterizzato della serie Cu difetta di resistenza meccanica ad alta temperatura e perciò resistenza al calore, il materiale d'attrito sinterizzato secondo la presente invenzione ha un'eccellente resistenza meccanica ad alta temperatura, resistenza al calore, resistenza all'abrasione, caratteristica μ e simili poiché il fondo è costituito da titanio e, quando è necessario, la polvere di titanio è legata meccanicamente e quindi sinte-rizzata. Questo materiale d’attrito sinterizzato è adatto per un pattino di attrito per freni, in particolare per un pattino di attrito per un rotore del freno realizzato in titanio o lega di titanio.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La figura 1 rappresenta una vista in pianta che mostra un pattino d'attrito per freni in accordo con una forma di attuazione preferita della presente invenzione;

la figura 2 rappresenta una vista in sezione che mostra il pattino d’attrito per freni;

la figura 3 rappresenta un grafico che mostra una caratteristica temperatura del disco - livello di fusione del pattino; e

la figura 4 rappresenta un grafico che mostra una caratteristica temperatura del pattino - μ .

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA FORMA DI ATTUAZIONE PREFERITA

Nella presente invenzione, polvere di titanio puro e di legadi titanio è utilizzata quale materiale di partenza per il fondo. La polvere di lega di titanio può essere preparata miscelando polvere di titanio puro e polvere di un elemento additivo legante.

Con riferimento alla dimensione delle particelle della polvere di titanio o lega di titanio, si utilizzano rispettivamente particelle grossolane da 150 maglie per pollice lineare o più e particelle fini da 450 maglie per pollice lineare o meno, rispettivamente, secondo le necessità. Ad esempio, le particelle grossolane e le particelle fini possono essere miscelate in un rapporto l a i per il loro impiego.

Per quanto riguarda il lubrificante solido, si utilizza ad esempio un tipo di sostanza selezionata tra grafite, WS2, M0S2, BN, CaFj# in un contenuto compreso tra 2 e 10% in peso, preferibilmente tra 4 e 7% in peso.

Il fondo a base di titanio e/o lega di titanio contiene almeno un tipo di elemento selezionato tra Al, Ni, Co, Fe, Mn, Cu, V, Zr per ottenere una buona resistenza all'abrasione. I contenuti di questi elementi sono i seguenti, in peso: Al: 1-10%; Ni: 1-10%; Co: 1-5%; Fe: 1-10%; Mn: 1-5%; Cu: 1-5%; V: 1-10%; Zr: 1-5%. Il contenuto totale degli elementi selezionati è preferibilmente 1-10%.

Per quanto riguarda la fibra di materiale duro, è preferibile una fibra di mullite. Il diametro e la lunghezza della fibra possono essere ad esempio 3 μια e 400 μτα, rispettivamente.

Il fondo a base di titanio e/o lega di titanio può essere rinforzato mediante una lega meccanica in cui la polvere è macinata e ridotta meccanicamente in granuli per realizzare la lega. Inoltre, almeno un tipo di elemento selezionato tra Al, Ni, Co, Fe, Mn, Cu, V, Zr può essere contenuto nel fondo per legare e per rinforzare il fondo. La dimensione delle particelle della polvere di Ti è ad esempio 30 μπι - 100 μπ>, ma è possibile utilizzare qualsiasi altra dimensione di particelle corretta in accordo con la caratteristica di fluidità della polvere. La dimensione delle particelle di Al, Ni, Co, Fe, Mn, Cu, V, Zr è ad esempio 30 pm -50 μια, ma anche in questo caso è possibile utilizzare qualsiasi altra dimensione di particelle corretta in accordo con la caratteristica di fluidità della polvere.

La lega meccanica è realizzata ad esempio come segue. Polvere di titanio e/o lega di titanio che costituisce il fondo, o la polvere contenente almeno un tipo di elemento selezionato tra Al, Ni, Co, Fe, Mn, Cu, V, Zr è introdotta insieme con palle in un contenitore riempito di un gas quale N2, Ar per essere miscelata e macinata meccanicamente. Ossia, le rispettive polveri sono sbattute e sminuzzate dalle palle e disperse. La polvere può essere miscelata facendo uso di un mescolatore a rotori incrociati.

Quindi, la polvere è sagomata da una pressa idraulica, una pressa meccanica o CIP, ad esempio, e sinterizzata in un gas riducente, in un gas inerte o sotto vuoto.

Il materiale d’attrito sinterizzato secondo la presente invenzione è adatto per un pattino d'attrito per freni, in particolare per un pattino d'attrito per un rotore del freno realizzato in titanio o lega di titanio. Perciò, sarà descritto il rotore del freno realizzato in titanio o lega di titanio.

Il rotore del freno realizzato in titanio o lega di titanio è di una fase a β avente grani a cristalli equiassici per ridurre la deformazione a causa della tensione termica e le dimensioni dei grani dei suoi cristalli accresciuti sono 300 pm - 4 mm. Esso è prodotto mediante trattamento termico in transizione β ed indurimento della lega di titanio per formare i grani cristallini equiassici.

Come lega di titanio di tipo α β per il rotore del freno, sono note ad esempio Ti - 6A14V, Ti - 6Al6V2Sn, Ti -6A12Sn4Zr6Mo e simili. Nel rotore del freno realizzato in lega di titanio, la struttura metallurgica del corpo del rotore è controllata e i grani cristallini sono equiassici in fase a β in modo che sia inutile un abituale trattamento di rivestimento. Mentre la conducibilità termica del titanio è bassa rispetto a quella degli abituali materiali di partenza della serie del ferro, nel rotore del freno di titanio, la deformazione dovuta alle tensioni prodotte da differenze di temperatura può ■essere ridotta dalla fase a β avente i grani cristallini equiassici, per cui è possibile ottenere un rotore del freno vantaggioso di titanio di peso ridotto e con una migliore durata, che non presenta problemi di ruggine.

Più concretamente, Ti - 6A14V, che è una lega di titanio di tipo a <β>; è trattata termicamente per 2 ore a 1050°C in transizione <β >e raffreddata rapidamente. Si ottiene una struttura cristallina dura da deformare ad alta temperatura a causa della fase fl residua di cristalli equiassici prodotta al raffreddamento rapido. I grani cristallini sono accresciuti a 300 pm - 4 mm per migliorare notevolmente la tenacità alla deformazione rispetto a tensioni prodotte da differenze di temperatura.

Il materiale d'attrito sinterizzato secondo la presente invenzione è adatto per un pattino d'attrito per freni. Le figure 1 e 2 mostrano un pattino di un materiale sinterizzata a base di titanio e/o lega di titanio in accordo con la presente invenzione.

La figura 1 rappresenta una vista in pianta di un pattino d'attrito per un disco del freno, e la figura 2 rappresenta una vista in sezione lungo la linea B-B della figura 1. come illustrato nelle figure 1 e 2, un pattino d'attrito 1 a base di lega di titanio è applicato ed unito ad una piastra di supporto 3 realizzata ad esempio in metallo. Il pattino d'attrito sinterizzato 1 presenta diverse scanalature rientranti 2 sagomate che si estendono all'incirca radialmente rispetto al disco del freno. Le scanalature 2 sono formate soltanto sul pattino d'attrito 1 che ha una superficie continua sul lato della piastra di supporto 3 per essere applicato ed unito alla piastra 3. La piastra di supporto ha una parte di attacco 4 ed un rivestimento ceramico 5.

Nel seguito sono descritti esempi della presente invenzione .

Secondo la présente invenzione, si utilizza una polvere di titanio e/o lega di titanio quale base per un fondo di un materiale d'attrito sinterizzato. Concretamente, la polvere di titanio e lega di titanio è utilizzata come componente principale per la matrice e almeno un tipo di sostanza selezionata tra grafite, WS2/ MoS2, BN, CaF2 è aggiunta quale lubrificante solido. Con riferimento alla grafite, è preferibile una grafite naturale a scaglie per prevenire il grippaggio e migliorare la caratteristica di scorrimento. Inoltre, allo scopo di ottenere un'eccellente resistenza all'abrasione, si aggiunge almeno un tipo di elemento selezionato tra Al, Ni, Co, Fe, Mn, Cu, V, Zr.

Come esempi del materiale d'attrito sinterizzato con un fondo di polvere di titanio e/o lega di titanio, sono tipiche due serie di (Ti - AlCuX) Gr fibra, e (Ti - CuX) Gr fibra. X significa Ni, Co, Fe, Mn, V, Zr e Gr significa grafite. La fibra è fibra di mullite di 3 μιπ (diametro) x 400 μπ» (lunghezza).

La Lega meccanica e la sinterizzazione sono eseguite allo scopo di migliorare la resistenza al calore della polvere di lega, come necessario.

Con riferimento alla dimensione delle particelle della polvere di titanio o lega di titanio, si utilizzano rispettivamente particelle grossolane di 150 maglie per pollice lineare o più e particelle fini di 450 maglie per pollice lineare o meno, in funzione della necessità di rinforzo della matrice.

Come esempio della composizione, un fondo legato meccanicamente comprendente Ti e 30% di Ni, Al, Fe, Mo contiene 4-5% di Gr ed 1-3% di fibra.

Le figure 3 e 4 mostrano la resistenza all'abrasione e la caratteristica μ di pattini.

Nella figura 3, che mostra la caratteristica temperatura del disco - livello di fusione del pattino, l'asse orizzontale riporta la temperatura del disco e l'asse verticale riporta il livello di fusione (x IO<4 >min<3>). La caratteristica risultante da una combinazione del pattino d'attrito secondo la presente invenzione avente un fondo a base di titanio e/o lega di titanio e di un disco (realizzato in lega di titanio), è indicata dalla linea continua a, e la caratteristica risultante da una combinazione di un pattino usuale (ad esempio un pattino della serie Cu) e del disco è indicata dalla linea punteggiata b.

Nel caso del pattino usuale, il livello di fusione aumenta bruscamente ad una temperatura inferiore a 500°C. Da una parte, nel caso del pattino d'attrito realizzato nel materiale d'attrito sinterizzato secondo l'invenzione, il livello di fusione è quasi invariato a 500°C e raggiunge appe— na 2,0 x IO<4 >mm<3 >a 1000°C. E' evidente che il pattino secondo l'invenzione ha una resistenza al calore e una resistenza all'abrasione eccèllenti.

Nella figura 4, che mostra la caratteristica temperatura del pattino - μ, l'asse orizzontale riporta la temperatura del pattino e l'asse verticale riporta μ (coefficiente d’attrito). Nel caso del pattino usuale (linea punteggiata b), μ è elevato a bassa temperatura ma diminuisce con l'aumento della temperatura. Da una parte, nel caso del pattino secondo l'invenzione, μ è invariato anche se la temperatura aumenta, indicando una resistenza al calore e una resistenza all'abrasione eccellenti.

Il materiale d'attrito sinterizzato secondo la presente invenzione comprendente un fondo a base di titanio e/o lega di titanio è di peso ridotto, resistente alla corrosione e resistente al calore, ha una resistenza meccanica ad alta temperatura, una resistenza al calore ed una resistenza all'abrasione eccellenti, è in grado di assicurare un coefficiente di attrito elevato stabile e non grippa su un altro materiale. Perciò, il materiale d'attrito sinterizzato secondo l'invenzione è particolarmente adatto per un pattino per un rotore del freno realizzato in titanio o lega di ti-tanio.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Materiale d'attrito sinterizzato comprendente un fondo a base di titanio è/Ò lega di titanio contenente un lubrificante solido ed una fase dura.
2. Materiale d'attrito sinterizzato secondo la rivendicazione 1, in cui la fase dura suddetta è fibrosa.
3. Materiale d'attrito sinterizzato secondo la rivendicazione 1 oppure 2, ottenuto per sagomatura e sinterizzazione di una miscela di polvere di titanio e/o polvere di lega di titanio, del lubrificante solido e della fase dura.
4. Materiale d’attrito sinterizzato secando una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il fondo suddetto a base di polvere di titanio e/o lega di titanio contiene almeno un tipo di elemento selezionato tra Al, Ni, Co, Fe, Mn, Cu, V, Zr.
5. Materiale d'attrito sinterizzato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il fondo suddetto è rinforzato legando meccanicamente la polvere del fondo e sinterizzato.
6. Pattino d'attrito comprendente il materiale d'attrito sinterizzato suddetto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 quale materiale d'attrito applicato e collegato ad una piastra di supporto.
7. Pattino d'attrito secondo la rivendicazione 6, utiliz-zato con un rotore del freno realizzato in titanio o lega di titanio