Development of Brake Disk Materials with Ni-Cr-Mo

Ni-Cr-Mo계 제동디스크 소재 개발

  • 구병춘 (한국철도기술연구원 철도시스템연구본부) ;
  • 임충환 (한국철도기술연구원 연구원/UST)
  • Published : 2008.04.30

Abstract

Brake disks for rolling stock are exposed to thermal fatigue during braking, and thermal cracks occur on surface of disks. Thermal cracks can cause serious accidents, deterioration of braking performance and increase of maintenance cost due to frequent exchange of friction materials. In this study, candidate materials with high-heat resistance were selected by searching the literature. By using cast specimens made of the candidate materials, chemical composition, crystal structure and graphite type were analyzed. In addition, friction coefficient and wear were measured and compared with values for the disk material in service. As a result, it was shown that the NiCrMo has highest tensile strength and lowest friction coefficient and the disk material in service has the most stable friction characteristics.

철도차량의 기계제동에 사용되는 제동 디스크의 표면에는 반복적인 마찰제동에 의해 열피로에 기인한 열균열이 발생하게 된다. 이러한 열균열은 제동성능 저하, 제동장치 유지보수비용 증가를 발생시키고 심지어는 대규모 열차사고의 원인으로 작용할 수도 있다. 본 연구에서는 우리나라의 새마을 및 무궁화 열차를 대상으로 고내열성을 지닌 제동 디스크 재질을 개발하기 위하여 FC280, FC250, NCM 등의 후보 재질을 선별하여 각 재질의 화학원소 성분과 비율을 결정하였다. 선별된 후보 재질로 주물 공시재를 제작하여 화학적 성분 분석, 결정 및 흑연조직 분석을 하였고 후보재질 시편에 대한 기계적 특성 시험 및 마찰특성 시험을 실시하여 현재 사용되는 제동 디스크 재질 특성과 비교하였다. 기계적 특성시험 결과 NCM이 가장 큰 인장강도를 보이나 마찰계수는 가장 작았다. 소형 다이나모 시험기에서 마찰제동 시 제동 속도 및 제동압력 변화에 대해 가장 안정적인 마찰계수를 나타내는 것은 현재의 사용품인 것으로 나타났다.

References

  1. 건설교통부 (2005), '제동시스템 실용기술개발 보고서'
  2. 철도청 (2003), '제동장치 실용화 기술개발 연구보고서'
  3. KRS BR 0003-06 (2006), '브레이크 디스크'
  4. Junichiro Yamabe, Masami Takagi, Toshiharu Matsui et al. (2002), 'Development of disc brake rotors for trucks with high thermal fatigue strength', JSAE Review 23, pp. 105-112 https://doi.org/10.1016/S0389-4304(01)00153-9
  5. 이규홍(2003), '내열균열성이 우수한 브레이크 디스크용 편상흑연주철', 특허출원번호 10-2003-0047249
  6. KS D 4301 (2006), '회 주철품'
  7. KS B 0802 (2003), '금속 재료 인장 시험 방법'
  8. KS B 0805 (2000), '금속 재료 경도 시험 방법'
  9. ASTM E 3-95, 'Standard Practice for Preparation of Metallographic Specimens'
  10. ASTM E 883-94, 'Standard Guide for Reflected-Light Photomicrography'
  11. ISO 945 (1975), 'Cast iron - Designation of microstructure of graphite'
  12. ASTM A 247-67, 'Standard Test Method for Evaluating the Microstructure of Graphite in Iron Castings'
  13. KS R 4024 (2004), '자동차용 브레이크 라이닝 및 패드'
  14. UIC 541-3 OR, 'Brakes - Disc brakes and disc brake pads - General conditions governing bench tests'
  15. S.S. Kim, K.H. Lee and S.M. Lee (1995), 'An Analysis on Surface Cracking Due to Thermomechanical Loading', 한국윤활학회지, Vol. 11, No. 5, pp. 172-176
  16. Thomas J. Mackin, Steven C. Noe, K.J. Ball, et al (2002), 'Thermal cracking in disc brakes', Engineering Failure Analysis 9, pp. 63-76 https://doi.org/10.1016/S1350-6307(00)00037-6