CS249102B2

CS249102B2 - Grey cast iron for friction components

Info

Publication number: CS249102B2
Application number: CS75280A
Authority: CS
Inventors: Barbara J Chapman; Stockport Chinley; Donald Hatch
Original assignee: Ferodo Ltd
Priority date: 1974-01-15
Filing date: 1975-01-15
Publication date: 1987-03-12
Also published as: CA1049791A; LU71642A1; JPS50123516A; BR7500270A; SE7500316L; AU7684574A; ES433821A1; SU578020A3; FR2257906A1; FR2257906B1; JPS5510645B2; ZA748039B; DE2501083B2; BE824417A; IT1026269B; NL7500298A; SE431470B; CH606856A5; GB1472292A; DD119440A5

Description

Vynález se týká šedé litiny pro třecí strojní součástky, zejména součástky . brzd vozidel.

Je známo, že třecí vlastnosti materiálů používaných v součástech brzdných systémů mohou mít značné výchylky, což má za následek ztrátu požadovaných brzdných účinků, a to i mezi vsázkami materiálů stejných jmenovitých vlastností. Například složení třecího obkládacího materiálu pro přítlačné členy kotoučových brzd nebo čelistí bubnových brzd musí být přísně kontrolováno, má-li se dosáhnout požadované rychlosti opotřebení a součinitelů tření. K výchylkám dochází v těchto vlastnostech rovněž u protilehlého členu, tj. například samotného brzdového kotouče nebo bubnu, které jsou obvykle vytvořeny z šedé litiny s vločkovým grafitem, i když materiál má stejné jmenovité složení. U dvou pecních vsázek se stejným obsahem základních prvků může mít výsledná šedá litina rozdílné třecí parametry. Zjistilo se, že výchylky v třecích vlastnostech takového protilehlého členil brzdy zhotoveného z šedé litiny překvapivě vyplývají z výchylek v obsahu poměrně nepatrných množství nečistot.

Vynález vychází ze zjištění, že třecí vlastnosti šedé litiny lze ovládat udržováním obsasahu titanu, vanadu a niobu, které jsou normálně přítomné v litině jako nečistoty, v předem určených mezích. Jeho podstatou je šedá litina, obsahující železo v % hmot. 1,5 až 4 % uhlíku, 1 až 3 % křemíku, 0,2 až 2 % manganu, nejvýše 0,15 % síry, nejvýše 0,1 % fosforu a titan, vanad a niob ve formě nečistot, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že obsah titanu, vanadu a niobu je udržován v mezích od 0,001 do 0,15 °/o.

Udržováním výše uvedených nečistot v udaných mezích se umožňuje dosáhnout stálých třecích vlastností brzdných součástek vyrobených z této šedé litiny, a to bez výchylek. Umožňuje se zejména reprodukovatelnost třecích vlastností šedé litiny od vsázky k vsázce.

Kov, který má v prvé řadě vliv na výchylky v třecích vlastnostech, je titan, který vytváří tvrdý karbid s vysokým bodem tání, nebo tak zvaný tltan-karbonitridový komplex, který je normálně nerozpustný v železné matečné hmotě. Titan je téměř vždy přítomen v litině jako nečistota, a to až do úrovně 0,1 % hmot. Bylo zjištěno, že výchylky v obsahu titanu a/nebo vanadu a/nebo niobu v tomto poměrně úzkém rozmezí mají za následek významné rozdíly v třecích vlastnostech protilehlého členu brzdy, který má jinak shodné materiálové složení.

Šedá litina s vločkovým grafitem byla vždy pokládána za vyhovující z hlediska jejích třecích vlastností a pozornost proto byla po mnoho let zaměřena na „vnější“ příčiny výchylek třecích vlastností a vznikaly domněnky, že výchylky vyplývaly z tloušťky kovového protilehlého členu brzdy, chladicího účinku sousedních kovových konstruk cí a z jiných vnějších faktorů. Zjistilo se, že velikost grafitových vloček v litině má malý nebo vůbec žádný vliv na normální třecí vlastnosti a rychlost opotřebení brzdových rotorů a proto · je o to více překvapující, že výchylky takových nepatrných množství titanu, vanadu a/nebo niobu by mohly způsobit takové výchylky v třecích vlastnostech šedé litiny. Účinky jiných odchylek, ke kterým běžně dochází mezi kompozicemi šedé litiny používanými na brzdové rotory, jako obsah fosfidů, tvrdost matečné hmoty atd., které mohou spolu se strukturou grafitových vloček ovlivnit třecí vlastnosti a opoúčlnkem velmi tvrdých rozptýlených částic.

Ovládání celkového obsahu takových prvků jako titanu, vanadu a/nebo niobu na hodnoty pod 0,15 % hmot, zajišťuje, že třecí vlastnosti a opotřebitelnost třecího materiálu běžně používaného při brzdění silničních vozidel budou v blízkosti horní meze rozmezí hodnot, které jsou pro tento materiál považovány za normální, a ovládání celkového obsahu na hodnoty vyšší než 0,075 % zajišťuje, že třecí vlastnosti a opotřebitelnost ma. teriálu budou v blízkosti dolní meze tohoto rozmezí, které je pro daný materiál pokládáno za normální. Horní mez přitom obvykle leží pod úrovní, která má za následek významné strukturální změny v litině.

Je zřejmé, že pojmy „horní mez“ a „dolní mez“ jsou použity v relativním smyslu, neboť je zapotřebí zvolit standardní podmínky pro určení třecích vlastností protilehlého členu brzdy. To znamená, že je třeba zvolit normální pracovní podmínky, standardní materiál pro třecí obložení a pevně stanovený bzdný tlak, mají-li se určit třecí vlastnosti. Za těchto podmínek může být „horní“ koeficient tření o 50 % vyšší než „dolní“ koeficient tření.

Obsah prvku schopného vytvářet tvrdý karbid s vysokým bodem tání (nebo jejich komplex) lze určit jakýmkoli známým metalurgickým postupem; například obsah titanu lze určit spektrograficky v průběhu normálních zkoušek kvality taveniny, například při určování obsahu křemíku při kontrole vlastností litiny pro odlévání do kokil.

Obsah kovu vytvářejícího tvrdé rozptýlené částice lze měnit podle potřeby na požadovanou hodnotu normálními metalurgickými postupy. Obsah titanu lze například zvýšit přidáním titanu ve formě ferotitanu do taveniny.

I když titan je prvek, který se zcela běžně vyskytuje v litině vzhledem k různícím se množstvím přítomným v použité surovině, lze přidávat další prvky, které normálně nejsou přítomny ve významnějších množstvích. Lze použít jakýchkoli prvků, které vytvářejí velmi tvrdé rozptýlené částice, jako výše uvedený vanad a niob. Například je velmi výhodné přidat do roztavené litiny za účelem ovládání třecích vlastností a opotřebitelnosti vanad (ve formě ferrovanadu), přičemž obsah titanu v roztavené litině se „dovrší“ použitím vanadu jako přísady.

Příklady, tabelárně sestavené v následující tabulce, znázorňují nejvýhodnější provedení vynálezu. V tabulce tvoří zbytek složek litiny zde uváděných do 100 % samozřejmě železo. Příklady V a VII znázorňují účinek získaný přidáním vymezeného množství vanadu do litiny z příkladu I a příklad

VIII ukazuje účinek přidání vymezeného množství titanu do litiny z příkladu II (přidání těchto kontrolovaných množství bylo provedeno normálními metalurgickými postupy). Zbývajících příkladů lze použít pro znázornění účinku postupně se zvyšujícího obsahu titanu při stálé kontrole obsahu v různých kompozicích šedé litiny.

H—1

	tM
o o	LD 00 O O	CM		CD	CD	(D
CO rH	CD CD^ 00 r-^	1 ^ю.	CD^UD
CO CM	O O” rH cd”	rH	θ'	rH rH		rH
		oo		iM

Složení [ % hmot.) Příklad a vlastnosti I II III IV V VI VII VIII

id co oo

O LO CM CO O. tH M^-1 CD

CM т-H cd O CD^ CD^ cd 0O со” См” CD o Cd” Cd” O rH

CO	CM CM^LD^	’Φ	CD
’φ”	rH rH	o”	cd”
’φ		00
		rH

CD	CO CD	CD'
OO”	rH rH	oo”	’Φ
00		rH
		rH

LO c\]

ОЮСМСООхтНСМСМ CM rH CD^ CD (D CD CD ID CO Cm” CD” o” o” o” CD rH

CM
	CD CD^	O	’Φ
СТ)”	со” тн”	’φ”	oo”
*φ		ID
		tH

CO CD

CM 00 o o co cm ’Ф CM^ CO rH (D oo” cm” cd” cd cd cd

D	00	CD CD^IM	<D
tH		CM rH	cd”
	’Φ		Φ
		tH

oo co co ID rH co in rH CM (M CD 00~ CD <D CD | tr co” rH CD~ o” o” cd” rH

ID CM CD LO CM CD t>. T-H CM HCDO^CDO co” cm” cd” o” cd” o

CD_ oT

CM

	D	C0~	00
^φ”	oo” rH	co”	oo”
CD		CO
		rH

<ф

Ν X CD Η H CM DXlíWHO I rH co” rH” 0' o” cd” cT cm”

	00 ° °		CD
’φ” о	oo” cm”	oo” ’ф	o” rH
tH		rH

I CD O 00 I ¹ rH oo” 'Φ oo

2 setí O Ф

а P< o o

243102

Tabulka znázorňuje tyto účinky, když se brzdové kotouče, vyrobené z litinových materiálů, zkouší v záběru s jedním nebo oběma typy běžné kvality na trhu dostupných přítlačných členů brzdových kotoučů, dále označovanými Materiál A a Materiál B. Dále je popisován zkušební postup.

Zkušební postup

Přítlačné členy kotoučových brzd ve skutečné velikosti (typu Girling 16P) se osadí do běžné (typu Girling 16P) brzdové sestavy používající kotoučů přiměřené velikosti (pro Ford Cortina) a upevní se na setrvačníkový dynamometr o 295 N . m². Pro každou zkoušku se použije nová souprava přítlačných brzdových členů a kotouče se před každou zkouškou čerstvě přebrousí.

Zkouška spočívá v 7 obězích s ovládanou teplotou, zahrnující každý 200 uvedení v činnost a trvající 3 hodiny, což má za účel na-

malé zatížení 70 °C	až	140 °C
střední zatížení 90 °C	až	210 cc
velké zatížení 150 °C	až	300 °C

Tření se měří při každém uvedení brzdy v činnost a automaticky se vynáší do diagramu v závislosti na teplotě. Číselné údaje uvedené v příkladech představují průměrné hodnoty tření zaznamenané při teplotě 150 stupňů Celsia při konečném oběhu při středním zatížení.

Každý přítlačný člen brzdy se měří ve čtyřech bodech při použití digitálního mikrometru s rozlišovací schopností do 0,0025 mm. Kotouče se měří při použití podobného mikrometru v 16 bodech rozmístěných okolo kotouče ve vzdálenosti 19 mm od vnějšího obvodu. Číselné údaje uvedené v příkladech jsou celkové zráty tloušťky v průběhu všech 7 oběhů.

Výsledky lze graficky shrnout, jak je znázorněno v připojených výkresech, ve kterých obr. 1 je graf závislosti součinitele tření na obsahu kovu vytvářejícího rozptýlené částice, obr. 2 je graf závislosti opotřebení třecího materiálu třením na obsahu uvedeného kovu, a obr. 3 je graf závislosti opotřebení kotouče (z litiny] na obsahu uvedeného kovu.

Z diagramů je patrno, že ovládáním obsahu titanu, vanadu nebo niobu .nebo jejich vzájemných kombinací v rozmezí od 0 do a, dosahuje se vysokých součinitelů tření (a velké rychlosti opotřebení). Při ovládání obpodobit typickou jízdu po silnici v cestovním automobilu. Rychlost při uvedení brzdy v činnost, rychlost při uvolnění, tlak a teplota se kombinují v nahodilém sledu, avšak schopném reprodukce, aby se získala energetická spektra, representativní pro určité úrovně zatížení, ke kterým dochází při normálním používání cestovních automobilů.

Použijí-li se hydraulické tlaky 1,38 a 2,27 ΜΝ'Λη _a rychlosti při uvedené v činnost až

112,65 km . h^_1 . Nejvyss í vyvinutí energie tak je brzdění z rychlosti 112,65 km . h¹ do klidového stavu a nejnižší z 64,37 na 56,33 kilometrů . h^_1.

obetiů spočtu ve 2 obězích určených pro napodobení jízdy s malým zatížením, 2/ oběhy pro napodobení jízdy se středním zatížením a 2 pro napodobení jízdy s velkým zatížením, následované konečným oběhem se středním zatížením. Teploty jsou ovládány tak, aby pokryly následující rozmezí průměr 100 °C průměr 150 °C průměr 210 °C sáhu titanu v rozmezí od b do b¹ se naopak dosahuje nízkých součinitelů tření (a malé rychlosti opotřebení). Je samozřejmě možné ovládat obsah titanu nebo podobného kovu tak, aby byl v rozmezí od a do b, aby se tak dosáhlo středních hodnot součinitele tření, avšak strmost křivky v této oblasti však bude mít za následek, že ovládání třecích vlastností již není tak přesné.

Poloha bodů a a b se různí podle použitého třecího materiálu. Při použití materiálu A odpovídá bod a - - obsahu titanu 0,015 % a b 0,04 %, zatímco s materiálem B se a dosáhne při obsahu titanu 0,02 % a b při 0,065 %. Z grafů je zřejmé, že vynález přináší možnost přesně ovládat třecí vlastnosti litiny, které vede k zajištění schopnosti reprodukovat tyto vlastnosti při výrobě litiny od vsázky k vsázce. Při použití vynálezu je možno předcházet vzniku odchylek ve vlastnostech brzdných členů jednoho vozidla nebo mezi vozidly určité značky, a to tak, že se zajistí, obsah titanu nebo vanadu nebo niobu ve vsázce litiny byl na požadované úrovni. Obsah titanu, vanadu nebo niobu -se dá snadno zvýšit, jak bylo popsáno výše, avšak snížení jeho obsahu ve slévárně je dosti obtížné, neboť vyžaduje zředění základního materiálu pro výrobu litiny železným materiálem s nízkým obsahem tohoto kovu.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Šedá litina pro třecí strojní součástky, zejména pro brzdné rotory, obsahující železo a v % hmot. 1,5 až 4 % uhlíku, 1 až 3 °/o křemíku, 0,2 až 2 °/o manganu, nejvýše 0,15 procent síry, nejvýše 0,1 % fosforu a titan, vanad a niob jako nečistoty, vyznačená tím, že celkový obsah titanu, vanadu a niobu je v rozmezí od 0,001 do 0,15 %.