DE1558453A1 - Chromium-nickel cast iron and objects made therefrom, in particular brake discs - Google Patents
Chromium-nickel cast iron and objects made therefrom, in particular brake discsInfo
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Description
rATRNTANWlLT UEIIEITEH ANOEH 13rATRNTANWlLT UEIIEITEH ANOEH 13
TELEFON 2»73OB XKLBaBAHM-AUIIKIIHKι XAVIOATOBTELEPHONE 2 »73OB XKLBaBAHM-AUIIKIIHKι XAVIOATOB
The Budd Company 12. Mai 1967The Budd Company May 12, 1967
KLS/Gö Mein Zeichen DA-K2O8 (Case 2-94)KLS / Gö My sign DA-K2O8 (Case 2-94)
Chrom-Nickel Gusseisen und daraus hergestellter Gegenstand, insbesondere BremsscheibeChromium-nickel cast iron and objects made therefrom, in particular brake discs
Die Erfindung betrifft verbesserte Chrom-Nickel Gusseisen Legierungen sowie aus den Legierungen hergestellte Gegenstände, insbesondere Bremsscheiben.The invention relates to improved chromium-nickel cast iron alloys and objects made from the alloys, especially brake discs.
Bremsscheiben für schweren Eisenbahnbremsdienst sind ziemlich Matgehend standardisiert in Bezug auf ihre allgemeine Gestalt, und sie umfassen eine seitlich des Rades angeordnete einstückige Scheibe mit in Axialrichtung ia Abstand voneinander angeordneten Bremsscheibenelementen, die durch radial im Abstand von-Brake discs for heavy rail brake service are fairly standardized in terms of their general shape, and they comprise a one-piece disk arranged to the side of the wheel and generally spaced from one another in the axial direction Brake disk elements, which are radially spaced from
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einander angeordnete Bremsscheibenelementen, die durch radial im Abstand voneinander angeordnete und einen zwischen den Scheibenelementen vorgesehenen Luftdurchlaß überspannende Kühlflügel verbunden sind, eine innere zur Befestigung an der Seite des Rades oder an einer Achse geeignete !'radnabe, und einen glockenförmigen verbindenden Zwischenteil, der die Scheibe auf der Nabe trägt.mutually arranged brake disc elements, which are arranged by radially spaced apart and one between the Disc elements are connected to the air passage spanning cooling blades, an inner one for attachment to the Side of the wheel or on an axle suitable! 'Wheel hub, and an intermediate bell-shaped connecting part that supports the disc on the hub.
wünschenswerten Eigenschaften nicht brechend oder hitzestauend (heat-check) sein würde unter den sehr hohen im Gebrauch erzeugten Bremstemperaturen, dessen Oberfläche eine sehr lange Abnutzungsdauer haben würde, dessen Körperabschnitte nicht brechen würden, und der genau verlaufende radiale bremsflächen beibehalten würde.The desirable properties would be non-breaking or heat-checking (heat-check) among the very high ones generated in use Brake temperatures, the surface of which would have a very long period of wear, but not the body sections would break, and the precisely extending radial braking surfaces would be maintained.
Unglücklicherweise erwies es sich als sehr schwer, ein Material zu finden, das diese und andere gewünschte Eigenschaften besitzt. Grauguß ist das gewöhnlichste, besonders für diesen Zweck benutzte Material, aber ihm fehlt Festigkeit und Zähigkeit zur Verwendung in dem glockenförmigen Zwischenteil.Unfortunately, it has proven very difficult to find a material that has these and other desired properties owns. Gray iron is the most common, especially for material used this purpose but lacks strength and toughness for use in the bell-shaped intermediate part.
Eisenbahn-Bremsscheiben weisen gewöhnlich zusamnengesetze Konstruktion mit einem GrauguSteil für die Bremsflächen und mit einer Stahlscheibe oder Glocke zur Anbringung an dem Rad oder der Achse auf. Es wurde schnell entdeckt, daß ein Absatz in dieser Scheibe wesentlich ist, um thermische Spannungen zu verringern.Railway brake disks usually have composite laws Construction with a gray cast iron part for the braking surfaces and with a steel disc or bell for attachment to the Wheel or the axle. It was quickly discovered that a shoulder in this washer is essential to relieve thermal stress to reduce.
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BAD OR!G!NALBAD OR! G ! NAL
Die Verschmelzung des Graugußes mit der Stahlscheibe ist ein Ungewisser Vorgang, der oft zu besonders brüchigem Weisseisen, zu mikroskopischen Rissen oder zu Schmelzunterbrechungen führt. Das I.rgebnis ist vielfach ein plötzlicher Bruch durch die Fläche der Scheibe an .den die Glocke angeschmolzen ist. Beseitigung dieser Verschmelzung ist daher wünschenswert.The fusion of the gray cast iron with the steel disk is an uncertain process, which often leads to particularly brittle white iron, microscopic cracks or interrupted melting leads. The result is often a sudden break through the surface of the disk where the bell is fused. Elimination of this fusion is therefore desirable.
Graueisen wurde verwendet unter Änderung der Glockenkonstruktion, um große Löcher zur Verringerung der thermischen Beanspruchungen oder Spannungen durch erhöhte Biegsamkeit zu erzielen.Gray iron was used while changing the bell construction to make large holes to reduce thermal To achieve stresses or tensions through increased flexibility.
Wurden die gesamte Bremsscheibe mit der verbindenden Scheibe aus (brüchigem) Grauguß gemacht t so ergaben sich häufige Versager in der verbiitdeaden Seheibe, selbst wenn letztenrabgesetzt war. Eine Lösung dieses- Zustandes war die Verwendung von ziehbairem ("ductile") oder Tempereisen ("nodular iron") mit ausreichender Festigkeit, um solch Versagen zu vermeiden, jedoch WMt «lie Bremsoberftfcfre anfällig für Verziehen bei diesen t«Hf«raturen.Were the entire brake disc made with the connecting disc of (brittle) t cast iron is so frequent failure resulted in the verbiitdeaden Seheibe even if was letztenrabgesetzt. One solution to this condition was to use ductile or nodular iron with sufficient strength to prevent such failures, but left the brake surface prone to warping at these temperatures.
Um mit diesem Verziehen und der Hitzestauung der Rotor* scheibe fertig zu weiden;,, ist vorgeschlagen worden, die Bremss eicheinrichtung en ssu verbessere« Teilung der Bremsschuhe in eine Mehrzahl von getrennten segiaentförmigen Bremsblöclcen, von denen jede SqhwenlvbeweguRgen in verschiedene Richtungen ausführenIn order to cope with this warping and the heat build-up of the rotor * disc ready to graze; ,, it has been proposed to use the brake calibration device en ssu improve «division of the brake shoes into a plurality of separate segmented brake blocks, of each of which executes squirming movements in different directions
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kann, um sich lokalen Verformungen anzupassen, verringern örtliches Oberhitzen und Hitzestauung mit der sich daraus ergebenden übermäßigen Abnutzung der Bremsscheibenflächen und der Bremsschuhe. Jedoch ist es trotzdem immer noch sehr wünschenswert, die Bremsschuhe selbst soweit wie möglich zu verbessern.can reduce in order to adapt to local deformations local overheating and heat accumulation with which it results resulting excessive wear of the brake disc surfaces and the brake shoes. However, it is still very much desirable to improve the brake shoes themselves as much as possible.
ein Material das zwar größere Zugfestigkeit als Grauguß hat,a material that has greater tensile strength than gray cast iron,
schnell das sich aber selbst und die Bremsschuhe/abnutzt.but that itself and the brake shoes / wears out quickly.
In Anbetracht all dieser Umstände soll durch die Erfindung eine Gußmetall-Legierung geschaffen werden, die die gegenwärtigen wünschenswerten Eigenschaften für Verwendung von Bremsrotoren aufweist, die aber gleichzeitig genügend Zähigkeit besitzt, um die Ausbildung einer einstückig gegossenen Glocke zuzulassen. Dies wird erfindungsgemäß zum Teil erreicht durch die Hinzufügung von nennenswerten Beträgen von Chrom und Molybdän mit wünschenswerten Mengen von Nickel und anderen nützlichen Bestandteilen, wie dies in der folgenden Beschreibung der Legierung offenbart werden wird.In view of all of these circumstances, the present invention seeks to provide a cast metal alloy which is the present invention has desirable properties for the use of brake rotors, but at the same time has enough toughness to to allow the formation of a one-piece cast bell. This is achieved in part according to the invention by the addition of appreciable amounts of chromium and molybdenum with desirable amounts of nickel and other beneficial components, as will be disclosed in the following description of the alloy.
Die obigen und andere Ziel» der Erfindung sowie verschiedene neue Merkmale und Vorteile derselben ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer beispielsweisen Ausführungsform, wobei Bezug genommen ist auf die beiliegende Zeichnung, die eine typische,The above and other objects of the invention as well as various new features and advantages thereof emerge from the following Description of an exemplary embodiment, wherein Reference is made to the accompanying drawing, which shows a typical
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BAD Oftf&MMALBAD Oftf & MMAL
für die neue Gußmetallzusammensetzung anwendbare Bremsrotorscheibenkonstruktion veranschaulicht.Brake rotor disc design applicable to the new cast metal composition illustrated.
Pfeile 1-1 der Fig.2 gesehen, wobei gewisse Teile weggeschnitten und im Schnitt dargestellt sind; undArrows 1-1 of Fig.2 seen, with certain parts are cut away and shown in section; and
Fig.2 ein teilweiser axialer oder radialer Schnitt Längslinie 2-2 der Fig.1.2 shows a partial axial or radial section along the longitudinal line 2-2 of Fig. 1.
Der in der Zeichnung veranschaulichte Scheibenbremsenrotor umfaßt ein integrales, einstückiges Gußteil, das einen ringförmigen eigentlichen Scheibenteil 10, einen glockenförmigen Zwischen- oder Tragteil 11 und einen inneren radialen Nabenteil 12 aufweist. Der .Nabenteil 12 ist mit einer Mehrzahl von Löchern 13 versehen zur Befestigung durch Bolzen an einer Seite eines strichpunktiert angedeuteten Rades, oder andere Einrichtungen können zum Tragen der Scheibe an einer Achse in einem Luftfluß um und durch den Rotor schaffenden Abstand vom Rad vorgesehen sein»The disc brake rotor illustrated in the drawing comprises an integral, one-piece casting which has an annular actual disk part 10, a bell-shaped one Has intermediate or support part 11 and an inner radial hub part 12. The hub part 12 has a plurality of holes 13 provided for fastening by bolts on one side of a wheel indicated by dash-dotted lines, or others Means can be provided for supporting the disk on an axis in a flow of air around and through the rotor creating a clearance from Wheel to be provided »
Der Scheibenteil 10 umfaßt zwei axial im Abstand voneinander angeordnete radiale Scheibenelemente 1OA und 1OB, die einen ringförmigen offenen Zwischenraum zwischen sich freilassen.The disk part 10 comprises two axially spaced apart arranged radial disk elements 10A and 10B, which leave an annular open space between them.
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Die Scheibenelemente sind durch eine Mehrzahl von im allgemeinen radial angeordneten Flügeln IOC verbunden, die dazu dienen, Luft radial nach außen durch den offenen Zwischenraum zu blasen, wenn der Rotor während der Bewegung des Fahrzeuges ualäuft. Eines der Scheibenelemente» hier das Element 1OA, wird einstückig durch den glockenförmigen Teil 11 fortgesetzt und das andere Scheibenelement, hier das Element 1OB, ist an seiner inneren radialen Kante offen, um eine große zentrale öffnung für den Zustrom von Kühlluft freizulassen. Um den Durchtritt von Luft zu den Kühlzonen zu unterstützen, kann der glockenförmige Verbindungsteil 11 mit einer Hehrzahl von öffnungen 11A (vier bei der dargestellten Konstruktion) versehen sein. Die einander entgegengesetzten radialen Bremsflächen sind mit 10A1 und 10B1 bezeichnet.The disc elements are by a plurality of generally radially arranged blades IOC connected, which serve to air radially outward through the open space to blow if the rotor rotates while the vehicle is moving. One of the disk elements "here the element 10A" becomes continued in one piece by the bell-shaped part 11 and the other disc element, here the element 10B, is on its inner radial edge open to a large central opening for the inflow of cooling air to be released. To support the passage of air to the cooling zones, the bell-shaped Connecting part 11 can be provided with a large number of openings 11A (four in the illustrated construction). The opposing radial braking surfaces are denoted by 10A1 and 10B1.
Das gewünschte Mikro-Gefüge ist gleichmäßiges feinkörniges Perlit mit einem Minimum von 751 Typ A lamellarem Graphit ("plate graphite"), Größe Nr. 3 bis Mr. 5 (ASTMA-A 247-47), das darin gleichmäßig verteilt ist. Freies Ferrit, Steadit und freies Zementit sind nicht erwünscht und werden auf einem Minimum gehalten. Es ist erwünscht, daß das bevorzugte Mikrogefüge sich gleichmäßig durch die Gußteile erstreckt.The desired micro-structure is uniform, fine-grained Perlite with a minimum of 751 Type A lamellar graphite ("plate graphite"), size No. 3 to Mr. 5 (ASTMA-A 247-47), that is evenly distributed in it. Free ferrite, steadite and free cementite are not wanted and are used on one Kept to a minimum. It is desirable that the preferred microstructure extend uniformly through the castings.
Die bevorzugte Zusammensetzung des Rotorgußstückes in Bezug auf seine chemischen Bestandteile ist wie folgt:The preferred composition of the rotor casting in terms of its chemical constituents is as follows:
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BADBATH
Mangan 0,50 bis 0,801Manganese 0.50 to 0.801
Chrom 0,15 bis 0,25tChromium 0.15 to 0.25t
Eisen " RestIron "rest
Chrom wird als Pfannenzugabemittel, wie das als V-S bekannte Material der Vanadium Corporation oder seines Äquivalentes, hinzugefügt.Chromium is used as a pan additive, like the one called V-S known material from Vanadium Corporation or its equivalent.
Die Gußteile sollten von gleichmäßiger Qualität, frei von Einschnürungen, Rissen, Blaslöchern und anderen Unzulänglichkeiten sein, die ihre Festigkeit oder Abnutzungseigenschaften beeinträchtigen könnten. Die Gußteile sollten auch frei von Abschreckungsstellen, Sand, Gräten, Drähtene Schuppen oder anderen Unzulänglichkeiten sein» die die maschinelle Bearbeitbarkeit ungünstig beeinträchtigen konnten.The castings should be of uniform quality, free of necks, cracks, blow holes and other imperfections that could affect their strength or wear properties. The castings should also be free of deterrence points, its sand, bones, wires e shed or other shortcomings "that could impair the machinability unfavorable.
Die Brinellhärte des Gusses, gemäß A.S.T.M. E1O-54T, die auf jeder Bremsfläche in der radialen Mittelzone gemessen wird, sollte 170 bis 217 sein. Das Gußteil hat niedrige Ziehbarkeit. The Brinell hardness of the cast, according to A.S.T.M. E1O-54T, which is measured on each braking surface in the radial center zone should be 170 to 217. The casting has low drawability.
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Die aus Gußteilen in dem Bereich der beschriebenen Zusammensetzung hergestellten Scheibenbremsenrotoren sind gewöhnlich frei von Hitzestauungen und Rissen der Bremsfläche; frei von Körperrissen, insbesondere im glockenförmigen Verbindungsteil, wo sie so häufig bei Grauguß angetroffen werden; frei von Verziehen, was bei Grauguß und ziehbaren Metallen auftritt; und sie haben gute Abnutzungseigenschaften und fördern langes Abnutzungsleben des Bremsbelages.The disc brake rotors made from castings in the range of the composition described are usually free of heat build-up and cracks in the braking surface; free of body cracks, especially in the bell-shaped connecting part, where they are so often found in gray cast iron; free from warping, which occurs with gray cast iron and drawable metals; and they have good wear properties and promote long wear life of the brake lining.
Während ein AusfOhrungsbeispiel der Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung beschrieben ist, muß doch verstanden werden, daß andere Ausbildungsformen und Abänderungen innerhalb des Bereiches der Erfindung vorhanden sein können.While an embodiment of the invention for For purposes of illustration, it must be understood that other forms of formation and modifications may be within the scope of the invention.
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