DE1608724B1

DE1608724B1 - USE OF A HIGH-CARBON AUSTENITIC CAST IRON AS A MATERIAL FOR BRAKE SHOES

Info

Publication number: DE1608724B1
Application number: DE19641608724
Authority: DE
Inventors: Walter Duenki
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1963-10-10
Filing date: 1964-02-06
Publication date: 1971-11-18
Also published as: SE305666B; FI42337B; CH422352A; AT260971B; GB1085715A; ES304832A1; NL6409376A; US3318423A; BE652625A

Description

Das bisher für die bremsenden Bremsbacken von Fahrzeugbremsen verwendete Material, einfacher billiger Grauguß, war das gegebene Material für die eigentlichen Verschleißteile darstellenden Bremsklötze.That was previously used for the braking brake shoes of vehicle brakes Material, simple cheap cast iron, was the given material for the real ones Brake pads representing wear parts.

Die Vorschrift einer bekannten Eisenbahngesellschaft bezüglich der Zusammensetzung von Bremsklötzen lautet beispielsweise wie folgt: Kohlenstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 bis 3,3 0/0 Graphit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 bis 2;5 0/0 Silizium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,8()/o Phosphor . : . . .. . . . . . . . . . . . 5 0,8 0/0 Schwefel . . . . . . . . . . . . . . . . . < 0,15 0/0 Mangan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . = 0,45 0/0 Mit den Bremsbacken soll einerseits eine gute Bremswirkung erzielt werden, andererseits soll aber das zu bremsende Rad bzw. der Radkranz möglichst geschont werden. Als unerwünschte Erscheinung tritt bei Bremsbacken von Fahrzeugbremsen ein beträchtlicher Verschleiß auf. Der Verschleißstaub setzt sich um zu rotbraunem Rost, der sehr störend wirken kann. Als Folge des Verschleißes müssen die Bremsbacken jeweils nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit ersetzt werden.For example, the rule of a well-known railway company regarding the composition of brake pads is as follows: Carbon. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 to 3.3 0/0 Graphite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 to 2; 5 0/0 Silicon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.8 () / o Phosphorus. :. . ... . . . . . . . . . . 5 0.8 0/0 Sulfur. . . . . . . . . . . . . . . . . <0.15 0/0 Manganese. . . . . . . . . . . . . . . . . . . = 0.45 0/0 With the brake shoes, on the one hand, a good braking effect should be achieved, on the other hand, the wheel to be braked or the wheel rim should be protected as much as possible. Considerable wear occurs as an undesirable phenomenon in the brake shoes of vehicle brakes. The wear dust turns into red-brown rust, which can be very annoying. As a result of wear and tear, the brake shoes must be replaced after a relatively short operating time.

Es wurde unter anderem schon versucht, durch Änderung der Legierungszusammensetzung eine Verminderung des Verschleißes zu erreichen. So wurde beispielsweise der Phosphorgehalt erhöht, zum Teil bis 1,50/0, oder es wurden kleine Zusätze von Chrom bis 1,5 0/0, von Molybdän bzw. Vanadium bis je einige Zehntel Prozent gemacht. Damit wurde der Verschleiß etwas reduziert, dagegen die Bremswirkung verschlechtert und zum Teil die Bremsfläche des Rades oder der Bandage beschädigt. Bisher ist es nicht gelungen, Bremsbacken aus solchem Gußeisen mit Erfolg einzusetzen, bzw. sie haben in der Praxis keinen Eingang gefunden.Attempts have been made, among other things, by changing the alloy composition to achieve a reduction in wear. So was the phosphorus content, for example increased, in some cases up to 1.50 / 0, or small additions of chromium up to 1.5 0/0, made of molybdenum or vanadium up to a few tenths of a percent each. This became the Wear somewhat reduced, but the braking effect worsened and in part the braking surface of the wheel or the drum is damaged. So far it has not been possible To use brake shoes made of such cast iron with success, or they have in practice no entry found.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die mit dem geschilderten Stand der Technik verbundenen Nachteile zu überwinden und insbesondere die Verwendung eines .bestimmten Gußeisens als Werkstoff für eine Bremsbacke einer Fahrzeugbremse vorzuschlagen, wodurch es gelingt, eine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer der der Gleitreibung ausgesetzten Teile zu erzielen, unter gleichzeitigem Aufrechterhalten guter Bremseigenschaften und Vermeiden einer Beschädigung des abzubremsenden Teiles.The invention is now based on the object with the described Prior art to overcome disadvantages and in particular the use a .specific cast iron as a material for a brake shoe of a vehicle brake to propose what makes it possible to significantly extend the service life to achieve the parts exposed to sliding friction, while maintaining at the same time good braking properties and avoiding damage to the part to be braked.

Die Erfindung besteht in der Verwendung eines hochgekohlten, austenitischen Gußeisens mit einem Anteil an freiem Kohlenstoff und einem Nickelgehalt von 10 bis 250/0 als Werkstoff für Bremsbacken von Fahrzeugbremsen.The invention consists in the use of a high-carbon, austenitic Cast iron with a proportion of free carbon and a nickel content of 10 to 250/0 as a material for brake shoes for vehicle brakes.

Aus dem Buch von E. P i w o w a r s k y, »Hochwertiges Gußeisen<c, ist es bekannt, daß austenitisches Gußeisen gute Verschleiß- und Gleiteigenschaften aufweist, und weiterhin, daß es gute Korrosionsbeständigkeit besitzt. Aus der britischen Patentschrift 378 508 ist ein Gußeisen mit 4 bis 20 % Nickel, 0 bis 10 0/0 Chrom und gegebenenfalls 0 bis 10 % Mangan bekannt, das ebenfalls als korrosionsbeständig und verschleißfest beschrieben wird. In der britischen Patentschrift 279 414 sind Gußeisenlegierungen beschrieben, die 2 bis 4% Kohlenstoff, 0,25 bis 2% Silizium, also die üblichen Gehalte an Silizium, 2 bis 10 % Nickel und 0,25 bis 2% Mangan enthalten. Es ist also der Fachwelt bekannt, daß austenitisches Gußeisen gute Verschleiß- und Gleiteigenschaften aufweist. In diesem Sinne wäre es vielleicht naheliegend, einen Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit und guten Gleiteigenschaften für die abzubremsenden Teile einer Bremse zu verwenden.From the book by E. P i w o w a r s k y, »High quality cast iron <c, it is known that austenitic cast iron has good wear and sliding properties and further that it has good corrosion resistance. From the British Patent 378 508 is a cast iron with 4 to 20% nickel, 0 to 10% chromium and optionally 0 to 10% manganese, which is also known to be corrosion-resistant and is described as wear-resistant. In British Patent Specification 279,414 are Cast iron alloys described containing 2 to 4% carbon, 0.25 to 2% silicon, So the usual contents of silicon, 2 to 10% nickel and 0.25 to 2% manganese contain. It is therefore known to those skilled in the art that austenitic cast iron has good wear resistance and has sliding properties. In this sense it might be obvious a material with high wear resistance and good sliding properties for to use the parts of a brake to be braked.

Eine Bremsbacke dagegen ist ein eigentlicher Verschleißteil. Sie soll große Reibung erzeugen und dadurch eine gute Bremswirkung ausüben. Bisher wird ihr Verschleiß absichtlich in Kauf genommen, damit das zu bremsende Teil, also das Rad, möglichst wenig abgenutzt wird.A brake shoe, on the other hand, is actually a wear part. she should generate a lot of friction and thereby exert a good braking effect. So far you will Intentionally accepted wear and tear so that the part to be braked, i.e. the wheel, is worn as little as possible.

Dagegen verwendet die Erfindung für die zum Verschleiß bestimmten Bremsbacken entgegen der bisherigen Anschauung ein ausgesprochen verschleißfestes Material und statt des billigen Graugusses ein sehr teures hochwertiges Gußeisen. Beides läuft der bisherigen Praxis zuwider.In contrast, the invention is used for those intended for wear Contrary to previous belief, brake shoes are extremely wear-resistant Material and, instead of cheap gray cast iron, a very expensive, high-quality cast iron. Both are contrary to previous practice.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß Bremsbacken aus dem angegebenen Werkstoff ausgezeichnete Betriebseigenschaften haben und die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugbetriebes beträchtlich verbessern. Der für die Bremsbacke verwendete verschleißfeste Werkstoff nutzt die zu bremsenden Räder praktisch nicht mehr ab, als es die bekannten verschleißenden Graugußbremsklötze getan haben. Es widerspricht jeglicher Erwartung, daß trotz der besseren Gleiteigenschaften des verwendeten Werkstoffes unerwarteterweise sogar eine bessere Bremswirkung bei geringem Verschleiß und größter Schonung der Räder und Bandagen erreicht wird. Es wird damit eine mehrfach größere Haltbarkeit gegenüber gewöhnlichen Bremsklötzen bzw. Bremsbacken erzielt, so daß trotz des hohen Preises des verwendeten Werkstoffes ein beträchtlicher wirtschaftlicher Vorteil resultiert, da das Klotzen in wesentlich größeren Zeitabständen als bisher erfolgen kann und deshalb die Kosten durch die längere Standzeit der neuen Bremsbacken erheblich gesenkt werden.It has surprisingly been found that brake shoes from the specified Material have excellent operating properties and economy improve vehicle operation considerably. The one used for the brake shoe Wear-resistant material practically no longer wears the wheels to be braked, than the well-known, wear-and-tear cast iron brake pads did. It contradicts any expectation that despite the better sliding properties of the material used unexpectedly even a better braking effect with little wear and the greatest Protection of the wheels and drums is achieved. It will be several times larger Durability compared to ordinary brake pads or brake shoes achieved, so that despite the high price of the material used, a considerable economic one The advantage is that the padding takes place at much longer intervals than before can take place and therefore the costs due to the longer service life of the new brake shoes can be reduced considerably.

Das austenitische Gefüge des Werkstoffes wird vorzugsweise durch einen Nickelzusatz zwischen 10 und 25 % erreicht. Ein Teil des Nickels in der verwendeten Eisenlegierung kann auch im Betrag zwischen 0,5 und 7 % durch Mangan ersetzt werden.The austenitic structure of the material is preferably a Added nickel between 10 and 25%. Part of the nickel used in the Iron alloy can also be replaced by manganese in an amount between 0.5 and 7%.

Außer den beiden Austenitbildnern - Nickel und Mangan - hat es sich als vorteilhaft erwiesen, auch noch einen gewissen Kupfergehalt, welcher im Austenit in Lösung geht und 0,5 bis 4% betragen kann, zuzufügen. Ferner ist es vorteilhaft, außer dem Austenit in der Grundmasse harte Bestandteile; wie Karbide, Phosphide usw. einzulagern. Es kommen dazu in Frage: Eisenkarbid sowie solche von karbidbildenden Elementen wie Chrom, Molybdän, Vanadium und Titan sowie Phosphor. Der Zusatz von Chrom kann dabei 0,5 bis 3 0/0, derjenige von Molybdän, Vanadium und Titan je 0;1 bis 10/0, derjenige von Phosphor 0,6 bis 1,5% betragen.Apart from the two austenite formers - nickel and manganese - it has proved to be advantageous, also a certain copper content, which in austenite goes into solution and 0.5 to 4% can be added. It is also advantageous apart from the austenite in the matrix, there are hard constituents; like carbides, phosphides etc. to store. The following are possible: iron carbide as well as those of carbide-forming ones Elements such as chromium, molybdenum, vanadium and titanium as well as phosphorus. The addition of Chromium can be 0.5 to 3%, while that of molybdenum, vanadium and titanium can each be 0.1 to 10/0, that of phosphorus is 0.6 to 1.5%.

Ein Teil des Kohlenstoffes ist in der Legierung in freier Form als lamellarer oder sphärolithischer Graphit vorhanden. Letztere Graphitform wird erreicht durch eine Behandlung unter Zusatz von Magnesium oder Cerium oder beiden.Some of the carbon is in free form as in the alloy lamellar or spherulitic graphite present. The latter graphite form is achieved by a treatment with the addition of magnesium or cerium or both.

Der Werkstoff kann auch einer thermischen Behandlung, z. B. durch Glühen bei einer Temperatur zwischen 800 und 1000°C, mit beschleunigter oder nicht beschleunigter Abkühlung unterzogen werden.The material can also undergo thermal treatment, e.g. B. by Annealing at a temperature between 800 and 1000 ° C, with accelerated or not be subjected to accelerated cooling.

Ein weiterer Vorteil des austenitischen Gußeisens für Bremsbacken sind seine gegenüber Grauguß viel höheren Festigkeits- und Verformungseigenschaften, welche z. B. gestatten, auf die bei Grauguß-Sohlen rotwendige Stahleinlage zu verzichten.Another advantage of austenitic cast iron for brake shoes its strength and deformation properties are much higher than that of gray cast iron, Which z. B. allow to dispense with the steel insert, which is rotwendy in gray cast iron soles.

Nachstehende Gegenüberstellung gibt darüber Aufchluß i Gewöhnliches Austenitisches Gußeisen Gußeisen Zugfestigkeit, kg/mm2 ... 15 bis 20 > 35 Dehnung, °/o . . . . . . . . . . . < 1 10 bis 40 Kerbschlagzähigkeit, kgm/cm2 ............. < 0,3 > 3 Brinellhärte, kg/mm2 .... 180 bis 250 170 bis 260 Es ist noch darauf hinzuweisen, daß das austenitische Gußeisen für Bremsbacken bekanntlich praktisch nicht rostet bzw. nahezu rostfrei ist.The following comparison provides information on this i Ordinary austenitic Cast iron cast iron Tensile strength, kg / mm2 ... 15 to 20> 35 Elongation, ° / o. . . . . . . . . . . <1 10 to 40 Notched impact strength, kgm / cm2 ............. <0.3> 3 Brinell hardness, kg / mm2 .... 180 to 250 170 to 260 It should also be pointed out that the austenitic cast iron for brake shoes is known to practically not rust or is almost rust-free.

Claims

Claims: 1. Use of a high-carbon, austenitic Cast iron with a proportion of free carbon and a nickel content of 10 to 25% as material for a brake shoe of a vehicle brake.

2. Use of Austenitic cast iron according to claim 1, wherein 0.5 to 70% of the nickel is through Manganese are replaced for the purpose according to claim 1.

3. Use of austenitic Cast iron according to claim 1 or 2, in which the material contains 0.5 to 4% copper, for the purpose of claim 1.

4. Use of austenitic cast iron according to claim 1, 2 or 3, in which the material contains 0.5 to 3% chromium, for the purpose according to Claim 1.

5. Use of austenitic cast iron according to claim 1, 2, 3 or 4, in which the material still has additives of 0.1 to 1% molybdenum, vanadium and Titanium contains singly or several simultaneously for the purpose of claim 1.

6. Use of austenitic cast iron according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, in which the material contains 0.6 to 1.5% phosphorus for the purpose of claim 1.

7th Use of austenitic cast iron according to one of claims 1 to 6, in which the carbon content partly in carbidic form, partly as free carbon (Lamellar graphite) is present for the purpose of claim 1. B.

use of Austenitic cast iron according to any one of claims 1 to 7, wherein the free carbon content is present in spherical form for the purpose of claim 1.

9. Use austenitic cast iron according to any one of claims 1 to 8, wherein the material a thermal treatment, e.g. B. by annealing between 800 and 1000 ° C with the following has undergone accelerated or non-accelerated cooling for the Purpose according to claim 1.