Verwendung von Kugelgraphitguß für Rotationskörper Die Erfindung bezieht
sich auf die Verwendung von Kugelgraphitguß für auf Reibung beanspruchte Rotationskörper,
insbesondere gegossene Bremsscheiben.Use of spheroidal graphite cast iron for rotating bodies The invention relates
on the use of spheroidal graphite cast iron for rotating bodies subject to friction,
in particular cast brake discs.
Bisher war es allgemein üblich, derartige Rotationskörper, insbesondere
Bremsscheiben für Scheibenbremsen von Schienenfahrzeugen oder Straßennutzfahrzeugen,
aus perlitischem Gußeisen h-erzustellen. Der Nachteil dieses Werkstoffes bei der
Verwendung für diesen Zweck besteht jedoch darin, daß eine vorzeitige Zerstörung
der Reibfläche durch Thermoschockrisse auftritt, wenn erhebliche Bremsbeanspruchungen
vorliegen. Diese Thermoschockrissempfindlichkeit des Werkstoffes ist unter anderem
durch das Fehlen jeglicher Plastizierbarkeit verursacht, und weiterhin bedingen
die Graphitlamellen durch ihre Form eine erhöhte innere Spannungskonzentration im
Gußeisen. Perlitisches Gußeisen erleidet bei längerfristigen Erwärmungen oberhalb
von
500°C Volumenänderungen, die bei der anschließenden Abkühlung auf Raumtemperatur
oder Umgebungstemperatur nicht mehr vollständig zu beseitigen sind. Man bezeichnet
dies als das "Wachsen" von Gußeisen. Dadurch werden innerhalb des Bauteils erhebliche
Eigenspannungen verursacht, die die Thermoschockrißbildung unter Umständen beschleunigen.So far it has been common practice to use such bodies of revolution, in particular
Brake discs for disc brakes of rail vehicles or commercial road vehicles,
made of pearlitic cast iron. The disadvantage of this material in the
Use for this purpose, however, is that of premature destruction
thermal shock cracks occur on the friction surface when there is significant braking stress
are present. This thermal shock crack sensitivity of the material is among other things
caused by the lack of any plasticizability, and continue to be a condition
the shape of the graphite lamellas has an increased internal stress concentration in the
Cast iron. Pearlitic cast iron suffers from long-term heating above
from
500 ° C changes in volume that occur during the subsequent cooling to room temperature
or ambient temperature can no longer be completely eliminated. One denotes
this as the "growing" of cast iron. As a result, there are significant within the component
Caused internal stresses that accelerate the thermal shock cracking under certain circumstances.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Werkstoff
für auf Reibung beanspruchte Rotationskörper zu finden, welcher einerseits einen
wesentlich besseren Widerstand gegen Thermoschockrißbildung aufweist, und welcher
andererseits die guten Verschleißeigenschaften des bekannten perlitischen Gußeisen
besitzt.The object of the present invention is to provide a material
for rotational bodies stressed by friction to find, which on the one hand a
has significantly better resistance to thermal shock cracking, and which
on the other hand, the good wear properties of the known pearlitic cast iron
owns.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, ein Gußeisen mit Kugelgraphit
mit der chemischen Zusammensetzung von 3, 80 bis 4,10 % Kohlenstoff 2,65 bis 3,25
% Silizium bis 0,50 % Nickel bis 0,20 % Mangan 0,50 bis 1,oo * Kupfer bis o,lo %
Phosphor bis o,ol % Schwefel bis o,10 * Magnesium, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen
und mit überwiegend bzw. vollständig ferritischem Gefüge für auf Reibung beanspruchte
Rotationskörper, insbesondere gegossener Brexsscheiben zu verwenden
Der
Gefügezustand kann sowohl ohne Wärmebehandlung bereits durch das Gießen oder aber
durche eine ferritisierende Wärmebehandlung eingestellt werden. Der hohe Kohlenstoff-
und hohe Silizium-Gehalt gewährleisten, daß der ferritische Kugelgraphitgiiß einen
niedrigen Elastizitätsmodul und eine hohe Duktilität aufweist. Ein niedriger Elastizitätsmodul
und eine hohe Duktilität des Werkstoff gewährleisten einen guten Widerstand gegenüber
Thermoschockrissen.The solution to the problem is to use a spheroidal graphite cast iron
with the chemical composition of 3.80 to 4.10% carbon 2.65 to 3.25
% Silicon up to 0.50% nickel up to 0.20% manganese 0.50 to 1, oo * copper up to o, lo%
Phosphorus up to 0.18% sulfur up to 0.18% magnesium, the remainder iron with the usual impurities
and with a predominantly or completely ferritic structure for those exposed to friction
To use rotational bodies, in particular cast Brex discs
Of the
The structure of the structure can be achieved either by casting or without heat treatment
can be adjusted by a ferritizing heat treatment. The high carbon
and high silicon content ensure that the ferritic spheroidal graphite cast a
has a low modulus of elasticity and a high ductility. A low modulus of elasticity
and a high ductility of the material ensure good resistance to
Thermal shock cracks.
Versuche haben gezeigt, daß bei hohen Bremsbeanspruchungen, die entsprechende
Erwärmung an der Reibfläche zur Folge haben, der Kugelgraphit lokal von der Grundmasse
gelöst wird und sich bei der anschließenden Abkühlung in dünnsten Schichten als
Karbid ausscheidet. Dieser oberflächliche Gefügezustand stellt eine ausreichende
Verschleißfestigkeit, wie sie beim perlitischen Gußeisen gegeben ist, auch beim
ferritischen Kugelgraphitguß sicher.Tests have shown that at high braking loads, the corresponding
The result is heating on the friction surface, the spheroidal graphite locally from the matrix
is dissolved and becomes in the subsequent cooling in thinnest layers as
Carbide precipitates. This superficial structural condition is sufficient
Wear resistance, as it is given with pearlitic cast iron, also with
ferritic nodular cast iron.
In der folgenden Tabelle I sind die für die Verwendung als Werkstoff
für Rotationskörper wichtigen Daten des erfindungsgemäß zu verwendenden Werkstoffes
GGG-ferritisch anderen bekannten und für Bremstrommeln oder Bremsscheiben bereits
verwendeten Werkstoffen gegenübergestellt. Die Werte sind hierbei für unterschiedliche
Temperaturen ermittelt werden, wobei diese Temperaturbereiche etwa der Erwärmung
entsprechen, welche insbesondere bei Scheibenbremsen an Schienenfahrzeugen in der
Praxis vorkommen und gemessen worden sind.In the following table I are those for use as a material
data of the material to be used according to the invention which are important for rotational bodies
GGG-ferritic already known to others and for brake drums or brake disks
compared to the materials used. The values here are for different
Temperatures can be determined, these temperature ranges approximately of the warming
correspond, which in particular for disc brakes on rail vehicles in the
In practice and have been measured.
T a b e l l e I
GG-25 GGG GGG-50 GS-52 GS-25Cr
ferrit. verg. M04 75/
75/90 verg. 90
Zugfestigkeit (kp/mm²) > 25 > 40 > 50 > 75 >
75
Streckgrenze (kp/mm²) bei -- > 25 > 32 > 52 > 60
E-Modul (kp/mm²) 20° ~ 11.000 ~ 16.000 ~17.000 ~20.000 ~20.000
Dehnung (%) -- > 15 > 7 > 12 > 12
Zugfestigkeit (kp/mm²) bei > 25 > 40 > 50 > 75
> 75
Streckgrenze (kp/mm²) 300° -- > 19 > 26 > 48 >
52
E-Modul (kp/mm²) ~10.000 ~14.000 ~15.000 ~19.000 ~19.000
Dehnung (%) -- > 15 > 7 > 12 12
Zugfestigkeit (kp/mm²) bei > 15 > 22 > 30 > 45
> 45
Streckgrenze (kp/mm²) 500° -- > 15 > 20 > 35 >
35
E-Modul (kp/mm²) ~9.500 ~9.000 ~9.000 ~13.000 ~14.000
Dehnung (%) -- > 22 > 10 > 20 > 16
Aus der Tabelle geht nun ganz klar hervor, daß bei allen Temperaturen, die beim
Einsatz des Werkstoffes bei Reibbremsen auftreten können, der erfin#ungsgemäß zu
verwendende Werkstoff GGG-ferritisch die höchste Dehnung der zusammengestellten.
und bisher für Scheibenbremsen bzw. Rotationskörper verwendeten Werkstoffe besitzt.Table I. GG-25 GGG GGG-50 GS-52 GS-25Cr
ferrite. forg. M04 75 /
75/90 rep. 90
Tensile strength (kp / mm²)>25>40>50>75> 75
Yield strength (kp / mm²) at ->25>32>52> 60
E-module (kp / mm²) 20 ° ~ 11,000 ~ 16,000 ~ 17,000 ~ 20,000 ~ 20,000
Elongation (%) ->15>7>12> 12
Tensile strength (kp / mm²) at>25>40>50>75> 75
Yield strength (kp / mm²) 300 ° ->19>26>48> 52
E-module (kp / mm²) ~ 10,000 ~ 14,000 ~ 15,000 ~ 19,000 ~ 19,000
Elongation (%) ->15>7> 12 12
Tensile strength (kp / mm²) at>15>22>30>45> 45
Yield strength (kp / mm²) 500 ° ->15>20>35> 35
E-module (kp / mm²) ~ 9,500 ~ 9,000 ~ 9,000 ~ 13,000 ~ 14,000
Elongation (%) ->22>10>20> 16
The table now clearly shows that at all temperatures that can occur when the material is used in friction brakes, the GGG-ferritic material to be used according to the invention has the highest elongation of the compiled. and has materials previously used for disc brakes or rotary bodies.
Andererseits findet man, daß bei 500°C der erfindungsgemäße Werkstoff
den niedrigsten E-Modul besitzt, wobei insbesondere
die höherwertigen
Werkstoffe GS-52 und G-25CrMo4 wesentlich höhere Werte aufweisen Hierzu geht ganz
eindeutig hervor, daß dieser Werkstoff GGG-ferritisch eine wesentlich bessere Beständigkeit
gegen Thermoschockrisse besitzt. Andererseits besitzt dieser erfindungsgemäß zu
verwendende Werkstoff genügend Festigkeit gegen Verschleiß, um die hohe Belastung
von auf Reibung beanspruchten Rotationskörpern zu ertragen. Hinzu kommt, daß durch
die Erwärmung und anschließende Abkühlung der in diesem Werkstoff in dünnsten Schichten
als Karbid ausgeschiedene Kugelgraphit eine ausreichende Verschleißfestigkeit ergibt,
welche der Verschleißfestigkeit beim perlitischen Gußeisen entspricht. Daraus resultiert
die gute Eignung dieses Werkstoffes für auf Reibung beanspruchte Rotationskörper.On the other hand, it is found that the material according to the invention is at 500.degree
has the lowest modulus of elasticity, in particular
the higher quality
Materials GS-52 and G-25CrMo4 have significantly higher values. This is entirely possible
clearly shows that this GGG-ferritic material has a significantly better resistance
against thermal shock cracks. On the other hand, according to the invention, this has to
The material used has sufficient resistance to wear to withstand the high load
to be endured by bodies of revolution stressed by friction. In addition to that, through
the heating and subsequent cooling of the thinnest layers in this material
spheroidal graphite precipitated as carbide gives sufficient wear resistance,
which corresponds to the wear resistance of pearlitic cast iron. This results
the good suitability of this material for rotating bodies subject to friction.