DE2924540A1

DE2924540A1 - Produkt zur herstellung von bauelementen mit metallischer zusammensetzung

Info

Publication number: DE2924540A1
Application number: DE19792924540
Authority: DE
Inventors: Gerard Gladel; Fernand Peilloud
Original assignee: Renault SAS; Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA; Renault SAS
Priority date: 1978-06-20
Filing date: 1979-06-19
Publication date: 1980-01-03
Also published as: FR2429066B1; JPS5919178B2; ES8101959A1; GB2026540A; GB2026540B; IT1121828B; IT7923683A0; DE2924540C2; US4384053A; FR2429066A1; JPS5569242A; ES481671A0

Description

Produkt zur Herstellung von Bauelementen mit metallischer Zusammensetzung.

Die Erfindung betrifft ein Produkt, das insbesondere zur Herstellung von Bauelementen wie Reibbeläge für Kupplungen oder Bremsen bestimmt ist.

Es gibt anorganische Reibungsprodukte, beispielsweise metallische, die, wenn sie in Form von Verkleidungen auf Trägern befestigt sind, einen Reibbelag bilden.

Bei den Reibbelägen von metallischer Zusammensetzung sind die Stoffe, welche die Reibungs- und/oder Gleiteigenschaften

Bankverbindung: Postscheckamt München. Konto 86510-809, BLZ 700100 BO ■ Deutsche Bank AG Augsburg, Konto 08/34192, BLZ 720 70001

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und die Merkmale des Belages beeinflussen, einer Sintermetallbindung einverleibt. Die Beläge werden daher nach den Verfahren der Metallurgie der Pulver aus einem Geraisch von metallischen und nichtmetallischen Pulvern zusammengesetzt, das auf einen Träger vor dem Sintern in öfen unter Druck aufgebracht wird.

Die Beläge, die gegenwärtig am weitesten verbreitet sind, werden durch ein Gemisch mit einem hohen Gehalt an Asbestfaser, einem Elastomer, Iletallspänen, denen gegebenenfalls Elemente zugesetzt sind, die dazu dienen, dem Belag besondere Eigenschaften zu verleihen, gebildet.

Diese Elemente können der Kohlenstoff sein, der es ermöglicht, Schwankungen des Reibungskoeffizienten zu vermeiden, Tonerde oder Siliciumdioxid, die es ermöglichen, Haterialübertragungen zwischen dem sich drehenden Teil und dem Belag zu vermeiden, gewisse Hochtemperatur-Mineralsalze, welche die Stabilisierung des Reibungskoeffizienten bei hohen Temperaturen ermöglichen. Der Zusammenhalt des Belages wird gewährleistet durch dieVerwendung eines wärmebeständigen Kunstharzbindemittel. Die Beläge für hohe Temperaturen, die beispielsweise in der Luftfahrttechnik verwendet werden, werden durch eine metallische Basis aus Kupfer oder Eisen und Gemischen der vorerwähnten zusätzlichen Elemente gebildet. Andere Zusätze werden ebenfalls manchmal dazugegeben, um den Sinterungsvorgang zu erleichtern und die Beständigkeit bei hohen Temperaturen zu erhöhen.

Die halbmetallischen Deläge ohne Asbest, die gegenwärtig eine intensive Entwicklung erfahren, v/erden aus Metall in feinverteiltem Zustand mit Zusatz der vorerwähnten Elemente hergestellt. Der Zusammenhalt des Belages wird in diesem FAlIe mit Hilfe eines wärmebeständigen Kunstharzbindemittels sichergestellt.

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Die Iietallteilchen, die bei den beiden letzten Arten von 3elägen verwendet werden, werden erhalten, wenn das Grundrnetall Eisen ist, entweder durch die Sintertechnik bzw. Pulvermetallurgie oder durch ein Herstellungsverfahren aus faserigen Produkten.

Erfindungsgemäß wird das Produkt gebildet aus einem feinen faserigen Stahlpulver mit einer losen Dichte zwischen 0,2 und 1,5 g/cm , dessen Gehalt an Kohlenstoff zwischen 0,95 und 1,10 Gew.% liegt und dessen Gehalt an Chrom zwischen 1,30 und 1,60 Gew.% beträgt, und das thermisch so behandelt wird, daß die mikroskopische Struktur, die auf einer Untersuchungsebene beobachtet xtfird, welche ein metallisches Teilchen schneidet, eine feine Verteilung von kugeligen Eisen- und Chromcarbiden ergibt von der Formel (Fe Cr)^ C in einer gemischten Grundmasse aus Martensit von hoher Festigkeit und verformbarem Austenit.

Diesem Pulver werden sodann Zusatzstoffe zugesetzt, die ihm besondere Eigenschaften hinsichtlich der Regelmässigkeit des Reibungskoeffizienten, der Aufrechterhaltung seiner Beständigkeit bei hoher Temperatur verleiht, sowie Zusatzstoffe, welche das Sintern des Pulvers erleichtern, wenn das letztere zur Herstellung von gesinterten Reibbelägen bestimmt ist, oder organische wärmebeständige Harze, welche den Zusammenhalt des Materials ermöglichen, wenn das letztere zur Herstellung von halbmetallischen Reibbelägen bestimmt ist.

Das vorerwähnte faserhaltige Pulver, das eine verhältnismässig geringe Dichte besitzt, die zwischen 0,2 g/cm und 1,5 g/cm liegt, ermöglicht die Herstellung von Produkten, die ein beträchtliches freies Volumen zwischen den Teilchen aufweisen müssen.

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Die Bildung des Pulvers mit Fasertextur ermöglicht eine bessere Verbindung der Fasern im Vergleich zu derjenigen, die mit körnigen Pulvern erhalten werden. Ausserdem erhält man, da die Verankerung der möglichen Zusatzstoffe erleichtert ist, eine grössere mechanische Festigkeit der Teile.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im Folgenden in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und zwar zeigen:

Fig. 1, 2 und 3 in starker Vergrösserung Muster von faserigen Pulvern;

Fig. 4 das Herstellungsverfahren des Pulvers;

Fig. 5 das Beugungsbild eines Pulvermusters unter Röntgenstrahlen.

Aus Fig. 1 und 2 ergibt sich, daß das Pulver durch Stahlfasern gebildet wird, die 0,95 % bis 1,10 % Kohlenstoff und l,3O % bis 1,60 % Chrom enthalten. Es ist möglich, in dieser Textur Schleifmittelrückstände (r) zu erkennen. Die Elemente (r) stammen von einem Schleifwerkzeug, das in der Phase 1 des Herstellungsverfahrens des Pulvers verwendet wird, die in einer Schleifbehandlung mit der Schleifscheibe eines primären industriellen Produktes besteht, wie z.B. eines Stabes aus Stahl mit dem vorerwähnten Gehalt.

Im Verlauf dieser Phase warden die Stahlfasern dem primären Produkt entnommen, aus dem ein Pulver erhalten werden soll.

Der Vorgang wird unter Verwendung einer Kühlflüssigkeitsströmung "1" (Fig. 4) durchgeführt, die Xorrosionsschutzsu-

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satzstoffe enthält, um nachfolgend eine zu starke Oxidation der Teilchen bei hohen Temperaturen und dann die Korrosion der Teilchen durch die Flüssigkeit zu vermeiden.

Dieser Schleifvorgang geschieht in der Weise, daß die an der Oberfläche des primären Produktes entnommenen Teilchen sofort auf eine TEmperatur gebracht werden, die gevjöhnlich bei 900° C liegt. Die durch die Flüssigkeit herbeigeführte Kühlung bewirkt eine Härteumwandlung bei jedem der Stahlteilchen mit 1 % Kohlenstoff und 1,5 % Chrom. Die durch optische Mikroskopie und Röntgenstrahlenbeugung festgestellte Struktur wird durch eine feine Verteilung von kugeligen Eisen- und Chromcarbiden von der Formel (Fe Cr)g C gebildet, deren Durchmesser gewöhnlich kleiner als 3 Mikron sind, die regelmässig einer Grundmasse "einverleibt" sind, die gebildet wird einerseits aus einer festen mit Kohlenstoff übersättigten Lösung im Eisen mit einer kristallinen tetragonalen zentrierten Struktur, und andererseits aus einer festen Lösung von Kohlenstoff im Eisen mit einer kristallinen kubischen Struktur von zentrierten Flächen, metastabil bei Umgebungstemperatur. Diese metallurgischen Bestandteile werden als Martensit (für die tetragonale zentrierte Form) und Äustenit (für die kubische Form mit zentrierten Flächen) bezeichnet.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, werden während des Betriebs die sehr feinen Metallteilchen, die an der Oberfläche des massiven Materials durch jede der Schleifkörner mitgenommen v/erden, durch das Fluid "1", das auf diese Weise beladen ist, zu einer Behandlungszentrale 2 gefördert, bei welcher sie von der flüssigen Phase getrennt und dann getrocknet werden.

Es können alternativ die folgenden Schleifwerkzeuge verwendet werden:

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— P —

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- die herkömmlichen durch Schleif körner, beispielsweise Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid und gesinterte oder organische Bindemittel gebildete Schleifscheiben,

- die durch Gießen gebildeten Schleifwerkzeuge, deren mikroskopische Struktur freie Carbide oder durch große Härte gekennzeichnete Verbindungen zeigt.

Die Darstellung der mikroskopischen Struktur nach Fig. 3, die einer lOOOfachen Vergrösserung einer Probe faserigen Pulvers entspricht, die von einem polymerisierten Material umhüllt ist, fein poliert ist, dann durch ein mikroskopisches Reagens gehetzt wird, das durch 3 % Salpetersäure in Lösung in Äthylalkohol gebildet wird, zeigt die Verteilung der Carbide von kugeliger Form in der martensitischen Grundmasse. Die benachbarten Teilchen, deren Prüffläche nicht von dem erwähnten Reaktionsmittel angegriffen wird, werden durch Carbide gebildet, die in einer austenitischen Grundmasse verteilt sind. Dieses Phänomen kommt von der besonderen kristallinen Struktur des metallurgischen Bestandteils.

Das Diagramm von Fig. 5, das durch Beugung von Röntgenstrahlen durch eine Pulverprobe erhalten wurde, zeigt das Vorhandensein von Intensitätsmaxima (Impulse je Sekunde X 10 ) entsprechend der austenitischen Struktur. Diese Maxima sind mit j bezeichnet. In der Abszisse ist der Braggsche Winkel θ aufgetragen. Der Anteil an Austenit, bewertet durch bekannte Methoden, liegt zwischen 10 und 20 Vol.%. Dieser Anteil hängt vor allem von dem Kühlungsvermögen der verwendeten Flüssigkeit I⁺ ab.

Die Merkmale des Pulvers ergeben sich aus der besonderen metallurgischen Struktur desselben, nämlich:

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- das Vorhandensein von kugeligen Eisen- und Chromcarbiden von der Formel (Fe, Cr)₃ C, in der Grunditiasse einverleibt, die eine Verstärkung der Verschleißfestigkeit zur Wirkung haben;

- das Vorhandensein einer vorwiegend martensitischen Grundmasse, die eine sehr hohe Bruchfestigkeit unter Zugbeanspruchung hat und bei diesem Stahltyp meistens zwischen 1200 HPa und 2000 MPa liegt;

- das Vorhandensein von Austenit in der Grundmasse, welche als Besonderheit wegen des kriäballinen Zustandes hat, Verformungen anzunehmen und damit die Susammendrückbarkeit des faserigen Pulvers zu erhöhen.

Die Körnung und die Reinheit der erhaltenen feuchten Pulver P hängen von den gewählten Schleifmitteln ab. Die Verwendung herkömmlicher Schleifscheiben hat im Pulver die Anwesenheit von Aluminiumoxid und Siliciumdioxid sowie gesinterter oder organischer Bindemittel, die im Schleifwerkzeug enthalten sind, zur Folge. Ein bekanntes Verfahren zum Abtrennen der Phase 3 ermöglicht es, das Pulver vor dem Trocknungsvorgang 4 (Fig. 4) zu reinigen. Hierbei ist jedoch zu bemerken, daß die Abtrennung der Phase 3, welche die Abtrennung der Schleifmittel zum Gegenstand hat, nicht erforderlich ist, um faserige Metallpulver zu erhalten, welche in die Masse der Reibbeläge eintreten. Beispielsweise kann diese Trennung der Materialien durch Magnetscheidung der Eisenpulver geschehen. Im Falle von Schleifwerkzeugen auf gegossener Basis bestehen diese Verunreinigungen nicht.

Die nach diesem Verfahren hergestellten faserigen Pulver sind zur wahlweisen Verwendung bestimmt als:

- Bauelemente von offener metallischer Struktur, bei denen das Volumen der Hohlräume zwischen den Teilchen durch die

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Ausübung einer geeignet gewählten Druckbelastung geregelt werden kann;

- zusammengesetzte Bauelemente mit metallischen Skelett, bei denen das freie Volumen zwischen den Teilchen das Einverleiben beispielsweise von organischen Zusatzstoffen (Harze mit polymerisierbaren Bindungen)/ mineralischen Zusatzstoffen oder metallischen Zusatzstoffen ermöglicht.

Beispielsweise können Reibbeläge für Bremsen aus folgenden Gemischen hergestellt v/erden:

Beispiel 1:

65 % getrocknetes Pulver aus faserigem Stahl 15 % Reibungszusätze, welche die Einstellung des

Reibungskoeffizienten des Belages ermöglichen 20 % polymerisierbares Phenolbindemittel.

Beispiel 2;

75 % getrocknetes Stahlfaserpulver, teilweise oxidiert 15 % Reibungszusatzstoffe, welche die Einstellung des Reibungskoeffizienten des Belages ermöglichen

10 % polymerisierbares Phenolbindemittel.

Beispiel 3;

79 % getrocknetes Stahlfaserpulver, teilweise oxidiert

11 % Reibungszusatzstoffe, welche die Einstellung

des Reibungskoeffizienten des Belages ermöglichen 10 % polymerisierbares Phenolbindemittel.

Wie es die Beispiele 1, 2 und 3 zeigen, kann der Anteil des Stahlpulvers beträchtlich variiert werden. In der Tat

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können die Beläge 30 - 85 Gew.% feines Stahlfaserpulver enthalten, während der Rest bis 100 % durch Füllstoffe und Bindemittel gebildet wird. Der genaue Anteil jedes der Bestandteile wird entsprechend den Gebrauchseigenschaften des Bremsbelages eingestellt.

Die Füllstoffe können beispielsweise durch Schleifmittel, feste Schmiermittel, Geräusch- oder Schwingungsdämpfer und thermische Stabilisierungsmittel gebildet werden.

Das vorerwähnte Gemisch wird in einer geeigneten Preßform ra.it geringem Druck und bei Umgebungstemperatur verdichtet, um eine Vorform des Belages zu erhalten. Die Vorform wird sodann in ihre endgültige Form mit geringem Druck und bei einer Temperatur von etwa 160 gepreßt.

Die Reibbeläge können natürlich auch aus Faserprodukten mit kurzen Fasern von verschiedensten Formen hergestellt werden. In dem einen und in dem anderen Fall können die hergestellten Produkte entweder ein ungeordnetes metallisches Gerüst oder ein geordnetes metallisches Gerüst aufweisen, beispielsweise von der Art, wie es mit ferromagnetischen Teilchen erhalten wird, die durch ein elektromagnetisches Induktionsfeld ausgerichtet werden, das vor ihrer Verbindung angelegt wird.

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Claims

1. Produkt zur Herstellung von Bauelementen mit metallischer Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß dieses vjebildet wird durch mindestens elw feines Stahlfassrnulver von einer losen Dichte zwischen 0,2 und 1,5 g/cm , dessen Gehalt an Kohlenstoff zwischen 0,95 und 1,10 Gew.% beträgt und dessen Gehalt an Chrom zwischen 1,30 und Ι,υΟ Gew.% liegt, das so varpebehanaelt worden ist, daß die mikroskopische Struktur, gesehen nach einer Prüfmigsebene, welche ein Metallteilchen schneidet, eine feine Verteilung kugeliger Eisen-· und Caromcarbide von der Formel (Fe Cr) , C in einer gemischten Grundnassa aus Martensit von hoher Festigkeit und Verformbarem Aus ten it erkennen It? 3t.

2. Produkt nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet/ daß das voll oder teilweise oxidierte faserige Pulver mit Sinter-

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zusatzstoffön gemischt ist.

3. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das voll oder teilweise oxidierte faserige Produkt mit polyraerisierbaren organischen Bindemitteln gemischt ist.

4. Produkt nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses auf eine höhere Dichte als die des losen Produkts zusammengedrückt ist.

5. Produkt nach einem oder mehreren der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in die Masse der Reibbeläge für Bremsen und Kupplungen eintritt.

6. Verfahren zur Herstellung des Produkts nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein primäres Industrieprodukt der Uirkung eines Schleifmittels unter einer Korrosionsschutzströmung von geeignetem Härtegrad ausgesetzt wird, worauf die flüssige Phase vor den Trocknen des erhaltenen Gemisches und der Sinverleibung von Susatzstoffen abgetrennt wird.

7. Reibbelag für Bremsen, dadurch gekennzeichnet, daß diesem 30 - 85 Gew.% faseriges Pulver nach Anspruch 1 einverleibt sind, eine mikroskopische Struktur ferner Carbide (Fe Cr)^C besitzt, die in einer gemischten Grundmasse aus Martensit und Austenit verteilt sind, und mineralische oder organische Füllstoffe in ihrer Art und in ihren Anteilen so eingestellt sind, daß den Benutzungseigenschaften des Belages Rechnung getragen ist.

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