DE3704679A1 - Gusseisen zur fertigung von bremstrommeln - Google Patents
Gusseisen zur fertigung von bremstrommelnInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gußeisen zur Fertigung von Brems
trommeln, von massiven und belüfteten Bremsscheiben und
sonstigen Bremskörpern mit einer Legierung von
über 3,6% Kohlenstoff
0,6-0,9% Mangan
1,8-2,5% Silizium
weniger als 0,1% Phosphor
weniger als 0,12% Schwefel
und mit geringen Bestandteilen von Chrom, Molybdän und Kupfer,
0,6-0,9% Mangan
1,8-2,5% Silizium
weniger als 0,1% Phosphor
weniger als 0,12% Schwefel
und mit geringen Bestandteilen von Chrom, Molybdän und Kupfer,
wobei das Gußeisen ein perlitisches Grundgefüge aufweist.
Ein Gußeisen mit dieser chemischen Zusammensetzung ist in
der DE-OS 33 05 184 beschrieben. Aufgrund der Entwicklung
von neuen asbestfreien Bremsbelägen wurde es notwendig auch
Gußeisenlegierungen bei Bremstrommeln, Bremsscheiben und
dgl. zu verwenden, die höhere Temperaturen ertragen. Hierzu
ging die allgemeine Tendenz bei den Anwendern bisher dahin,
hoch warmfeste Eisensorten mit höherem Kohlenstoffgehalt zu
verwenden, die jedoch Nachteile aufweisen, insbesondere
bezüglich einem groben Gefüge und der Festigkeit.
Gemäß der DE-OS 33 05 184 wird ein Werkstoff für Brems
körper vorgeschlagen, der einerseits eine ausreichende Festig
keit aufweisen soll, andererseits jedoch auch eine gute
Wärmeableitung und eine hohe Dämpfungseigenschaft. In dieser
Druckschrift wurde angegeben, daß auch bei niederen Festig
keitswerten die Warmzugfestigkeit bei extrem hohen Tempera
turen von GG 30 nur geringfügig höher bzw. fast gleich derjenigen
von GG 15 ist. Der Grauguß mit der relativ niedrigen
Festigkeit soll ferner geringere Eigenspannungen besitzen,
sich wegen des hohen C-Gehaltes bei der Bearbeitung weniger
aufheizen und geringere Verzugserscheinungen bei thermischer
Belastung aufweisen als der bisher verwandte Grauguß
mit hoher Festigkeit.
In der Praxis hat sich nun jedoch gezeigt, daß dieser Grau
guß in nicht unerheblichen Mengen Ferritanteile aufweist.
Ferritanteile in der Bremstrommel haben jedoch den Nachteil,
daß die Reibpaarung, d. h. der Reibungskoeffizient zwischen
den Bremsbelägen und der Bremstrommel bzw. Bremsscheibe sich
verändert. Dies bedeutet, daß die Verzögerung beim Bremsen
geringer wird. Optimal wäre somit ein möglichst 100%iges
perlitisches Gefüge.
Außerdem wurde festgestellt, daß in vielen Fällen die Zug
festigkeit dieses Gußeisens nicht ausreicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde
ein Gußeisen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das
möglichst geringe Ferritanteile bei hoher Zugfestigkeit
besitzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kombination
folgender Merkmale gelöst, nämlich einem perlitischen Grundge
füge mit maximal 5% Ferritanteil und einer Zugfestigkeit von
mind. 200 N/mm² mit folgender chemischer Zusammensetzung:
Kohlenstoff3,62-3,68%
Siliziummax. 2,10%
Mangan0,70-0,85%
Phosphorweniger als 0,080%
Schwefelweniger als 0,095%
Chrom0,18-0,25%
Molybdän0,30-0,45%
Kupfer0,30-0,45%
Durch die angegebene und in langen Versuchen ermittelten
Legierungsbestandteile, wie Chrom, Molybdän, Mangan und Kupfer
wird eine Zugfestigkeit von mind. 200 N/mm² erreicht.
Zusätzlich wurde in überraschender Weise festgestellt, daß
Kupfer und auch Molybdän stabilisierend auf den Perlit wirken,
und zwar ohne zu Carbidausscheidungen zu führen. Es wurde
festgestellt, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Gußeisen
ein 100%iges perlitisches Grundgefüge erreichen läßt.
Molybdän bewirkt weiterhin in Verbindung mit Chrom eine hohe
Kernfestigkeit des Gefüges und gibt als Legierungsbestand
teil gute Warmfestigkeit bei wechselnder thermischer
Belastung der Bremsscheiben. Der Kohlenstoffgehalt bis max.
3,68% wird durch Erschmelzen im Kupolofen im C-Level von
3,4-3,45% erreicht. Die restlichen 0,25-0,30% werden
durch ein Spezialimpfverfahren beim Abstich des Flüssig
eisens in die Gießpfanne mittels Elektrodengraphit einge
bracht. Der entstehende optimale Impfeffekt läßt durchweg
A-Graphit der Größe 3-4 entstehen. Dabei wurde überraschender
weise festgestellt, daß Carbidausscheidungen im perlitischen
Grundgefüge trotz deren Legierungselemente wie Chrom
und Molybdän nicht vorkommen.
Der hohe Kohlenstoffgehalt bewirkt viel Graphitausscheidung
mit seinen für Bremsen hervorragenden Eigenschaften der Wärme
leitfähigkeit und der hohen thermischen Beständigkeit.
Dies bedeutet, daß der Hitzestau auf den Bremsreibringen in
kürzester Zeit auf die gesamte Scheibe verteilt werden kann,
wodurch thermische Spannungen und Brandrisse deutlich vermindert
werden.
Von Vorteil ist auch, daß aufgrund fehlender Carbidausschei
dungen in dem perlitischem Grundgefüge Brandflecken, Risse
durch Ausdehnungsfehler an den Reibringoberflächen, sowie
das Auftreten von Hotspots nicht entstehen. Das nachteilige
Rubbeln der Scheiben bei den bisher verwendeten Materialien
wird, soweit dies materialbedingt ist, durch das erfindungs
gemäße Gußeisen ausgeschlossen.
Da Silizium die Wärmeleitfähigkeit erheblich reduziert, darf
ein Bestandteil von 2,1% nicht überschritten werden, da
diese Eigenschaft der gewünschten schnellen Wärmeverteilung
in der Scheibe entgegenwirkt. Der angegebene Wert von 0,08%
für Phosphor darf nicht überschritten werden, um Steadit und
damit harte Bestandteile im Grundgefüge zu verhindern.
Schwefel wird bis maximal 0,095% zur Erreichung des Mangan-
Schwefel-Verhältnisse gebraucht, sollte jedoch den angegebenen
Wert nicht überschreiten.
Bei dem erfindungsgemäßen Gußeisen ergibt sich ein feines
Gefüge und die Graphitlamellen werden etwas kürzer, wodurch
die erfindungsgemäße höhere Festigkeit erreicht werden kann.
Ein hoher Kohlenstoffanteil wirkt diesem an sich entgegen,
d. h. bewirkt eine Festigkeitsverminderung und ein groberes
Gefüge. Außerdem stellt ein hoher Kohlenstoffanteil einen
Kostenfaktor dar. In langwierigen Versuchen wurde von festge
stellt, daß man entgegen der allgemeinen Meinung mit einem
geringen Kohlenstoffgehalt auskommt und zwar in dem ermittelten
Bereich von 3,62-3,68%, wenn man dies mit den übrigen
Legierungsbestandteilen kombiniert. In diesem Falle kommt
man zu den gewünschten hohen Festigkeitswerten und der Wärme
beständigkeit.
Zur Entspannung der Gußteile (künstliches Altern) nach Ihrer
Herstellung wird erfindungsgemäß eine an sich bekannte Wärme
nachbehandlung vorgeschlagen, die in erfinderischer Weise an
das erfindungsgemäße Gußeisen angepaßt worden ist.
Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die zu behan
delnden Teile in einer Aufheizzeit von 180 Minuten auf eine
Temperatur von 650-720°C gebracht und anschließend
für 30 Minuten bei dieser Temperatur gehalten werden, wonach
eine langsame Abkühlung im Glühofen auf 250°C erfolgt.
Vor dem Glühen sollen die Teile vorbearbeitet, nämlich
geschruppt werden. Die Gußhaut der Reibfläche, sowie des Topf
innenbodens, sollte ca. 1,5 mm entfernt werden. Durch das
anschließende erfindungsgemäße Wärmenachbehandlungsverfahren
werden sowohl während der Abkühlung entstandene Eigenspannungen
als auch Spannungen, die durch das Bearbeiten entstanden
sind, eliminiert. Wesentlich dabei ist auch, daß aufgrund
der durch die Legierungsbestandteile in einem bestimmten
Bereich erzielte angehobene Festigkeit höhere Eigenspannungen
entstehen können, welche durch das erfindungsgemäße Wärme
nachbehandlungsverfahren beseitigt werden können.
Auf diese Weise sind nach der Wärmebehandlung nur noch
geringe Bearbeitungen notwendig, wodurch ein erneutes Auftreten
von Spannungen vermieden werden kann.
Es wurde festgestellt, daß durch die angegebene längere Auf
heizzeit für die Erwärmung der zu behandelnden Teile deren
Verziehen vermieden wird. Die Abkühlung nach der angegebenen
Haltezeit soll auf jeden Fall langsam vorgenommen werden,
damit keine neuen Spannungen entstehen. Dies kann z. B. auf ein
fache Weise durch ein Abschalten des Glühofens erreicht werden,
wobei die Teile noch längere Zeit in dem sich langsam
abkühlenden Glühofen verbleiben.
Claims (2)
1. Gußeisen zur Fertigung von Bremstrommeln, insbesondere
von massiven und belüfteten Bremsscheiben und sonstigen
Bremskörpern mit einer Legierung von
über 3,6% Kohlenstoff
0,6-0,9% Mangan
1,8-2,5% Silizium
weniger als 0,1% Phosphor
weniger als 0,12% Schwefel
und mit geringen Bestandteilen von Chrom, Molybdän und Kupfer,wobei das Gußeisen ein perlitisches Grundgefüge aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
einem perlitischen Grundgefüge mit maximal 5% Ferritanteil und einer Zugfestigkeit von mind. 200 N/mm² mit folgender chemischer Zusammensetzung:Kohlenstoff3,62-3,68% Siliziummax. 2,10% Mangan0,70-0,85% Phosphorweniger als 0,080% Schwefelweniger als 0,095% Chrom0,18-0,25% Molybdän0,30-0,45% Kupfer0,30-0,45%
0,6-0,9% Mangan
1,8-2,5% Silizium
weniger als 0,1% Phosphor
weniger als 0,12% Schwefel
und mit geringen Bestandteilen von Chrom, Molybdän und Kupfer,wobei das Gußeisen ein perlitisches Grundgefüge aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
einem perlitischen Grundgefüge mit maximal 5% Ferritanteil und einer Zugfestigkeit von mind. 200 N/mm² mit folgender chemischer Zusammensetzung:Kohlenstoff3,62-3,68% Siliziummax. 2,10% Mangan0,70-0,85% Phosphorweniger als 0,080% Schwefelweniger als 0,095% Chrom0,18-0,25% Molybdän0,30-0,45% Kupfer0,30-0,45%
2. Verfahren zur Wärmebehandlung des Gußeisens nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die zu behandelnden Teile in einer Anfahrzeit von 180 Minuten
auf eine Temperatur von 650-720°C gebracht und
anschließend für 30 Minuten bei dieser Temperatur gehalten
werden, wonach eine langsame Abkühlung im Glühofen auf 250°C
erfolgt.
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