DE3704679C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gußeisen zur Herstellung von Gußeisen für Bremskörper, insbesondere von massiven und belüfteten Bremsscheiben mit perlitischem Grundgefüge, dessen Ferritanteil maximal 5% beträgt.

In der DE-OS 33 05 184 ist ein Gußeisen mit einem perlitischen Grundgefüge und einem Kohlenstoffanteil von 3,7 bis 3,9% mit einer Zugfestigkeit zwischen 150 N/mm² und 200 N/mm² beschrieben. Aufgrund der Entwicklung von neuen asbestfreien Bremsbelägen wurde es notwendig auch Gußeisenlegierungen bei Bremskörper, 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 Bremskörper vorgeschlagen, der einerseits eine ausreichende Festigkeit aufweisen soll, andererseits jedoch auch eine gute Wärmeableitung und eine hohe Dämpfungseigenschaft. In dieser Druckschrift wurde angegeben, daß auch bei niederen Festigkeitswerten die Warmzugfestigkeit bei extrem hohen Temperaturen 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 Grauguß 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 Zugfestigkeit dieses Gußeisens nicht ausreicht. Weiterhin sollen Carbidbildungen verhindert werden, da dessen Bildung erhebliche Probleme ergeben würde. Carbide sind sehr schlechte Wärmeleiter, was zu verschleißfesten, sehr heißen Stellen führen würde, welche dann zum "Bremsrubbeln" führen. Derartige carbidische Stellen sind auch unter dem Namen "Hot spot" gefürchtet.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Gußeisen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das möglichst geringe Ferritanteile bei hoher Zugfestigkeit besitzt, und zwar ohne daß es zu Problemen bezüglich unerwünschter Carbidausscheidungen kommt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe das in Anspruch 1 näher definierte Verfahren zur Herstellung von Gußeisen für Bremskörper gelöst.

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 Legierungsbestandteil gute Warmfestigkeiten 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 erfindungsgemäß durch ein Spezialimpfverfahren beim Abstich des Flüssigeisens in die Gießpfanne mittels Elektrodengraphit eingebracht. Der entstehende optimale Impfeffekt läßt durchweg A-Graphit der Größe 3-4 entstehen. Dabei wurde überraschenderweise 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-Verhältnisses 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 nun 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. Verfahren zur Herstellung von Gußeisen für Bremskörper, insbesondere von massiven und belüfteten Bremsscheiben mit perlitischem Grundgefüge, dessen Ferritanteil maximal 5% beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußeisen, das aus 3,62 bis 3,68% Kohlenstoff, 1,8 bis 2,1% Silizium, 0,7 bis 0,85% Mangan, weniger als 0,080% Phosphor, weniger als 0,095% Schwefel, 0,18 bis 0,25% Chrom, 0,3 bis 0,45% Molybdän, 0,3 bis 0,45% Kupfer, Rest Eisen besteht, so hergestellt wird, daß der beabsichtigte Kohlenstoffgehalt durch Impfen mittels Elektrodengraphit in der Gießpfanne eingestellt wird.

2. Verfahren zur Wärmenachbehandlung 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.