DE3709062A1

DE3709062A1 - Bremselement fuer kraftfahrzeugbremsen und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3709062A1
Application number: DE19873709062
Authority: DE
Inventors: Makoto Suenaga; Fumio Obata
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1986-03-20
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1987-10-01
Also published as: DE3709062C2; US4807728A

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremselement, insbesondere für Kraftfahrzeugbremsen, in der Art einer Bremstrommel oder einer Bremsscheibe, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Bremstrommeln und Bremsscheiben werden bei Kraftfahrzeugen in großem Umfang als Bremselemente verwendet. Typische Beispiele für Bremstrommeln und Bremsscheiben sind in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung gezeigt. In der Fig. 1 ist eine Bremstrommel 1 mit einer Anzahl Schrauben 3 und Muttern 4 an einer Radnabe 2 befestigt. Entsprechendes gilt für die Fig. 2, in der eine Bremsscheibe 21 mit einer Anzahl Schrauben 23 und Muttern 24 an einer Radnabe 22 befestigt ist. Die Bremstrommel 1 und die Bremsscheibe 21 sollen gute Bremseigenschaften wie Abriebsfestigkeit, Dämpfungsvermögen und Wärmeleitfähigkeit haben. Dementsprechend sind sie im allgemeinen aus Flocken- bzw. Schuppengraphitguß der Art FC 25 angefertigt. Andererseits sind die Radnaben 2, 22 gewöhnlich aus Kugelgraphitguß wie FCD 50, da diese eine hohe mechanische Festigkeit und Zähigkeit aufweisen müssen.

Deshalb werden für solche Bremselemente üblicherweise eine Bremstrommel oder Bremsscheibe aus Flockengraphitguß und eine Nabe aus Kugelgraphitguß verbunden, die mittels Schrauben aneinander befestigt sind.

Es wurden auch bereits verschiedene Versuche unternommen, ein einstückiges Bremselement aus einem Bremsscheibenabschnitt mit gutem Abriebverhalten und guten Dämpfungseigen schaften und einem Radnabenabschnitt mit guten mechanischen Eigenschaften herzustellen.

So ist in der JP-OS 56 93 851 eine Bremsscheibe beschrieben, die aus einem Bremsscheibenabschnitt aus Flockengraphitguß und einem Nabenabschnitt aus Kugel- bzw. Sphärographitguß besteht. Die Bremsscheibe wird aus einer einzigen Schmelze hergestellt, die eine Flockengraphitgußzusammensetzung hat. Ein sphärodizierendes Material wie Mg, Ca und deren Verbindungen wird in dem Hohlraum einer Form an solchen Stellen angeordnet, daß die in den Hohlraum eingegossene Schmelze in Kontakt damit in einen Bereich fließen kann, das dem Nabenabschnitt der Bremsscheibe entspricht. Der Nabenabschnitt hat damit eine Kugelgraphitguß-Mikrostruktur.

Die JP-OS 5 79 852 beschreibt ein Eisengußprodukt wie eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel für Kraftfahrzeuge, das in einem bestimmten Abschnitt Kugelgraphit und in einem anderen Abschnitt verdichteten/Vermiculargraphit (C/V-Graphit) enthält. Auch in diesem Fall wird ein sphärodizierendes Material in einem Formenhohlraum nahe dem Abschnitt, der mit dem C/V-Graphit versehen werden soll, angeordnet. Da der C/V-Graphitguß gute mechanische Eigenschaften hat, wird dieser für die Ausbildung des Radnabenabschnittes der Bremsscheibe verwendet.

In beiden obengenannten Fällen wird jedoch durch die Anwendung eines sphärodizierenden Materials nicht immer sichergestellt, daß sich auch Kugelgraphitguß oder C/V-Graphitguß in dem vorgesehenen Abschnitt bildet, da der bloße Kontakt des sphärodizierenden Materials mit der darüber fließenden Eisenschmelze nicht zum vollständigen Durchmischen ausreicht. Die mechanische Festigkeit des Radnabenabschnittes, der durch das in-Kontakt-bringen des sphärodizierenden Materials mit der Eisenschmelze im Formenhohlraum hergestellt wird, kann deshalb in weiten Grenzen variieren, was heißt, daß diese Technologie mit der Anwendung von sphärodizierenden Material nicht zur Herstellung hochwertiger, sicherer Bremstrommeln und Bremsscheiben verwendet werden kann.

Die JP-OS 59 45 073 beschreibt eine Radnabe, die einstückig mit einer Bremstrommel versehen ist. Der Radnabenabschnitt wird aus einer Kugelgraphitguß-Schmelze und der Bremstrommelabschnitt aus einer Graugußschmelze. Da dabei kein in einem Formenhohlraum angeordnetes sphärodizierendes Material verwendet wird, könnte angenommen werden, daß diese Radnabe hochwertig ist. Um die beiden Abschnitte in einem Formenhohlraum einstückig zu verbinden, müssen jedoch zwei Schmelzen mit verschiedenen Zusammensetzungen durch zwei Gießkanäle in den Hohlraum eingegossen werden, wobei eine Einrichtung vorhanden sein muß, die feststellt, ob eine erste Schmelze ein bestimmtes Gebiet im Hohlraum bereits ausfüllt oder nicht. Dementsprechend hat die Form für diese Radnabe zwangsläufig einen komplizierten Aufbau und das Verfahren zur Herstellung der Radnabe mit dieser Form ist ebenfalls zwangsläufig schwierig und aufwendig.

Dazu kommt, daß neuerdings die Verbraucher höhere Ansprüche an die Eigenschaften einer Bremse stellen. Unter anderem sind gute Dämpfungseigenschaften zur Vermeidung von Bremsgeräuschen, dem sogenannten "Quietschen", gefordert. Das Dämpfungsvermögen von Flockengraphitguß wie FC 25 reicht für diese neuen Ansprüche nicht aus.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Bremselement zu schaffen, das einstückig mit einem Bremstrommel- oder Bremsscheibenabschnitt mit gutem Dämpfungsvermögen und einem Radnabenabschnitt mit hoher mechanischer Festigkeit zusammengesetzt ist. Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bremselementes aus einer einzigen Schmelze geschaffen werden. Dabei sollen durch eine Wärmebehandlung dieser Bremselemente die Eigenschaften des Bremstrommel- oder Bremsscheibenabschnittes und des Radnabenabschnittes verbessert werden.

Intensive Forschungen im Hinblick auf diese Aufgabe haben gezeigt, daß das Eingießen einer Schmelze mit einer übereutektischen Flockengraphitguß-Zusammensetzung in einen Formenhohlraum, der an einem bestimmten Abschnitt ein Kühlelement aufweist, ein einstückiges Bremselement mit einem Bremstrommel- oder Bremsscheibenabschnitt und einem Radnabenabschnitt ergibt, die beide gute Eigenschaften haben. Die vorliegende Erfindung basiert auf diesen Fest stellungen.

Das erfindungsgemäße Bremselement ist somit aus einem einzigen Schmelze einstückig gegossen und aus einem Gleitabschnitt und einem Radnabenabschnitt zusammengesetzt, wobei der Gleitabschnitt eine Flockengraphitguß-Mikrostruktur mit gutem Dämpfungsvermögen und der Radnabenabschnitt eine hochfeste Eisenguß-Mikrostruktur aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines solchen Bremselementes wird eine Schmelze mit übereutektischer Flockengraphitguß-Zusammensetzung in den Hohlraumbereich einer Sandform eingegossen, in den angrenzend an den Hohlraumabschnitt für den Radnabenabschnitt ein Kühlelement eingebettet ist.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Bremselementes und des Verfahrens zu dessen Herstellung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer Bremstrommel, die an einer Radnabe angeschraubt ist;

Fig. 2 einen Querschnitt einer Bremsscheibe, die an einer Radnabe angeschraubt ist;

Fig. 3 einen Querschnitt einer einstückigen Bremstrommel, die an einem Rad angeschraubt ist;

Fig. 4 einen Querschnitt einer einstückigen Bremsscheibe, die an einem Rad angeschraubt ist;

Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Dämpfungsvermögen und einem Äquivalenz-Kohlenstoffwert darstellt;

Fig. 6 einen Querschnitt einer Sandform mit einem eingebetteten Kühlelement zur Herstellung einer Brems trommel;

Fig. 7 einen Querschnitt einer Sandform mit einem eingebetteten Kühlelement zur Herstellung einer Brems scheibe;

Fig. 8 einen Querschnitt einer Sandform mit einem eingebetteten Kühlelement zur Herstellung einer einstückigen Bremstrommel;

Fig. 9 einen Querschnitt einer Sandform mit einem eingebetteten Kühlelement zur Herstellung einer einstückigen Bremsscheibe;

Fig. 10 ein Mikrobild (×50) des Radnabenabschnittes des Bremselementes gemäß Beispiel 1 nach dem Guß;

Fig. 11 ein Mikrobild (×50) des Bremsscheibenabschnittes des Bremselementes gemäß Beispiel 1 nach dem Guß;

Fig. 12 ein Mikrobild (×100) des Radnabenabschnittes des Bremselementes gemäß Beispiel 2 nach dem Guß;

Fig. 13 ein Mikrobild (×100) des Radnabenabschnittes des Bremselementes gemäß Beispiel 2 nach einer Wärme behandlung;

Fig. 14 ein Mikrobild (×50) des Bremsscheibenabschnittes des Bremselementes gemäß Beispiel 2 nach einer Wärme behandlung;

Fig. 15 ein Mikrobild (×50) des Radnabenabschnittes des Bremselementes gemäß Beispiel 3 nach dem Guß;

Fig. 16 ein Mikrobild (×50) des Bremsscheibenabschnittes des Bremselementes gemäß Beispiel 3 nach dem Guß;

Fig. 17 ein Mikrobild (×100) des Radnabenabschnittes des Bremselementes gemäß Beispiel 4 nach dem Guß;

Fig. 18 ein Mikrobild (×100) des Radnabenabschnittes des Bremselementes gemäß Beispiel 4 nach einer Wärmebehandlung; und

Fig. 19 ein Mikrobild (×50) des Bremsscheibenabschnittes des Bremselementes gemäß Beispiel 4 nach einer Wärmebehandlung.

Eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung ist es, daß eine übereutektische Flockengraphitguß-Schmelze als einzige Schmelze zur Herstellung eines Bremselementes verwendet wird, das einstückig aus einem Gleitabschnitt und einem Radnabenabschnitt zusammengesetzt ist. Der übereutektische Flockengraphitguß kann als Flockengraphitguß mit einem Äquivalenz-Kohlenstoffgehalt [CE=C(%)+1/3Si(%)] größer 4,3% definiert werden. Es wurde festgestellt, daß das Dämpfungsvermögen Q ^-1 des Bremselementes aus Flockengraphitguß um so höher ist, je größer der Äquivalenz-Kohlenstoffgehalt ist. Dieses Dämpfungsvermögen ist ein Maß dafür, wie sehr das Bremselement dazu neigt, Bremsgeräusche ("Quietschen") zu verursachen. Die Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem CE-Wert und dem Dämpfungsvermögen, und die Tabelle 1 die Beziehung zwischen dem Dämpfungsvermögen und der Neigung zum Quietschen.

Tabelle 1

Die Verbindung der Fig. 5 und der Tabelle 1 zeigt, daß ein übereutektischer Flockengraphitguß mit einem CE-Wert von über 4,3% die Neigung zum Quietschen im wesentlichen beseitigen kann. Das heißt, daß die vollständige Beseitigung des Quietschens erfordert, daß der Bremstrommel- oder Bremsscheibenabschnitt des Bremselementes aus einem übereutektischen Flockengraphitguß mit einem Dämpfungsvermögen von mehr als 16×10^-3 hergestellt werden muß. Es ist anzumerken, daß Flockengraphitguß der Art FC 25 diese Anforderung an das Dämpfungsvermögen nicht erfüllt.

Ein die Dämpfungseigenschaften bestimmender Hauptfaktor des Gusses ist die Gestalt und die Menge des Graphits. Bezüglich der Gestalt ist Flockengraphit am wirksamsten zur Anhebung des Dämpfungsvermögens, und bezüglich der Menge sollte das Graphit mehr als etwa 15% des gesamten Gebietes der Matrix einnehmen, um einen Q ^-1-Wert von mehr als 16×10^-3 zu ergeben. Dieses Flächenverhältnis an Graphit von mehr als 15% wird von einem CE-Wert über dem eutektischen Punkt hervorgerufen. Demzufolge wird hier der CE-Wert zur Bewertung des Dämpfungsvermögens des sich ergebenden Gusses verwendet.

Der erfindungsgemäß verwendete übereutektische Flockengraphitguß hat eine Zusammensetzung von 3,50 bis 4,20% C, 1,00 bis 3,00% Si, 0,30 bis 0,80% Mn, weniger als 0,10% P, weniger als 0,12% S, 0,01 bis 0,08% Cr, 0,20 bis 0,80% Cu sowie Fe und unvermeidliche Verunreinigungen als Rest, jeweils auf Gewichtsbasis. Wenn innerhalb des obigen Bereiches die Menge an C relativ klein ist, wird ein Gußzusatz wie Ca-Si in einer Menge von 0,10 bis 0,50 Gewichts-% verwendet.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen typische Beispiele eines erfindungsgemäßen Bremselementes. Die Fig. 1 und 3 zeigen Bremstrommeln und die Fig. 2 und 4 Bremsscheiben. In den Fig. 1 und 2 ist das Bremselement 1, 21 an die Radnabe 2, 22 angeschraubt und in den Fig. 3 und 4 ist der Radnabenabschnitt 32, 42 einstückig mit dem Bremstrommelabschnitt 33 oder dem Bremsscheibenabschnitt 43 ausgebildet. In jedem Fall müssen die an die Radnabe oder ein Rad anzuschraubenden Abschnitte, die im folgenden summarisch "Radnabenabschnitte" genannt werden, gute mechanische Eigenschaften wie mechanische Festigkeit und Zähigkeit haben. Andererseits müssen diejenigen Abschnitte, die in gleitenden Kontakt mit einem Bremsbacken oder Bremsklotz kommen und dadurch gebremst werden, wie der Bremstrommel- oder Bremsscheibenabschnitt, die summarisch "Gleitabschnitte" genannt werden sollen, ein gutes Dämpfungsvermögen und eine hohe Abriebfestigkeit haben.

Die Fig. 6 zeigt eine Sandform zur Herstellung der in der Fig. 1 dargestellten Bremstrommel. Die Sandform besteht aus einem oberen Formteil 61 und einem unteren Formteil 62, die jeweils Ausnehmungen haben, die zusammengesetzt einen Hohlraum 63 bilden. Ein ringförmiges Kühlelement 64 ist im unteren Formteil 62 nahe des Bereichs des Hohlraumes für den Radnabenabschnitt der herzustellen Bremstrommel eingebettet. Der Hohlraum 63 ist mit einer Öffnung 65 und einem Gießkanal 66 versehen.

Die Fig. 7 zeigt eine Sandform zur Herstellung der in der Fig. 2 dargestellten Bremsscheibe. Ähnlich wie die Sandform der Fig. 6 besteht diese Sandform aus einem oberen Formteil 71 und einem unteren Formteil 72, in dem ein ringförmiges Kühlelement 74 nahe des für den Radnabenabschnitt vorgesehenen Bereiches des Hohlraums 73 eingebettet ist. Der Hohlraum 73 ist mit einer Öffnung 75 und einem Gießkanal 76 versehen.

Die Fig. 8 zeigt eine Sandform zur Herstellung der in der Fig. 3 dargestellten einstückigen Bremstrommel mit einem oberen Formteil 81 und einem unteren Formteil 82, die einen Hohlraum 83 bilden. Da diese Bremstrommel einstückig aus einem Bremstrommelabschnitt und einem Radnabenabschnitt zusammengesetzt ist, ist ein Kern 86 im Hohlraum 83 angeordnet, und ein zentraler Bereich des Hohlraums 83 wird von Kühlelementen 84, 85 umschlossen, die in der Sandform eingebettet sind. Der Hohlraum 83 ist ebenfalls mit einer Öffnung 87 und einem Gießkanal 88 versehen.

Die Fig. 9 zeigt eine Sandform zur Herstellung der in der Fig. 4 dargestellten Bremsscheibe. Ähnlich wie in der Fig. 8 enthält die Sandform der Fig. 9 ein oberes Formteil 91 und ein unteres Formteil 92, die zusammengesetzt einen Hohlraum 93 bilden. Nahe des Bereiches für den Radnabenabschnitt im Hohlraum 93 sind Kühlelemente 94, 95 in die Form eingebettet, und ein Kern 96 ist im Mittelpunkt des Hohlraums 93 angeordnet. Der Hohlraum 93 ist wiederum mit einer Öffnung 97 und einem Gießkanal 98 versehen.

In den Hohlraum der mit einem oder mehreren Kühlelementen in dem dafür vorgesehenen Bereich des Hohlraums versehenen Sandform wird eine Schmelze des übereutektischen Flockengraphitgusses eingegossen. Da die Kühlelemente aus einem Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit sind, verfestigt sich die Schmelze in den Teilen des Hohlraums, die den Kühlelementen gegenüberliegen, schneller als in den anderen Bereichen ohne Kühlelemente. Dementsprechend kann der Radnabenabschnitt in der Nähe des Kühlelementes eine feinere Mikrostruktur haben. Es wurde festgestellt, daß die schnelle Verfestigung der übereutektischen Flockengraphitguß-Schmelze eine höhere Härte und Festigkeit des Gusses ergibt. Damit kann mit der mit einem oder mehreren Kühlelementen in den entsprechenden Bereichen des Hohlraums für den Radnabenabschnitt versehenen Form das erfindungsgemäße Bremselement einstückig mit einer guten Kombination eines Gleitabschnittes und eines Radnabenabschnittes aus einer einzigen Schmelze des übereutektischen Flockengraphitgusses hergestellt werden.

Um die mechanischen Eigenschaften des gegossenen Bremselementes zu verbessern, kann dieses wärmebehandelt werden. Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung enthält ein Aufheizen des gegossenen Produkts auf eine Temperatur, bei der eutektisches Zementit zerfällt, und ein Abkühlen aus einem Temperaturbereich, in dem die Matrix Austenit ist, mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 100 bis 300°C/min. Eutektischer Zementit wird hauptsächlich in den schnell abgekühlten Abschnitten des Bremselement-Gußteiles gebildet, deshalb ist der erste Schritt dieser Wärmebehandlung eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften dieser Abschnitte durch Zersetzen des eutektischen Zementits in Graphit. Die Aufheiztemperatur beträgt im allgemeinen 900 bis 950°C, vorzugsweise 920 bis 930°C, und die Aufheizzeit im allgemeinen 2 bis 6 Stunden, vorzugsweise 3 bis 5 Stunden.

Der zweite Schritt der Wärmebehandlung dient der Verringerung des Anteils der Ferritstruktur in der Matrix des Flockengraphitgusses. Beispielsweise nimmt im Falle eines Flockengraphitgusses mit einer HB-Härte um 130 Ferrit etwa 40% der Matrix ein. Da Ferrit zu weich ist, um dem Abrieb durch Bremsbacken oder Bremsklötze zu widerstehen, sollte der Ferritanteil verringert werden. Zu diesem Zweck erfolgt eine Abkühlung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 100 bis 300°C, vorzugsweise 150 bis 250°C. Durch dieses schnelle Abkühlen hat der Gleitabschnitt des wärmebehandelten Brems element-Gußteiles weniger als 40% Ferritanteil, was eine genügende Abriebfestigkeit sicherstellt.

Die Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Mit den in den Fig. 6 und 7 gezeigten Formen (CO₂-Formen) wurde der Guß mit einer übereutektischen Flockengraphitguß-Schmelze der folgenden Zusammensetzung ausgeführt:

C3,65 Gew.-% Si2,68 Gew.-% Mn0,73 Gew.-% P0,027 Gew.-% S0,092 Gew.-% Cr0,04 Gew.-% Cu0,69 Gew.-%

Der Rest war Fe und unvermeidliche Verunreinigungen. Das Kühlelement war übrigens genau so dick wie der Radnabenabschnitt, nämlich 17 mm in der Fig. 6 und 13 mm in der Fig. 7.

Die obige Schmelze wurde mit 0,3% Ca-Si unmittelbar vor dem Gießen geimpft. Die sich ergebende Härte des Bremstrommel- und des Bremsscheiben-Gußteiles nach dem Guß enthält die Tabelle 2.

Tabelle 2

Härte (HB)

Die Mikrostruktur des Radnabenabschnittes der sich ergebenden Bremsscheibe (wie gegossen) ist in der Fig. 10 gezeigt, und die Mikrostruktur des Gleitabschnittes der Bremsscheibe (wie gegossen) in der Fig. 11. Die Bremstrommel hat übrigens die gleiche Struktur wie die Bremsscheibe.

Wie aus der Tabelle 2 hervorgeht, hat der Radnabenabschnitt eine dem FC 25 entsprechende Härte, die groß genug ist, um Verformungen oder einen Bruch an den Schraubenlöchern zu vermeiden. Der Gleitabschnitt hat eine geringe, der des übereutektischen Flockengraphitgusses entsprechende Härte mit gutem Dämpfungsvermögen.

Die Fig. 10 zeigt die Mikrostruktur, die aufgrund der schnellen Verfestigung und Abkühlung durch das Kühlelement feinere Graphitpartikel enthält und eine Härte in der Größenordnung der des FC 25 hat. Andererseits zeigt die Fig. 11 die übereutektische Flockengraphitgußstruktur, bei der die Graphitflocken voll ausgebildet sind.

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die Herstellung einer Bremsscheibe. Die CO₂-Form der Fig. 7 wurde mit einem 39 mm dicken Kühlelement verwendet, d. h. mit einem dreimal so dicken Kühlelement als beim Beispiel 1. Es wurde eine Schmelze mit der folgenden Zusammensetzung verwendet:

C4,10 Gew.-% Si1,13 Gew.-% Mn0,37 Gew.-% P0,028 Gew.-% S0,102 Gew.-% Cr0,04 Gew.-% Cu0,61 Gew.-% Fe undRest Verunreinigungen

Die Schmelze wurde ohne jeden Zusatz in den Formenhohlraum gegossen. Die Fig. 12 zeigt die Mikrostruktur des Radnabenabschnittes der sich ergebenden Bremsscheibe nach dem Guß.

Die Bremsscheibe wurde dann für 3 Stunden auf 920°C aufgeheizt in einem Ofen auf 820°C abgekühlt und bei dieser Temperatur eine Stunde lang gehalten und anschließend abkühlen gelassen.

Die wärmebehandelte Bremsscheibe hat die in der Tabelle 3 angeführte Härte:

Tabelle 3

Härte (HB)

Die Fig. 13 zeigt die Mikrostruktur des Radnabenabschnittes der Bremsscheibe nach der Wärmebehandlung, und die Fig. 14 die Mikrostruktur des Gleitabschnittes der gleichen Brems scheibe.

Dieses Beispiel zeigt, daß, sowohl die Verwendung eines dickeren Kühlelementes eine Ablagerung von mehr Zementit zur Folge hat, die den Radnabenabschnitt bruchanfälliger macht, die obige Wärmebehandlung dazu beiträgt, das Zementit unter Bildung von Graphitpartikeln im Radnabenabschnitt abzubauen, wodurch die Härte auf HB 231 ansteigt. Damit ist die Formänderungs- und Abriebfestigkeit der wärmebehandelten Bremsscheibe im Vergleich zu der wie gegossen verwendeten Bremsscheibe des Beispiels 1 erhöht.

Im Gleitabschnitt erfolgte keine Änderung der Gestalt und Menge der Graphitflocken in der Mikrostruktur, und die Härte war HB 142, was die Anforderungen an das Dämpfungsvermögen erfüllt. Es kann daraus gefolgert werden, daß der Gleitabschnitt eine übereutektische Flockengraphtgußstruktur hat.

Die Härte kann im übrigen durch Steuern der Abkühlbedingungen wie der Temperatur und der Abkühlgeschwindigkeit wie gewünscht eingestellt werden.

Beispiel 3

Das Beispiel 1 wurde unter Verwendung der CO₂-Formen der Fig. 8 und 9 mit Kühlelementen der gleichen Dicke wie im Beispiel 1 und mit einer Schmelze der folgenden Zusammen setzung wiederholt:

C3,66 Gew.-% Si2,58 Gew.-% Mn0,72 Gew.-% P0,026 Gew.-% S0,091 Gew.-% Cr0,03 Gew.-% Cu0,68 Gew.-% Fe undRest Verunreinigungen

Das sich ergebende Bremselement hat die in der Tabelle 4 gezeigten Werte:

Tabelle 4

Härte (HB)

Die Fig. 15 zeigt die Mikrostruktur des Radnabenabschnittes der Bremsscheibe wie gegossen, und die Fig. 16 die Mikrostruktur des Gleitabschnittes der Bremsscheibe wie gegossen. Die Bremstrommel hat im wesentlichen die gleiche Mikrostruktur wie die Bremsscheibe.

Ähnlich wie beim Beispiel 1 zeigt die Tabelle 4, daß der Radnabenabschnitt eine dem FC 25 entsprechende hohe Härte hat, die ausreicht, Verformungen und Bruch an den Schraubenlöchern zu verhindern. Und der Gleitabschnitt hat eine dem übereutektischen Flockengraphitguß entsprechende geringe Härte mit gutem Dämpfungsvermögen.

Die Fig. 15 zeigt die Mikrostruktur, die aufgrund der schnellen Verfestigung und Abkühlung durch das Kühlelement feinere Graphitpartikel enthält und eine Härte in der gleichen Größenordnung wie das FC 25 hat. Andererseits zeigt die Fig. 16 die übereutektische Flockengraphitgußstruktur, bei der die Graphitflocken voll ausgebildet sind.

Beispiel 4

Dieses Beispiel zeigt die Herstellung einer Bremsscheibe wie in Beispiel 2.

Die CO₂-Form der Fig. 9 wurde mit einem 39 mm dicken Kühlelement, dreimal dicker als im Beispiel 1, verwendet, und es wurde eine Schmelze mit der folgenden Zusammensetzung verwendet:

C4,11 Gew.-% Si1,14 Gew.-% Mn0,36 Gew.-% P0,028 Gew.-% S0,101 Gew.-% Cr0,05 Gew.-% Cu0,62 Gew.-% Fe undRest Verunreinigungen

Die Schmelze wurde ohne jeden Zusatz in den Formenhohlraum gegossen. Die Fig. 17 zeigt die Mikrostruktur des Radnabenabschnittes der sich ergebenden Bremsscheibe nach dem Guß.

Die Bremsscheibe wurde dann für 3 Stunden auf 920°C aufgeheizt, in einem Ofen auf 820°C abgekühlt, bei dieser Temperatur für eine Stunde gehalten und anschließend abkühlen gelassen.

Die wärmebehandelte Bremsscheibe hat die in der Tabelle 5 gezeigte Härte:

Tabelle 5

Härte (HB)

Die Fig. 18 zeigt die Mikrostruktur des Radnabenabschnittes der Bremsscheibe nach der Wärmebehandlung, und die Fig. 19 die Mikrostruktur des Gleitabschnittes der gleichen Brems scheibe.

Die obige Wärmebehandlung dient dazu, Zementit zur Bildung von Graphitpartikeln im Radnabenabschnitt abzubauen, wodurch die Härte auf HB 235 ansteigt. Die Verformungs- und Abriebfestigkeit der Bremsscheibe ist im Vergleich zu der wie gegossen verwendeten Bremsscheibe im Beispiel 3 damit er höht.

Im Gleitabschnitt erfolgt keine Änderung der Gestalt und der Menge von Graphitflocken in der Mikrostruktur, und die Härte beträgt HB 143, was die Anforderungen an das Dämpfungsvermögen erfüllt. Es kann daraus gefolgert werden, daß der Gleitabschnitt eine übereutektische Flockengraphitgußstruktur hat.

Da wie beschrieben das erfindungsgemäße Bremselement einstückig aus einem Gleitabschnitt mit gutem Dämpfungsvermögen und guter Abriebfestigkeit und einem Radnabenabschnitt mit guter mechanischer Festigkeit zusammengesetzt ist, kann es Langlebigkeit mit guten Bremseigenschaften verbinden. Da es darüberhinaus aus einer einzigen Schmelze durch Verwendung einer Sandform mit einem oder mehreren darin eingebetteten Kühlelementen hergestellt werden kann, ist der Herstellungsprozeß extrem einfach und kostengünstig.

Claims

1. Bremselement, insbesondere für Kraftfahrzeugbremsen, dadurch gekennzeichnet, daß es einstückig aus einer einzigen Schmelze gegossen ist und einen Gleitabschnitt (33; 43) sowie einen Radnabenabschnitt (32; 42) aufweist, wobei der Gleitabschnitt (33; 43) eine Flockengraphitguß-Mikrostruktur mit einem guten Dämpfungsvermögen und der Radnabenabschnitt (32; 42) eine hochfeste Eisenguß-Mikrostruktur hat.

2. Bremselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitabschnitt ein Bremstrommelabschnitt (33) oder ein Bremsscheibenabschnitt (43) ist.

3. Bremselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flockengraphitguß ein Dämpfungsvermögen (Q ^-1) von mehr als 16 × 10^-3 hat.

4. Bremselement nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hochfeste Eisenguß feinere Graphitpartikel als der Flockengraphitguß enthält.

5. Bremselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzige Schmelze ein übereutektischer Flockengraphitguß ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Bremselementes, das einen Gleitabschnitt (33; 43) und einen Radnabenabschnitt (32; 42) aufweist, wobei der Gleitabschnitt (33; 43) eine Flockengraphitguß-Mikrostruktur mit hohem Dämpfungsvermögen und der Radnabenabschnitt (32; 42) eine hochfeste Eisenguß-Mikrostruktur hat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze mit übereutektischer Flockengraphitguß-Zusammensetzung in einen Hohlraum (63; 73; 83; 93) einer Sandform eingegossen wird, in der angrenzend an einen Hohlraumbereich für den Radnabenabschnitt wenigstens ein Kühlelement (64; 74; 84; 85; 94; 95) eingebettet ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremselement-Gußteil auf eine Temperatur aufgeheizt wird, bei der eutektisches Zementit zerfällt, und daß es von einem Temperaturbereich, in dem die Matrix davon Austenit ist, mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 100 bis 300°C/min abgekühlt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur, auf die das Bremselement-Gußteil aufgeheizt wird, 900 bis 950°C beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturbereich, in dem die Matrix Austenit ist, 800 bis 850°C ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremselement-Gußteil in der Atmosphäre stehengelassen wird, um vom Temperaturbereich 800 bis 850°C frei abzukühlen.