DK153026B - Bremsesko af stoebejern med stor modstandsdygtighed mod slitage - Google Patents

Description

i

DK 153026B

Opfindelsen angår en bremsesko af støbejern med stor modstandsdygtighed mod slitage, især til jernbanevogne, hvor bremseskoen i vægt-% indeholder 2,5 - 3,5% C, 1,6 -2,2% Si, 2,0 - 6,0% P, 0,27 - 1,5% Mn samt S, hvorved resten er Fe og eventuelle forureninger.

Støbejern anses for at være det bedste friktionsmateriale til jernbanevognhjul, især når driftsforholdene er vanskelige, f.eks. i de tilfælde, hvor bremserne holdes i drift i længere tidsrum under fart med stor last og ned ad bakke med kraftig hældning.

I flere år var det antaget, at den sædvanlige metallurgi-ske sammensætning af bremsesko af støbejern til jernbaner skulle være ca. 3% carbon, 1,5% silicium, ikke over ca.

0,15% svovl og ikke over ca. 1,5% phosphor, hvorved resten, med undtagelse af urenheder, var jern; mangan ville være tilstede i skrotjern eller -stål, hvilket ikke er til at undgå. Det svovl og phosphor, der findes i det koksmateriale, der anvendtes til fremstilling af støbejern, bliver betragtet som en uønsket rest.

I USA patent nr. 3 620 334 (se også britisk patent nr.

1 238 646) foreslås en drastisk forøgelse af mængden af phosphor, der på uventet måde skulle bidrage til reduceret gnistdannelse og brændbarhed, hvilket er af stor betydning i betragtning af, at det kan medvirke til at reducere mulighederne for ildebrand, som kan forekomme som resultat af de gnister, der dannes ved kontakten mellem bremsekoen og hjulet. Af lige så stor betydning er den kendsgerning, at det højere phosphorindhold fører til reduceret slitage og dermed længere brugstid.

Tærskelen for forbedrede driftsegenskaber synes at være 2 vægt-% phosphor, hvorved der ikke foreligger nogen større 2

DK 153026B

fordele hinsides den øvre grænse på ca. 6%. Indholdet af carbon og silicium kan faktisk være uændret i sammenligning med den tidligere sammensætning. Carbon og silicium kan foreligge i en total mængde på 6% eller derunder, med en preference for carbon på ca. 2,5 - 3,5% og for silicium på 1,6 - 2,2%.

Bremsesko af gråt støbejern med over 2% phosphor består hovedsageligt af korn af perlit og/eller ferrit (og grafit) i et kontinuerligt netværk af en ternær eutektisk blanding (steadit); d.v.s. steaditten omgiver de perliti-ske og/eller ferritiske korn som vist på mikrofotografiet. Steadit i et typisk støbejern (f.eks. 2,8% carbon, 3,0% phosphor) størkner ved ca. 954°C, mens materialet uden for netværket størkner ved ca. 1149°C. Steadit består af Fe^C, Fe^P og Fe. Det antages, at steaditnetvær-ket i kontinuerlig form, frembragt ved den store mængde phosphor er ansvarlig for de uventede fordele ved støbejernssko med højt phosphorindhold. Jernet i den eutektiske blanding kan antage forskellige former, i afhængighed af støbeteknikken, der er uden betydning for opfindelsen. F.eks. kan skørheden af jernet varieres ved hjælp af varmebehandlingen.

Det har nu ifølge opfindelsen vist sig, at en bremsesko til jernbaner indeholdende 2-6% phosphor kan forbedres yderligere ved at gøre brug af svovl i mængder, der yderligere reducerer slidhastigheden, mens den gnist- eller flammeundertrykkende rolle af phosphor kun påvirkes i mindre omfang. Ifølge opfindelsen er svovlindholdet relateret til mangan-mængden, og svovlindholdet skal være større end γ-g· Som allerede anført ligger manganmængden mellem 0,27 cg 1,5 vægt-%.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor

DK 153026 B

3 fig. 1 viser en kurve (retlinie), der viser, hvorledes slitagen af en bremsesko påvirkes af mængden af tilstedeværende svovl, og fig. 2 viser et mikrofotografi (200 x).

Det antages, at den forbedrede modstandsdygtighed over for slitage, som er opnået ifølge opfindelsen, hidrører fra, at den eutektiske blanding forstærkes af FeS. Uanset hvilken hypotese, som lægges til grund, er det en kendsgerning at modstandsdygtigheden mod slitage forbedres ved at anvende svovl i overskud i forhold til den mængde, der kræves til dannelse af MnS. Grunden til at svovlmængden relateres til MnS, er, at det anvendte jern altid indeholder noget mangan, som fortrinsvis kombineres med svovl. Dette MnS associeres utvivlsomt i perlit og/eller ferrit-korne-ne, der ligger uden for netværket af eutektisk materiale.

Atomvægten af mangan er 55; atomvægten af svovl er 32, hvilket betyder, at for hver vægt-% tilstedeværende svovl vil mangan konsumeres i forholdet 55/32, lig med ca. 1,72. Idet man muliggør tilstedeværelsen af en lille mængde ubundet svovl i fast opløsning og lignende mindre effekter, kan den svovlmængde i vægt-%, der ikke er konsumeret og som er tilgængelig for den eutekniske blanding, skrives som S-(Mn/l,8), d.v.s. vægtprocenten af tilstedeværende svovl minus vægtprocenten af tilstedeværende mangan divideret med 1,8.

Den på tegningen viste kurve blev optegnet på basis af data i tabel I, og disse data opnåedes ved hjælp af et dynamometer, som sammenligner forsøgsskoene med en standardsko hvad angår slitageforholdet. Standardskoen havde følgende analyse: carbon 2,8%, silicium 2,1% og phosphor 3%. Ved først at måle slitagen af standardskoen og ved derpå at måle slitagen af hver på hinanden følgende forsøgssko,, alle under de sam- 4

DK 153026B

me dynamometerbetingelser, er det muligt at beregne de relative slitageforhold mellem forsøgssko og standardsko.

Tabel 1 (væqt-%, nominelt 3%P)

Forsøgssko %S %Mn (S-(Mn/l,8) Slitaqeforhold 1 0,45 0,30 0,283 0,41 2 0,33 0,36 0,13 0,67 3 0,43 0,27 0,28 0,34 4 0,41 0,40 0,188 0,30 5 0,41 0,42 0,177 0,64 6 0,38 0,30 0,213 0,47 7 0,33 0,30 0,163 0,57 8 0,215 0,36 0,015 0,87 9 0,335 0,53 0,041 0,82 10 0,27 0,42 0,037 0,87 11 0,375 0,49 0,103 0,64

Kurven viser, at slitageforholdet aftager, efterhånden som mængden af overskud af svovl forøges, d.v.s. slitageforholdet mindskes, efterhånden som svovlindholdet forøges ud over den svovlmængde, der kan kombineres med mangan. Fra et praktisk synspunkt betyder dette, at bremse-skoen kan forventes at udholde flere nødbremsninger eller flere alvorlige bremsninger, når svovloverskuddet forøges, hvilket også kan være af stor betydning, når bremser i toget anvendes i lang tid under en nedtur i bjerge.

Intervallet af carbon og silicium er allerede angivet; phosphor ligger i intervallet på mere end 2 til op til 10% på vægtbasis, men 2,4 til 5% foretrækkes.

Hvis skoen indeholder mindst 2% phosphor, principielt for at reducere tendensen til gnist- eller flammedannelse, fremgår det af det foregående, at det er muligt at tolerere mindst, og også betydeligt over 0,15% svovl i skomaterialet

DK 153026B

s uden skadelig effekt. Tværtimod forbedres skoens kvalitet yderligere, som det fremgår af kurven, som viser, at det er muligt at benytte jern med mere svovl, end man hidtil har antaget. Jern af en sådan kvalitet er sædvanligvis billigere.

Fig. 2 viser et typisk fotografi med 200 gange forstørrelse af metallet i standardskoen samt de forsøgssko, der anvendes ved dynamometerundersøgelsen, og det viser steaditten som et kontinuerligt netværk (hvidt), der omgiver de (mørke) korn af perlit.

Bremseskoen til jernbaner ifølge opfindelsen består af følgende materialer i vægt-%:

Carbon 2,5 - 3,5 Silicium 1,6 - 2,2 Phosphor 2,0 - 6,0 Mangan 0,27 - 1,5 Svovl

Resten er jern og tilfældige urenheder.

Steaditten dannes som et naturligt resultat af termodynamikken i forbindelse med afkøling af støbejernet.

Claims (1)

1. DK 153026B Bremsesko af støbejern med høj modstandsdygtighed mod slitage, især til bremser til jernbanevogne, hvor brem-seskoen i vægt-% indeholder 2,5 - 3,5% C, 1,6 - 2,2% Si, 2,0 - 6,0% P, 0,27 - 1,5% Mn samt S, hvorved resten er Fe og eventuelle urenheder, kendetegnet ved, at svovlindholdet er større end γ-g·