ES2218938T3 - Disco de freno para vehiculos de utilidad. - Google Patents

Abstract

Disco de freno para frenos de vehículos de utilidad, que está fabricado de fundición de hierro con grafito de láminas (GGL) y consta de (en% de masa) C: 3, 9 - 4, 2% Si: 0, 7 - 1, 2% P: < 0, 02% S: <_ 0, 02% o S = 0, 03% Al: < 0, 05%, a elección uno o varios elementos de aleación de entre Mn, V, Cu, Mo, Cr con una proporción de en total un máximc de un 1, 6% de masa, y como resto hierro, incluyendo las impurezas inevitables.

Description

Disco de freno para vehículos de utilidad.

La invención se refiere a un disco de freno de fundición de hierro con un grafito de láminas (GJL), para frenos de vehículo de utilidad.

Las ventajas conocidas de los frenos de disco en relación con los frenos de tambor y las demandas cada vez más elevadas de las propiedades de los frenos de vehículos de utilidad ligeros y pesados han llevado al hecho que no solo los vehículos de transporte de personas, sino también los vehículos de utilidad se equipan cada vez más con frenos de disco. Con ello son más elevadas las cargas, a las cuales se exponen los discos de freno de vehículos de utilidad, que las cargas que deben resistir los discos de freno de turismos. Así con vehículos de utilidad por motivo del peso más elevado del vehículo y de la carga transportada, las fuerzas a aplicar en un proceso de frenado son mucho más elevadas que con un turismo.

Además con un vehículo de utilidad se repiten a menudo los procesos de frenado. Así en particular los frenos de tales vehículos de utilidad ligeros, que se emplean como vehículos de suministro para el tráfico de proximidad, están expuestos a cargas que cambian a menudo.

A eso hay que añadir, que teniendo en cuenta el gasto, por lo que trae consigo el cambio de un disco de freno gastado con un vehículo de utilidad en la práctica, como también por motivos económicos de los requerimientos de resistencia al desgaste, de resistencia a choque térmico y de aptitud de conducción de calor demandados a los discos de freno de vehículos de utilidad, son cada vez más elevados. Así en la actualidad es válido para los discos de freno empleados en vehículos de utilidad el requerimiento de un tiempo de uso de al menos un millón de kilómetros. Se ha mostrado que no se pueden cumplir de modo satisfactorio los requerimientos requeridos de los discos de freno de vehículos de utilidad con las calidades de fundición de hierro empleadas hasta ahora.

De la solicitud alemana de invención DE 38 15 832 Al se conoce una aleación para discos de freno de vehículos, que presenta un 2,3 hasta 3,0% de peso de silicio, un 1,0 hasta 3,0% de peso de manganeso, un 0,2 hasta un 1,0% de peso de cromo, hasta un 2,0% de peso de cobre y un 3,7 hasta un 4,2% de peso de carbono así como hierro restante y las impurezas inevitables. Los frenos de disco fabricados de esta aleación deben presentar una amortiguación de ruido incrementado. En la prueba práctica se muestra sin embargo que tales discos de freno no están a la altura de los requerimientos térmicos requeridos en la operación en vehículos de utilidad.

De la solicitud japonesa de invención 04-27 25 22 se conoce además una composición de un disco de freno que presenta un 3,2 hasta un 4,0% de peso de carbono, un 2,3 hasta un 3,7% de peso de aluminio, un 0,5 hasta un 1,0% de peso de manganeso, un 0,1 hasta un 1,0% de peso de silicio, hasta un 0,015% de peso de fósforo y hasta un 0,1% de peso de azufre. Por motivo de la cantidad elevada del contenido de aluminio y silicio el disco de freno conocido presenta una resistencia elevada al calor. Ciertamente se ha mostrado que dado las condiciones de operación dadas en vehículos de utilidad los discos de freno fabricados de esta aleación de fundición tampoco cumplen los requerimientos de duración y de comportamiento de desgaste pedidos a los discos de freno de vehículos de utilidad.

Por tanto tiene la invención la finalidad, de procurar un disco de freno fabricado de fundición de hierro adecuado para vehículos de utilidad, que presenten una duración mayor en relación con la posición de la técnica.

Se soluciona esta finalidad de acuerdo con la invención, por un disco de freno del tipo indicado al principio, que está fabricado de fundición de hierro con grafito de láminas y que consta de (en% de masa) un 3,9 - 4,2% de carbono, un 0,7 - 1,2% de silicio, \leq 0,02% de fósforo, \leq 0,02% de azufre, \leq 0,05% de aluminio, a elección uno o más elementos de aleación de Mn, V, Cu, Mo, Cr con una proporción de en total un máximo de un 1,6% de masa, y hierro como el resto, incluyendo las impurezas inevitables. Alternativamente a una limitación del contenido de S a un máximo de un 0,02% de masa, el contenido de azufre puede también ser de 0,03% de masa.

El GJL empleado de acuerdo con la invención (fundición gris con grafito de láminas) está caracterizado por una parte por un contenido muy limitado que se encuentra en el alcance de eutéctico para carbono. Por otra parte se ha optimizado el contenido de silicio con vistas a la aptitud de conductibilidad de calor del material de fundición gris. Por el contenido elevado de carbono con al mismo tiempo un contenido reducido de silicio se alcanza una grafitización máxima, en la cual el silicio contenido en la aleación como elemento de grafitización y como formación de gérmenes favorece la eliminación de grafito eutéctico. De esta forma el disco de freno de acuerdo con la invención posee una aptitud de conducción de calor particularmente elevada y una dureza particularmente buena con al mismo tiempo una resistencia óptima al desgaste. Adicionalmente se mejora la aptitud de conducción de calor por una reducción al mínimo del contenido de aluminio. Por la elevada aptitud de conducción de calor de la materia prima empleada para su fabricación, el disco de freno formado de acuerdo con la invención está en posición de superar, con las cargas elevadas que se originan en la operación día tras día de un vehículo de utilidad, una duración decisivamente prolongada, en relación con un disco de freno usual.

Con ello por el contenido limitado de silicio de una aleación de fundición empleada de acuerdo con la invención, se ha tenido en cuenta la circunstancia, de que los discos de freno empleados en vehículos de utilidad están esencialmente dimensionados de modo más fuerte y debido a ello se solidifican más lentamente después de la colada que por ejemplo los discos de frenos de turismos, que poseen una masa sustancialmente más reducida. Así se solidifican en gris los discos de freno de vehículos de utilidad, que se han previsto para este motivo sean fundidos de una aleación de fundición gris de acuerdo con la invención, mientras que los discos de freno de turismos de la misma aleación se solidifican blancos y como tal no son utilizables.

Las partículas de aleación añadidas a elección hasta un contenido total de un 1,6% de masa pueden emplearse para por ejemplo incrementar la resistencia a la fluencia.

Con tales discos de freno, que se emplean en vehículos de utilidad particularmente fuertemente cargados y que debido a ello deben presentar una aptitud de conducción de calor particularmente buena con al mismo tiempo una gran masa, es ventajoso cuando el contenido de Si es de entre 0,7 y 1,0% de masa.

Con unas cargas reducidas y un dimensionado reducido correspondiente del disco de freno, debería estar el contenido de Si entre 1,0 y 1,2% de masa, para garantizar la formación deseada de la estructura de fundición gris.

Para averiguar las propiedades térmicas y la resistencia al desgaste de los discos de freno de acuerdo con la invención se han llevado a cabo ensayos en un "puesto de prueba recíproco". En tal puesto de prueba se presiona una pieza de prueba de una aleación de fundición contra un revestimiento de fricción móvil. De esta forma se pueden excluir las influencias por la geometría de la pieza de prueba del caso sobre el resultado de la investigación y se obtienen unos resultados de prueba, que se pueden comparar unos con otros sin más.

Los ensayos llevados a cabo sobre el "puesto de prueba recíproco" han dado como resultado que los discos de freno generados de acuerdo con la invención poseen una duración de más de un millón de kilómetros. La resistencia al choque térmico de los discos de freno de acuerdo con la invención se podía incrementar en hasta un 500 en relación con los discos de freno que se fabrican de las aleaciones usuales empleadas para este objetivo, y el desgaste en relación con los discos fabricados con las materias primas de serie conocidas se podía reducir en hasta un 80%.

A continuación se aclara la invención en mayor detalle con la ayuda de unos dibujos que representan un ejemplo de realización. Se muestra:

Figura 1 un disco de freno de aireación interior en una vista frontal parcialmente abierta;

Figura 2 el disco de freno en una sección longitudinal.

El disco de freno (B) de aireación interior representado en las figuras se emplea típicamente para vehículos de uso pesados. Posee un aro de frenado (1), en el cual se han formado taladros de paso radiales (2) para la aireación y taladros de orificios ciegos (3) para la reducción de peso.

El disco de freno (B) está fundido de una aleación de fundición gris, cuya composición a emplear de acuerdo con la invención está indicada en el segundo renglón del cuadro representado a continuación.

En este disco de freno se han averiguado los tiempos de duración en un puesto de prueba para discos de freno, que se alcanzan con el transcurso de un ciclo de operación definido hasta la rotura del disco.

Adicionalmente se han averiguado en el "puesto de prueba recíproco" las propiedades térmicas y el comportamiento de desgaste en una pieza de prueba fabricada de la aleación con una dimensión definida.

Los resultados, que se obtuvieron en el disco de freno fabricado de la aleación de fundición gris a emplear de acuerdo con la invención y también la pieza de prueba generada, se compararon con los resultados, obtenidos para un disco de freno fabricado de una aleación de fundición usual y respectivamente una pieza de prueba generada de esta aleación. La composición de la aleación de fundición gris usual empleada para la comparación está indicada en el tercer renglón del cuadro.

Con los ensayos en el puesto de prueba de discos de freno se mostró que el disco de freno de acuerdo con la invención, en comparación con un disco generado de una fundición gris usual, con una geometría igual, tiene una duración tres veces más elevada con un desgaste reducido en alrededor de un 50%.

Con los ensayes en el "puesto de prueba recíproco" era la duración de la pieza de prueba fabricada de la aleación de acuerdo con la invención cinco veces mayor que la duración de una pieza de prueba fabricada de la aleación usual empleada. Al mismo tiempo el desgaste de la pieza de prueba fabricada de acuerdo con la invención era alrededor de un 80 más reducido que el desgaste de la pieza de prueba, para cuya fabricación se utilizó la aleación usual.

\newpage

	Aleación empleada de acuerdo con la invención	Aleación comparativa
C	4,1	3,8
Si	1,0	1,9
P	0,02	0,08
S	0,03	0,09
Mn	0,3	0,55
Va	0,01	0,09
Cu	0,4	0,6
Mo	0,3	0,05
Al	0,015	0,02

Indicaciones en % de masa

Claims (4)

1. Disco de freno para frenos de vehículos de utilidad, que está fabricado de fundición de hierro con grafito de láminas (GGL) y consta de (en% de masa)

C: 3,9 - 4,2% Si: 0,7 - 1,2% P: \leq 0,02% S: \leq 0,02% o S = 0,03% Al: \leq 0,05%,

a elección uno o varios elementos de aleación de entre Mn, V, Cu, Mo, Cr con una proporción de en total un máximc de un 1,6% de masa, y como resto hierro, incluyendo las impurezas inevitables.

2. Disco de freno de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el contenido de Si se encuentra entre un 0,7 y un 1,0% de masa.

3. Disco de freno de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el contenido de Si se encuentra entre un 1,0 y un 1,2% de masa.

4. Disco de freno de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que está aireado.