NO150005B

NO150005B - BRAKE SHOE OF CASTLE IRON WITH HIGH WEAR RESISTANCE

Info

Publication number: NO150005B
Application number: NO780042A
Authority: NO
Inventors: Chandi P Biswas; Hugo R Larson
Original assignee: Abex Corp
Priority date: 1977-01-18
Filing date: 1978-01-05
Publication date: 1984-04-24
Also published as: AT374899B; FI773871A; NO150005C; CH632297A5; CA1090621A; FI67881C; LU78846A1; ATA4578A; FI67881B; DK153026B; DK153026C; NO780042L; DK22378A

Description

Denne oppfinnelse vedrører en bremsesko av støpejern med høy slitasjemotstand, særlig for jernbanevogner, hvor bremseskoen inneholder i vekt% 2,5-3,5% C, 1,6-2,2% Si, 2,0-6,0% P, 0,27-1,5% Mn, samt S, og rest Fe og eventuelle forurensninger. This invention relates to a cast iron brake shoe with high wear resistance, particularly for railway vehicles, where the brake shoe contains by weight % 2.5-3.5% C, 1.6-2.2% Si, 2.0-6.0% P , 0.27-1.5% Mn, as well as S, and the rest Fe and any impurities.

Støpejern ansees å være det beste friksjonsmateriale for jernbanevognhjul, særlig når driftsforholdene er vanskelige, f.eks. i de tilfelle hvor bremser settes på i lengere tidsperi-oder under fart med stor last og nedoverbakke med kraftig helling. Cast iron is considered to be the best friction material for railway carriage wheels, especially when operating conditions are difficult, e.g. in cases where the brakes are applied for longer periods of time while driving with a heavy load and downhill with a steep incline.

I flere år har man ansett som vanlig for støpejerns bremsesko for jernbaner å benytte støpejern med omtrent 3% karbon, 1,5% silicium, ikke mer enn omtrent 0,15% svovel og ikke mer enn omtrent 1.5% fosfor og resten jern, unntatt forurensninger. Mangan vil f.eks. være til stede i skrapjern eller skrapstål, hvilket ikke er til å unngå. Svovel og fosfor som finnes i koksen benyttet ved fremstilling av støpejern, blir betraktet som uønskelig rest. For several years it has been considered normal for cast iron brake shoes for railways to use cast iron with about 3% carbon, 1.5% silicon, not more than about 0.15% sulfur and not more than about 1.5% phosphorus and the balance iron, except pollutants. Manganese will e.g. be present in scrap iron or scrap steel, which cannot be avoided. Sulfur and phosphorus found in the coke used in the production of cast iron are considered undesirable residues.

I U.S. patent 3 620 334 (se også britisk patent 1 238 646) foreslåes det en betydelig økning av fosformengden som uventet skulle bidra til nedsatt gnistring og brennbarhet, hvilket er en betydelig fordel med tanke på mindre risiko for brann som følge av gnistring mellom bremseskoen og hjulet. Like viktig er det faktum at høyere fosforgehalt fører til redusert slita-sje og dermed lengre brukstid. In the U.S. patent 3 620 334 (see also British patent 1 238 646) a significant increase in the amount of phosphorus is proposed which should unexpectedly contribute to reduced sparking and flammability, which is a significant advantage in terms of less risk of fire as a result of sparking between the brake shoe and the wheel . Equally important is the fact that a higher phosphorus content leads to reduced wear and thus a longer service life.

Grenseverdien for denne bedre måte å oppføre seg på synes The limit value for this better way of behaving seems

å være 2 vekt% fosfor og ingen særlig fordel oppnås over den øvre grense på omtrent 6%. Innholdet av karbon og silicium kan i realiteten være uforandret sammenlignet med den tidligere sammensetning. Karbon og silicium kan være til stede i en to-tal mengde på 6% eller mindre, og det foretrekkes omtrent 2,5-3,5% karbon og 1,6-2,2% silicium. to be 2% by weight phosphorus and no particular benefit is obtained above the upper limit of about 6%. The content of carbon and silicon may in reality be unchanged compared to the previous composition. Carbon and silicon may be present in a binary amount of 6% or less, and about 2.5-3.5% carbon and 1.6-2.2% silicon is preferred.

Bremsesko av grått støpejern med mer enn 2% fosfor består overveiende av korn av perlitt og/eller ferritt (og grafitt) i et kontinuerlig nettverk av et ternært eutektikum (steaditt), dvs. at steaditt omgir perlitt- og/eller ferrittkornene som vist på mikrofotografiet. Steaditt i et typisk støpejern (f.eks. 2,8% C og 3,0% P) størkner ved omtrent 954°C, mens ma-terialet utenfor nettverket størkner ved omtrent 1149°C. Steaditt består av Fe^C, Fe^P og Fe. Man tror at steaditt-nettverket i kontinuerlig form frembrakt ved den store fosformengde er årsaken til de uventede fordeler ved støpejernsko med stor fosforgehalt. Jernet i eutektikum kan ha forskjellig form av-hengig av støpeteknikken, hvilket er uten betydning for denne oppfinnelse. Jernets skjørhet kan f.eks. varieres ved hjelp av varmebehandlingen. Gray cast iron brake shoes with more than 2% phosphorus consist predominantly of grains of pearlite and/or ferrite (and graphite) in a continuous network of a ternary eutectic (steadite), i.e. steadite surrounds the pearlite and/or ferrite grains as shown in the photomicrograph. Steadite in a typical cast iron (eg 2.8% C and 3.0% P) solidifies at about 954°C, while the material outside the network solidifies at about 1149°C. Steadite consists of Fe^C, Fe^P and Fe. It is believed that the steadite network in continuous form produced by the large amount of phosphorus is the reason for the unexpected advantages of cast iron shoes with a high phosphorus content. The iron in the eutectic can have a different shape depending on the casting technique, which is of no importance for this invention. The fragility of the iron can e.g. is varied by means of the heat treatment.

Man har funnet at en jernbanebremsesko som inneholder 2-6% fosfor kan forbedres ytterligere ved bruk av svovel i en slik mengde at slitasjen nedsettes ytterligere, mens den redu-serende virkning på gnistring som skyldes fosfor, bare påvirkes i mindre grad. Ifølge oppfinnelsen er hovedinnholdet relatert til manganmengden og svovelinnholdet skal være større enn Mn% It has been found that a railway brake shoe containing 2-6% phosphorus can be further improved by the use of sulfur in such an amount that wear is further reduced, while the reducing effect on sparking due to phosphorus is only affected to a lesser extent. According to the invention, the main content is related to the amount of manganese and the sulfur content must be greater than Mn%

, 0 . Som nevnt innledningsvis befinner manganmengden seg i i, a , 0 . As mentioned at the beginning, the amount of manganese is in i, a

området fra 0,27 til l,5vekt%. the range from 0.27 to 1.5% by weight.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor under henvis-ning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser en kurve (en rett linje) som illustrerer for-holdet mellom slitasjen og svovelmengden for en bremsesko, mens fig. 2 viser et mikrofotografi (200 ganger forstørrelse). The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings, where: Fig. 1 shows a curve (a straight line) which illustrates the relationship between the wear and the amount of sulfur for a brake shoe, while fig. 2 shows a photomicrograph (200 times magnification).

Man tror at den forøkede slitasjemotstand oppnådd i sam-svar med oppfinnelsen skyldes det forhold at eutektikum er blitt forsterket ved FeS. Uansett hvilken teori som legges til grunn, er det rene faktum at slitasjemotstanden er blitt forbedret ved at man benytter mer svovel enn hva som trenges for dannelse av MnS. Grunnen til å utligne svovelmengden til MnS er at det jern som benyttes er nødt til å inneholde noe mangan som fortrinnsvis forener seg med svovel. Dette MnS er uten tvil tilordnet perlitt- og/eller ferrittkornene som ligger utenfor nettverket av eutektisk materiale. It is believed that the increased wear resistance achieved in accordance with the invention is due to the fact that the eutectic has been strengthened by FeS. Regardless of which theory is used as a basis, the simple fact is that wear resistance has been improved by using more sulfur than is needed for the formation of MnS. The reason for balancing the amount of sulfur with MnS is that the iron used must contain some manganese which preferably combines with sulphur. This MnS is undoubtedly assigned to the pearlite and/or ferrite grains that lie outside the network of eutectic material.

Atomvekten for mangan er 55 og for svovel 32, slik at for hver vekt% av svovel som er til stede, forbrukes mangan i for-holdet 55/32, dvs. omtrent 1,72. Når det tillates en liten mengde ubundet svovel i fast oppløsning og lignende mindre virkninger, kan svovelmengden i vekt% som ikke er oppbrukt og som kan brukes for eutektikum, skrives som S-(Mn/l,8), dvs. vektprosenten av svovel minus vektprosenten av mangan delt med 1,8 som er til stede. The atomic weight for manganese is 55 and for sulfur 32, so that for each weight% of sulfur present, manganese is consumed in the ratio 55/32, i.e. approximately 1.72. Allowing for a small amount of unbound sulfur in solid solution and similar minor effects, the amount of sulfur in wt.% that is not used up and that can be used for the eutectic can be written as S-(Mn/l.8), i.e., the wt.% of sulfur minus the percentage by weight of manganese divided by 1.8 that is present.

Kurven på tegningen er satt opp på basis av uauacue x tabell I og disse data er frembragt ved hjelp av et dynamometer, hvor en forsøkssko ble sammenlignet med en standardsko for bestem-melse av slitasjeforholdet. Standardskoen hadde følgende sammensetning: Karbon 2,8%, silicium 2,1% og fosfor 3%. Ved først å må-le slitasjen på standardskoen og deretter på hver etterfølgende prøvesko under de samme dynamometerforhold, var det mulig å regne ut relative slitasjeforhold mellom prøvesko og standardsko. The curve in the drawing is set up on the basis of uauacue x table I and this data is produced using a dynamometer, where a test shoe was compared with a standard shoe to determine the wear ratio. The standard shoe had the following composition: Carbon 2.8%, silicon 2.1% and phosphorus 3%. By first measuring the wear on the standard shoe and then on each subsequent test shoe under the same dynamometer conditions, it was possible to calculate relative wear ratios between test shoes and standard shoes.

Av' kurven fremgår at når svoveloverskuddet øker, avtar slitasjeforholdet (SL), dvs. at når svovelinnholdet øker utover det som kan bindes til mangan, vil slitasjeforholdet avta. I prak-sis betyr dette at bremseskoen kan antas å tåle flere nødbrems-ninger eller kraftigere sådanne ettersom svoveloverskuddet øker, hvilket også kan være av stor betydning når bremsen på et tog settes på i lengere tid under utforkjøring i et kupert terreng. The curve shows that when the excess sulfur increases, the wear ratio (SL) decreases, i.e. that when the sulfur content increases beyond what can be bound to manganese, the wear ratio will decrease. In practice, this means that the brake shoes can be assumed to withstand more emergency braking or more powerful ones as the excess sulfur increases, which can also be of great importance when the brakes on a train are applied for a longer period of time during descent on hilly terrain.

Området for karbon og silicium er allerede gitt. Fosfor ligger i området fra 2 til 10 vekt%, men fra 2,4 til 5% er å foretrekke. The range of carbon and silicon is already given. Phosphorus is in the range from 2 to 10% by weight, but from 2.4 to 5% is preferable.

Av ovennevnte vil fremgå at hvis skoen inneholder mindre enn 2% fosfor, hovedsakelig for å redusere risikoen for gnistring eller brenning, er det mulig å tillate i det minste og betydelig mer enn 0,15% svovel i skomaterialet uten ufordelaktige virkninger. Skoens kvalitet forbedres ytterligere som det fremgår av kurven, som viser at det er mulig å benytte jern med mer svovel enn man tidligere har antatt. Et slikt jern er vanligvis billigere. From the above it will be seen that if the shoe contains less than 2% phosphorus, mainly to reduce the risk of sparking or burning, it is possible to allow at least and significantly more than 0.15% sulfur in the shoe material without adverse effects. The quality of the shoe is further improved as can be seen from the curve, which shows that it is possible to use iron with more sulfur than previously thought. Such an iron is usually cheaper.

Fig. 2 viser et typisk fotografi med 200 ganger forstør-relse av metallet i standardskoen og prøveskoen benyttet i dyna-mometerforsøket og viser at steaditt danner et kontinuerlig nettverk (hvitt) som omgir perlittkornene (mørke). Fig. 2 shows a typical photograph with 200 times magnification of the metal in the standard shoe and the test shoe used in the dynamometer test and shows that steadite forms a continuous network (white) that surrounds the pearlite grains (dark).

Jerbanebremseskoen ifølge oppfinnelsen består av i vekt%: The railway brake shoe according to the invention consists of, in weight%:

Resten er jern og tilfeldige forurensninger. The rest is iron and random impurities.

Steaditt dannes som en naturlig følge av termodynamikken under kjøling av støpejernet. Steadite is formed as a natural consequence of the thermodynamics during cooling of the cast iron.

Claims

Brake shoes made of cast iron with high wear resistance, especially for brakes for railway carriages, where the brake shoe contains by weight 2.5-3.5^ C, 1.6-2.27. Si, 2.0-6.0% P, 0.27-1.5% Mn, as well as S, and the rest Fe and other possible contaminants, charac-

cert in that the sulfur content is