NO150005B - Bremsesko av stoepejern med hoey slitasjemotstand - Google Patents

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.

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.

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.

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.

Grenseverdien for denne bedre måte å oppføre seg på synes

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.

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.

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%

, 0 . Som nevnt innledningsvis befinner manganmengden seg i i, a

området fra 0,27 til l,5vekt%.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

Jerbanebremseskoen ifølge oppfinnelsen består av i vekt%:

Resten er jern og tilfeldige forurensninger.

Steaditt dannes som en naturlig følge av termodynamikken under kjøling av støpejernet.

Claims (1)

1. Bremsesko av støpejern med høy slitasjemotstand, særlig for bremser for jernbanevogner, hvor bremseskoen inneholder i vekts 2,5-3,5^ C, 1,6-2,27. Si, 2,0-6,0% P, 0,27-1,5% Mn, samt S, og rest Fe oa eventuelle forurensninaer, karakteri-

   sert ved at svovelinnholdet er