DE2501083B2 - Verfahren zur Einstellung, untereinander gleicher Reibungseigenschaften und gleichen Abriebvorhaltens in GrauguBchargen - Google Patents

Description

Beschreibung

Aus der US-PS 2179 695 ist es bekannt, den Verschleißwiderstand von Gußeisen durch 0,05 bis 0,60% Titan pi verbessern.

In »Hochwertiges Gußeisen (Grauguß)«, von E Piwowarsky, 2. Auflage, 1951, Seite 780, wird die Herstellung von Bremstrommeln aus legiertem Grauguß, der Titan, Vanadium und Niob in Mengen von nicht mehr als 0,15% enthalten kann, beschrieben.

Bei der Herstellung von Bremstrommeln und Bremsscheiben aus Grauguß trat bisher das Problem auf, daß sich die Bremseigenschaften von Charge zu Charge erheblich verändern konnten, was natürlich gefahrenträchtig war, wenn an einem Kraftfahrzeug Bremsscheibe!« oder -trommeln verwendet wurden, die aus verschiedenen Gnugußrfirgen stammten. Man führte bisher die unterschiedlichen Bremseigenschaften von aus verschiedenen Chargen r ammenden Scheiben auf eine unterschiedliche Struktur des Graugusses zurück.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, bei dessen Durchführung es möglich ist, untereinander gleiche Reibungseigenschaften und gleiches Abriebverhalten in Graugußchargen einzustellen, um die vorstehend geschilderten Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch der> kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs gelöst.

Die Erfindung basiert demgemäß a-if der Erkenntnis, daß Reibungskoeffizienten, Abrieb- und Verschleißverhalten von Grauguß, der insbesondere als Werkstoff zur Herstellung von Bremsscheiben und Bremstrommeln verwendet wird, reproduzierbar eingestellt werden können, wenn die im Werkstoff enthaltenen Elemente Titan, Vanadium und Niob auf einen von den zu erzielenden Eigenschaften funktionell abhängigen, also vorzugebenden Wert, der maximal 0,15% für jedes dieser Elemente oder deren Gesamtmenge beträgt, eingestellt wird. Dieser Wert ist es nämlich, der für Bremsscheiben und Bremstrommeln für das Bremsverhalten charakteristisch ist Gemäß diesem Wert müssen die Bremsscheiben oder -trommeln zusammengepaßt werden, d. h. in Klassen eingeteilt werden, damit man bei einem Fahrzeug Bremsscheiben verschiedener Produktion zusammen verwenden kann. Die Einstellung der Gesamtmenge an Tita.;, Vanadi um und/oder Niob auf Werte unterhalb 0,015% gewährleistet daß die Reibungs- und Abriebseigenschaften des unlegierten Graugusses in reproduzierbarer Weise an dem oberen Ende des Bereiches liegen, der normalerweise für ein derartiges Material existiert. Eine

;5 Steuerung des Gesamtgehaltes an diesen Elementen auf mehr als 0,075% gewährleistet daß die Reibung und der Abrieb an dem unteren Ende des Bereiches reproduzierbar sind, welcher normalerweise einem jeden einzelnen Material zukommt Die obere Grenze liegt normaler weise unterhalb des Gehaltes, der größere Strukturver änderungen in dem unlegierten Grauguß bewirken würde.

Der Gehalt an den genannten Elementen läßt sich nach bekannten metallurgischen Methoden bestimmen.

Beispielsweise kann der Titangehalt spektrographisch während eines Standard-Qualitätskontrolltests der Schmelze durchgeführt werde, z. B. dann, wenn der Siliziumgehalt bestimmt wird, um die Abkühleigenschaften des Graugußeisens zu ermitteln.

Sowohl Titan als auch Vanadium und Niob bilden harte und hochiA-hmelzende Carbide (oder Komplexe davon), die in Form von harten diskreten Teilchen in dem Grauguß vorliegen. Der Gehalt an diesen Elementen kann durch entsprechende Zugaben zu dem

si Grauguß eingestellt werden. Beispielsweise läßt sich der Titangehalt durch Zugabe von Titan in Form von Ferrotitan zu der Schmelze erhöhen. Vanadin kann in Form von Ferrovanadin einer Graugußschmelze zugesetzt werden.

Die in der folgenden Tabelle angegebenen Beispiele erläutern generell bevorzugte Ausführungssfornien der Erfindung. In der Tabelle besteht der Rest bis zu 100% der Grauguß-Materialien natürlich aus Eisen. Die Beispiele 5 und 7 erläutern die Wirkung, die durch Zfgabe einer gesteuerten Menge an Vanadin zu dem Gußeisen von Beispiel t erzielt wird. Das Beispiel 3 zeigt die Wirkung der Zugabe einer gesteuerte". Menge an Titan zu dem Gußeisen von Beispiel 2 (die Zugabe dieser gesteuerten Mengen erfolgt nach metallurgi sehen Standardmethoden). Die restlichen Beispiele können zur Erläuterung der Wirkung eines sich allmählich erhöhenden Titangehaltes in einer gesteuerten Weise in verschiedenen Grauguß-Materialien verwendet werden.

Zusammensetzung (%)	Beispiel	2	3	4	5	6	7	8	9
und Eigenschaften	I	3,32	3,28	3,42	3,20	3,60	3,20	3,32	3,30
Kohlenstoff	3,20	1,77	1,95	2,23	2,15	2,00	2,15	1,77	2,10
Silicium	2,15	0,56	0,81	0,60	0,62	0,75	0,62	0,56	0,65
Mangan	0,62	0,07	0,03	0,103	0,06	0,035	0,06	0,07	0,03
Schwefel	0,06	0,11	0,058	0,06	0,075	0,010	0,075	0,11	1,30
Phosphor	0,075	0,014	0,018	0,029	0,012	0,053	0,012	0,092	0,107
Titan	0,012	—	-	-	0.027	-	0.048	_	_
Vanadium	_

	3	Beispiel 1	2	25 01	083	5	6	4	7	8	9
Fortsetzung		0,48 0,55 0,03	0,53 0,65 0,05			0,38 0,31 0,02	0,41 0,24 0,01		0,34 0,28 0,01	0,38 0,21 0,005	0,38 0,19 0,01
Zusammensetzung (%) und Eigenschaften		—	0,52 0,89 0,06	3	4	0,48 0,96 0,05	0,40 0,66 0,03	0,38 0,81 0,04	—	0,39 0,48 0,01
Reibung (Material A) Materialabrieb (Material Scheibenabrieb (Material	A) A)		0,43 0,40 0,02	0,40 0,28 0,01
Reibung (Material B) Materialabrieb (Material Scheibenabrieb (Material	B) B)		0,48 0,60 0,05	0,44 0,93 0,05

Materialabrieb = Verlust der Dicke, eines jeden Scheibenbremsklotzes in mm. Scheibenabrieb = Gesamtverlust der Dicke einer jeden Scheibe in mm.

Die Tabelle zeigt die Wirkungen, die dann erzielt werden, wenn Bremsscheiben, die aus Gußeisen hergestellt werden, gegenüber einem oder zwei Typen von Scheibenbremsklötzen, die nachfolgend als Material A und Material B bezeichnet wt-rden, mit Standardqualität (im Handel erhältlich) getestet werden. Die Testmethode wird nachfolgend näher beschrieben.

Testmethode

Bekannte Scheibenbremsklötze werden mit voller Groß«: in eine übliche Bremse eingebaut, wobei die entsprechend dimensionierten Scheiben verwendet werden. Es wird ein Trägheitsdynamometer mi* 294 kg/m² verwendet Zur Durchführung eines jeden Tests wird ein neuer Satz Bremsklötze verwendet, wobei die Scheiben vor jedem Test frisch geschliffen werden.

Der Test umfaßt sieben temperaturgesteuerte Schaltungen mit jeweils 200 Bremsungen während einer Zeitspanne von 3 Stunden, welche typische Straßenbedingungen «ines Personenwagens simulieren sollen. Die Geschwindigkeit beim Betätigen der Bremse, beim Loslassen der Bremse, der Druck und die Temperatur werden in willkürlichen, jedoch reproduzierbaren Folgen eingehalten, damit ein Energiespektrum erhalten wird, das jeweils für verschiedene Beanspruchungsgrade repräsentativ ist, die bei einsr üblichen Verwendung von Personenkraftwagen auf Straßen auftreten.

Die 7 Schaltungen umfassen zwei Schaltungen, welche ein Laufen unter geringer Beanspruchung simulieren sollen, zwei Schaltungen simulieren eine mäßige Beanspruchung und zwei Schaltungen eine schwere Beanspruchung, der sich eine Schaltung für eine mäßige Beanspruchung anschließt. Die Temperaturen werden in der Weise gesteuert, daß die folgenden Bereiche erfaßt werden:

Geringe Beanspruchung
Durchschnitt

Mäßige Beanspruchung
Durchschnitt

Schwere Beanspruchung
Durchschnitt

70-140⁰C
100⁰C

90-210⁰C
150⁰C

150-300⁰C
2I0°C

Die Reibung wird bei jedem Eremsen gemessen und automatisch in Abhängigkeit von der Temperatur aufgetragen. Die bei der Durchführung der Beispiele erhaltenen Werte ste"en die durchschnittliche Reioung dar. die bei 150⁰C im Falle der abschließenden Schaltung für eine mäßige Beanspruchung ermittelt wird.

Jeder Bremsklotz wird an 4 Punkten gemessen, wobei ein Digitalmikrometer verwendet wird, das auf 0,0025 mm ablesbar ist Die Scheiben werden mit einem ähnlichen Mikrometer an 16 Stellen gemessen, die rund um die Scheibe in einem Abstand von 19 mm von dem dem äußeren Umfang liegen. Die bei der Durchführung der Beispiele erhaltenen Werte sind die Gesamtdickeverluste, die während der vollen 7 Schaltungen auftreten.

Die Ergebnisse können in Form graphischer Darstellungen zusammengefaßt werden, welche durch die Figuren wiedergegeben werden. Es zeigt
F i g. 1 eine graphische Darstellung des Reibungsko-

J5 effizienten, der in Abhängigkeit von dem Gehalt des Metalls aufgetragen ist, das harte und hochschmelzende diskrete Teilchen bildet,

Fig.2 eine graphische Darstellung des Reibungsmaterialabriebs, der in Abhängigkeit von dem fwatallgehalt aufgezeichnet ist,

Fig.3 eine graphische Darstellung des Scheiben-(Gußeisen-)abriebs.der in Abhängigkeit von dem Metall aufgetragen ist
Man sieht, daß durch eine Steuerung des Titangehaltes plus des Vanadingehaltes (oder eines Gehaltes an einem anderen Material oder einem gemischten Metallsystem) auf einen Wert innerhalb des Bereiches von 0-a hohe Reibungskoeffizienten (und eine hohe Abriebgeschwindigkeit) erzielt werden. Durch Steuerung des Titangehaltes auf einen Wert zwischen b — b} werden geringe Reibungskoeffizienten (und eine niedrige Abriebgeschwindigkeit) erzielt. Es ist natürl'ch möglich, den Gehalt an Titan oder einem ähnlichen Melali auf einen Wert innerhalb des Bereiches a — b einzuregulieren, um einen Zwischenreibungskoeffizienten zu erzielen, die Steilheit der Kurve in die-jem Bereich bedeutet jedoch normalerweise, daß das Ausmaß der Steuerung der Reibungseigenschaften nicht so exakt ist. Die Positionen von a und b schwanken je nach dem

bo verwendeten Reibungsmittel. Im Falle des Materials A liegt a bei 0,015% Titan und b bei 0,04%, während im Falle des Materials B a bei 0,02% Titan und bbei 0,065% liegt. Aus den graphischen Darstellungen geht deutlicii hervor, daß durch die Erfindung erstmalig die Möglichkeit einer genauen Steuerung der Reibungseigenschaften von Gußeisen geschaffen wird, so daß eine Methode zur Verfüjjung gestellt wird, welche eine Reproduzierbarkeit dieser Eigenschaften von Gußei-

sencharge zu Gußeisencharge gewährleistet. Durch die Erfindung ist es nunmehr möglich, Unterschiede zu vermeiden, die bezüglich der Eigenschaften von Gegenbauelementen in einem Fahrzeug oder in verschiedenen Fahrzeugen einer bestimmten Bauart auftreten, und zwar dadurch, daß gewährleistet ist, daß der Gehalt an Titan oder einem ähnlichen Metall in der Gußeisencharge auf einem gewünschten Gehalt gehalten wird, wobei erforderlichenfalls der Gehalt auf den gewünschten Wert eingestellt wird. Der Gehalt an Titan oder einem ähnlichen Metall läßt sich, wie vorstehend beschrieben worden ist, leicht erhöhen, eine Herabsetzung des Gehaltes ist jedoch in einer Gießerei schwierig zu bewerkstelligen, da eine Verdünnung des Grundeisenmaterials mit einem eisenhaltigen Material erforderlich ist, das einen geringen Gehalt an einem derartigen Metall aufweist.

Andere im Handel erhältliche Reibungsmaterialien ergeben Ergebnisse, die mit denjenigen vergleichbar sind, welche im Falle der vorstehend beschriebenen im Handel erhältlichen Reibungsmaterialien erzielt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Einstellung untereinander gleicher Reibungseigenschaften und gleichen Abriebverhaltens in Graugußchargen, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Titan, Vanadium und Niob einzeln oder gemeinsam auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird, der höchstens 0,15% beträgt

2 Verwendung eines nach Anspruch 1 hergestellten Graugusses als Werkstoff zur Herstellung von Bremstrommeln und Bremsscheiben.