DE1533278B1

DE1533278B1 - Gesinterter Reibwerkstoff

Info

Publication number: DE1533278B1
Application number: DE19661533278
Authority: DE
Inventors: Guenter Gerloff; Ulrich Dipl-Ing Voelker
Original assignee: Jurid Werke GmbH
Current assignee: Federal Mogul Bremsbelag GmbH
Priority date: 1966-04-30
Filing date: 1966-04-30
Publication date: 1970-10-01
Also published as: GB1168099A; US3437458A

Description

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Die Erfindung betrifft einen gesinterten Reib- Graphit und 10 bis 15% Blei oder andere niedrig-

werkstoff auf Eisenbasis. schmelzende Metalle enthalten soll. Hier wird ver-

Die Sinterreibwerkstoffe haben gegenüber den mit sucht, einen verringerten Graphitanteil durch einen organischen, harzartigen Bindemitteln hergestellten verhältnismäßig hohen Bleianteil auszugleichen, um Reibwerkstoffen den hauptsächlichen Vorteil, wesent- 5 die innere Festigkeit bei der Verwendung von pullich höheren Wärmebeanspruchungen gewachsen zu verigem Graphit zu verbessern und die Geräuschsein, neigung zu vermindern. Es wird aber, in der gleichen

Sie werden aus einem innigen Gemisch von Metall- Schrift, warnend darauf verwiesen, daß bereits bei und Nichtmetallpulvern durch Pressen und Sintern Anteilen unter 25°/₀ Graphit Geräuschneigung aufhergestellt. Üblicherweise bestehen diese Reibwerk- io tritt.

stoffe aus gesinterten Bleibronzen mit Zusätzen an Die Neigung zur Geräuschbildung hängt zusammen

Trockenschmiermitteln und sogenannten Reibstützern. mit dem großen Unterschied von Haft- und Gleit-

AIs Trockenschmiermittel eignen sich beispielsweise reibung bei diesen Stoffen, einer dem Fachmann als

Graphit und Molybdänsulfid; dagegen kommen für »Stick-Slip« bekannten Erscheinung. Außerdem ist der

die Erhöhung des Reibbeiwertes keramische Zuschläge 15 Verschleiß immer noch verhältnismäßig hoch, da die

und Mineralien wie z. B. Quarz und Korund in Frage. innere Scherfestigkeit des Materials durch die ge-

Man hat es durch entsprechende Variation der Zu- forderten Graphitzuschläge gering ist.

sätze in der Hand, sich, vor allem was den Reib- Ein hoher Anteil an bindenden Metallen, ins-

beiwert anbetrifft, auf alle Anwendungsfälle einstellen besondere wenn es sich um die leicht schmelzenden,

zu können. ²° z. B. Cadmium, Wismut und Blei, handelt, bleibt nun

Um die Herstellungskosten zu senken, versucht man nicht gleichmäßig im Reibwerkstoff verteilt, sondern

schon seit langem, von den Bronzereibwerkstoffen auf unter Verarmung des Anteiles im Inneren wandert ä

solche überzugehen, die hauptsächlich Eisen enthalten. ein großer Prozent unter der Einwirkung der beim ™

So wird beispielsweise in der USA.-Patentschrift Reibeingriff entwickelten Wärme nach außen und 3 067 493 vorgeschlagen, zur Stabilisierung des Reib- 25 bewirkt an der Reiboberfläche eine zusätzliche beiwertes eines gesinterten Eisenreibwerkstoffes über Schmierung. Diese Erscheinung kann unter gewissen einen weiten Temperaturbereich statt nur Eisen eine Umständen sogar erwünscht sein, weil auf diese Eisen-Nickel-Legierung mit von der Temperatur unab- Weise ein Angriff der Gegenfläche vermieden und zuhängigem Ausdehnungskoeffizienten einzusetzen. Der sätzlich kinetische Energie als Schmelzwärme geNachteil ist aber, daß Nickel knapp und teuer ist. 30 bunden wird.

Es ist weiter bekannt, z. B. aus der deutschen Aus- Es ist andererseits jedoch klar, daß der Austritt

legeschrift 1189 814, Sinterreibwerkstoffen auf Eisen- eines schmelzflüssigen Metalls an die Reiboberfläche

basis hauptsächlich Graphit, in diesem Fall 15 bis in nachteiliger Weise zu einer Herabsetzung des Reib-

60 Gewichtsprozent, zuzusetzen. beiwertes im Betrieb und damit zu einer weiteren

In dieser Auslegeschrift sind auch die im wesent- 35 ungünstigen Vergrößerung des Unterschiedes zwischen

liehen zu fordernden Eigenschaften solcher Reibwerk- Haft- und Gleitreibung führt.

stoffe angegeben; nämlich: Der erfindungsgemäße Reibwerkstoff vermeidet

1 ein hoher Reibbeiwert diese Nachteile. Er hat die vorerwähnten fünf Eigen-

2. eine hohe Verschleißfestigkeit, f haften und genügt außerdem noch den folgenden

3. Konstanz des Reibbeiwerts, ⁴° besonderen Anforderungen:

4. geräuschloses, weiches und gleichmäßiges Arbeiten Bei ausreichender, innerer Festigkeit tritt kein der mit dem Reibwerkstoff bestückten Konstruk- Gegenangriff oder Neigung zum Feuern im tionsteile, Trockenlauf auf. Die Zusammensetzung des |

5. billige Herstellung. Materials bleibt im Betrieb unverändert; der "

„. , . „ 1 ·.,.,. μ ,.1 j. ~ 1 ,· 1 ■, ⁴⁵ Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung

Em hoher Graphitanteil soll hauptsächlich dazu bleibt klein dienen, das Fressen oder den Gegenangriff im Zusammenwirken mit der Gegenreibfläche, die meistens Es zeigt sich nun, daß die geschilderten Schwierigaus Gußeisen, Temperguß und gehärteten oder unge- keiten vermieden und die vorteilhaften Eigenschaften härteten Maschinenbaustählen besteht, zu vermeiden. 50 erreicht werden können durch Verwendung eines Die Schwierigkeit bei den Stoffen mit so hohem Reibwerkstoffes auf Eisenbasis in einer gemäß der Graphitanteil besteht jedoch darin, Reibbeläge mit Erfindung besonders ausgeglichenen Zusammengenügender innerer Festigkeit herzustellen. setzung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Reib-

Man hat deshalb bei einem anderen Reibwerkstoff werkstoff aus 10 bis 15 Gewichtsprozent Graphit, 1,5

auf Eisenbasis (deutsche Auslegeschrift 1 205 286) ver- 55 bis 3,5 Gewichtsprozent eines oder mehrerer der

sucht, erstens den Graphitanteil auf 20 bis 32 Gewichts- Metalle Arsen, Antimon oder Wismut, Rest Eisen

prozent zu verkleinern, zweitens eine Mischung von besteht. Wenn zwei oder alle drei dieser Metalle in

pulverigem und flockigem Graphit einzusetzen und Legierung zugesetzt sind, beträgt der Wismutanteil

drittens 3 bis 10 Gewichtsprozent bindend wirkende vorteilhafterweise mindestens 50 Gewichtsprozent der

Bestandteile wie Kupfer, Blei, Wismut oder Cadmium 60 Legierungsbestandteile dieser Metalle,

hinzuzufügen. Hierdurch sollten die oben erwähnten Während in der deutschen Auslegeschrift 1 205 286

Eigenschaften bei genügender innerer Festigkeit er- darauf hingewiesen wird, daß Reibelemente mit einem

zielt werden. Es wird aber zugegeben, daß Reibbeläge Graphitanteil unter 25 Gewichtsprozent bereits zu

aus einer derartigen Pulvermischung, wenn der geräuschvoller Betriebsweise neigen und geringere

Graphitanteil geringer als 25 % ist, zu einer geräusch- 65 Anteile an Graphit hohe Anteile an Blei bedingen,

vollen Betriebsweise neigen. zeichnet sich der erfindungsgemäße Reibwerkstoff bei

Außerdem ist in dieser Schrift als schon bekannt hervorragendem Betriebsverhalten durch eine überein Reibwerkstoff erwähnt, der im Eisen 10 bis 50% raschend einfache Zusammensetzung bei verhältnis-

mäßig niedrigen Graphitanteilen und sehr geringen Anteilen an teuren Zuschlagmetallen aus.
Ein mit den Gewichtsanteilen von

14,5% C,
Rest 8£2%°Fe

hergestellter Reibwerkstoff zeigte besonders günstige Eigenschaften, vor allem einen gleichmäßig hohen Reibbeiwert. Dieser gleichmäßige Verlauf des Reibbeiwertes ergab sich sowohl in Abhängigkeit vom Anpreßdruck als auch von der Gleitgeschwindigkeit oder von der Temperatur.

Ein gleichmäßig weicher, geräuschloser Reibeingriff auch im Trockenlauf ist die vorteilhafte Folge. Als weitere günstige Eigenschaft war eine gute innere Festigkeit des Materials und infolgedessen eine lange Lebensdauer der hieraus hergestellten Reibbeläge zu verzeichnen.

Der im wesentlichen aus nur drei Komponenten zusammengesetzte Reibwerkstoff zeigte weiter eine gute Verformbarkeit und war leicht zu verarbeiten.

Die Pulvermischung in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung bestand aus

Eisenpulver in einer Körnung ^2S

kleiner als 0,1 mm Maschenweite,
Graphitpulver in einer Körnung

kleiner als 0,3 mm Maschenweite und
Wismutpulver in einer Körnung

kleiner als 0,06 mm Maschenweite.

Die Mischung wurde mit 4 Mp/cm² verpreßt und bei 960 bis 980⁰C gesintert. Der sich ergebende Reibwerkstoff hatte eine Brinellhärte von 18 bis 25 kp/mm².

In der Zeichnung sind in graphischer Darstellung der Verlauf des Reibbeiwertes in Abhängigkeit von der Flächenpressung, der Gleitgeschwindigkeit und der Reibfiächentemperatur sowie der Verschleiß angegeben. Der Prüfstand, mit dessen Hilfe die Messungen gemacht wurden, war dabei so aufgebaut, daß zwei Proben mittels einer zangenähnlichen Vorrichtung gegen die einander gegenüberliegenden Flächen einer umlaufenden Scheibe von etwa 400 mm Durchmesser gepreßt werden. Die Scheibe wird durch einen elektrischen Antrieb auf die festgelegte Drehzahl gebracht; danach werden die beiderseits neben der Scheibe angeordneten Belagproben hydraulisch an die Scheibe angedrückt. Die hydraulisch betätigte, zangenartige Vorrichtung ist über einen Hebel auf einer Druckmeßdose abgestützt.

Die Scheibe, als Gegenmaterial in der Reibpaarung, bestand aus einem phosphor- und schwefelarmen Stahl mit 0,6% C, 0,25% Si, 0,25% Mn und maximal je 0,035% P und S, VDEh-Bezeichnung des Stahles: CK 60.

Der erfindungsgemäße Reibwerkstoff in der Zusammensetzung 14,5 Gewichtsprozent C, 3,3 Gewichtsprozent Bi, Rest Fe — sein Reibbeiwertverlauf ist in der Zeichnung mit 1 gekennzeichnet — wurde verglichen mit bekannten Reibwerkstoffen, wobei die mit 2 und 3 gekennzeichneten Meßergebnisse sich auf Reibwerkstoffe nach der deutschen Auslegeschrift 1 205 286 und der mit 4 sekennzeichnete Kurvenverlauf sich auf einen Reibwerkstoff nach der deutschen Auslegeschrift 1189 814 beziehen. Diese Reibwerkstoffe waren wie folgt zusammengesetzt:

Probe 2

22,0 Gewichtsprozent C
4,5 Gewichtsprozent Bi
Rest Fe

Probe 3

29,5 Gewichtsprozent C
4,0 Gewichtsprozent Bi
Rest . Fe

Probe 4

30 Gewichtsprozent C
70 Gewichtsprozent Fe

Aus dem Verlauf der Kurven 2 und 3 ist deutlich zu erkennen, daß der Reibbeiwert mit ansteigendem Graphitanterl und besonders mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit stark abfällt. Diese Erscheinung, die mit »Geschwindigkeitsfading« bezeichnet wird, macht sich auch bei der mit 4 bezeichneten Probe stark bemerkbar. Bei einer Verwendung solcher Reibwerkstoffe in Bremsen bedeutet ein Anstieg des Reibwertes bei Erniedrigung der Geschwindigkeit eine durchaus unerwünschte Vergrößerung der Blockiergefahr.

Alle drei bekannten Reibwerkstoffe (Proben 2, 3 und 4) zeigten weiter eine besonders bei 4 sehr stark ausgeprägte Abnahme des Reibbeiwertes mit der Temperatur, das gefürchtete »Wärmefading«.

Aus dem Temperatur- und aus dem Gleitgeschwindigkeitsverlauf bei Proben 2 und 3 läßt sich weiter auf die vorher erwähnten Erscheinungen der Metallausschwitzung und des »Stick-Slip« schließen. Der Reibwerkstoff »Probe 4« wies den zu erwartenden, durch den hohen Graphitanteil verursachten hohen Verschleiß auf.

Die Vergleichswerkstoffe (Proben 2 und 3) mußten mit 5,5 Mp/cm² verpreßt und bei 1050° C gesintert werden; die Probe 4 wurde zwar nur bei 1,75 Mp/cm² verpreßt, mußte aber bei 18 kp/cm² und 990° C, d. h. im Drucksinterofen, gesintert werden.

Außer den bereits aufgeführten, den technischen Fortschritt kennzeichnenden Vorzügen ergibt sich noch, daß ein Reibwerkstoff in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung billiger herzustellen ist, nämlich bei niedrigeren Preßdrücken und ohne Drucksinterung bei niedrigeren Sintertemperaturen und daß er einen im Vergleich zu den bekannten Sintereisenreibwerkstoffen überraschend gleichmäßigen Reibbeiwertverlauf zeigt.

Claims

Patentansprüche:

1. Gesinterter Reibwerkstoff auf Eisenbasis, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 10 bis 15% Graphit, 1,5 bis 3,5% eines oder mehrerer der Metalle Arsen, Antimon und Wismut, Rest Eisen besteht.

2. Reibwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Legierungsbereich von 1,5 bis 3,5% mindestens 50% Wismut bei Anwesenheit von Arsen und/oder Antimon anwesend sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen