Материал для венцов дисковых тормозов

Авторы патента:

C22C38/44 - с молибденом или вольфрамом

Владельцы патента RU 2380451:

Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (RU)

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к разработке стали для изготовления венцов дисковых тормозов. Сталь для изготовления венцов дисковых тормозов, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, вольфрам, фосфор, серу и железо, при следующем соотношении компонентов, вес.%: углерод 0,16-0,25, кремний не более 0,8, марганец не более 0,8, хром 12,0-14,0, никель 0,2-0,5, вольфрам не более 0,2, фосфор не более 0,004, сера не более 0,005, железо остальное. Повышается фрикционная теплостойкость и прочность деталей дисковых тормозов, которые применяются при скоростях начала торможения 200 км/ч и выше. 1 табл.

Изобретение относится к конструктивным материалам, изготавливаемым методом черной металлургии и предназначенным для изготовления деталей дисковых тормозов, а именно венцов дискового тормоза.

Конструкция и материал дискового тормоза должны обеспечить возможность поглощения кинетической энергии, равной 18 МДж при скорости начала торможения 200 км/ч, и должен обеспечивать отсутствие термоциклических трещин при повторных торможениях.

Известен венец дискового тормоза, в котором в качестве материала использован серый чугун марки СЧХНМ, содержащий (в вес.%): углерод 2,9-3,3, марганец 0,4-0,6, кремний 1,6-2,0, хром 0,2-0,4, никель 1,2-1,5, молибден 0,5-0,8, медь 0,4-0,7, фосфор не более 0,1 и серу не более 0,1.

Недостатком известного материала является то, что его возможно использовать только для изготовления тормозных дисков подвижного состава с конструктивной максимальной скоростью до 160 км/ч.

Известен также венец дискового тормоза, в котором в качестве материала используется сталь 20Х13, содержащая (в вес.%): углерод 0,16-0,25, хром 12,0-14,0, кремния не более 0,8, марганца 0,8, фосфора не более 0,005 и серы не более 0,004.

Однако применяемая для изготовления венцов дисков сталь 20Х13 в условиях частых повторных торможений нагревается сверх расчетных температур (600°С) и испытывает структурные превращения (отпуск и даже закалку), что приводит к возникновению полей растягивающих остаточных напряжений и растрескиванию венца. К тому же известный материал имеет структуру неполной закалки с большим количеством феррита по границам зерен, загрязненность стали венцов оксидами и сульфидами соответствует 2-3 баллу.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является сталь для изготовления венцов дисковых тормозов, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, вольфрам, фосфор, серу и железо в определенном соотношении компонентов (US 4902473 А, С22С 38/22, 20.02.1990).

Недостатками данного материала являются низкие характеристики фрикционной теплостойкости и прочности при многократных нагревах и охлаждениях до температур свыше 500°С, связанные с недостаточным качеством при изготовления.

Техническим результатом, который может быть получен от использования изобретения, является повышение фрикционной теплостойкости и прочности, увеличение однородности материала, что приводит к снижению коробления и локальных перегревов.

Указанный технический результат достигается тем, что сталь для изготовления венцов дисковых тормозов содержит углерод (С), кремний (Si), марганец (Mn), хром (Сr), никель (Ni), вольфрам (W), фосфор (Р), серу (S) и железо (Fe), при следующем соотношении компонентов, вес.%:

углерод	0,16-0,25
кремний	не более 0,8
марганец	не более 0,8
хром	12,0-14,0
никель	0,2-0,5
вольфрам	не более 0,2
фосфор	не более 0,004
сера	не более 0,005
железо	остальное.

При содержании углерода менее 0,16% снижаются механические характеристики материала, при содержании углерода более 0,25% - повышаются механические свойства, однако резко снижается вязкость разрушения.

Включение в состав стали кремния более 0,8% увеличивает предел текучести, затрудняет разупрочнение стали при отпуске и снижает вязкость.

Содержание в составе материала марганца более 0,8% заметно увеличивает предел текучести, но делает сталь чувствительной к перегреву из-за роста зерна.

При содержании хрома менее 12% материал имеет однородную структуру с min неметаллическими включениями, но снижается вязкость и износостойкость стали, при увеличении хрома более 14% вязкость и износостойкость повышается, но при многократном нагреве до 500-600°С приводит к охрупчиванию материала.

Использование никеля более 0,5% приводит к повышению износостойкости и фрикционной теплостойкости, но ведет к зарождению трещин в материале, а менее 0,2% - сталь не имеет однородной структуры с высокими механическими характеристиками. При этом никель является наиболее ценным и дефицитным элементом.

Включение вольфрама более 0,2% уменьшает отпускную хрупкость материала. При этом вольфрам является остродефицитным карбидообразующим элементом.

Содержание фосфора более 0,004% приводит к снижению пластичности и вязкости разрушения, так как он упрочняет феррит, растворяясь в нем.

Сера находится в стали в виде сульфидов и располагается в структуре, как правило, по границам зерен образуя с железом эвтектику с низкой температурой плавления, поэтому включение серы более 0,005% приводит к снижению механических свойств материала и вязкости разрушения.

Далее приведен пример получения стали, предназначенной для изготовления венцов дискового тормоза.

Стальная отливка в форме диска (венец тормозного диска) была изготовлена при помощи электрошлакового переплава и отлита в стальные формы методом центробежного литья из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, вес.%:

С - 0,24; Si - 0,40; Mn - 0,37; Cr - 13,74; Ni - 0,27; W - 0,19; P - 0,0024; S - 0,0032; Fe - остальное.

Проведенные испытания показывают, что изготовленная сталь характеризуется комплексом физико-механических свойств, соответствующих высоким требованиям качества и обеспечивает высокую фрикционную теплостойкость и прочность деталей дисковых тормозов:

- временное сопротивление на растяжение σ_в=900 Н/мм²;

- относительное удлинение δ не менее 12%;

- относительное сужение не менее 50%;

- ударная вязкость KCU - не менее 30 Дж/см² при +20°С и не менее 15 Дж/см² при -60°С;

- твердость 270 НВ.

- загрязненность стали венцов неметаллическими включениями (оксидами и сульфидами силикатами) соответствует 1 баллу.

В таблице 1 представлены примеры получения стали для венцов дисковых тормозов с различным содержанием ее компонентов.

Табл.1
№	Содержание компонентов стали, вес.%

п/п	С	Si	Mn	Cr	Ni	W	P	S	Fe	Качество
										получаемой стали
										Уменьшаются
1	0,13	0,4	0,39	13,0	0,3	0,18	0,002	0,003	остальное	механические характеристики
										материала
										Увеличивается
2	0,5	0,6	0,52	13,5	0,2	0,19	0,003	0,003	остальное	прочность, но резко снижается
										вязкость
										разрушения
										Снижается
3	0,24	0,9	0,37	13,7	0,28	0,18	0,002	0,004	остальное	вязкость
										разрушения
										Однородная
										структура с min
										неметаллическими
										включениями,
										высокие вязкость
4	0,22	0,73	0,56	13,6	0,44	0,12	0,003	0,003	остальное	разрушения, износостойкость и
										фрикционная
										теплостойкость, а
										также стойкость к
										зарождению
										трещин
										Увеличивается
5	0,18	0,69	1,0	12,2	0,32	0,16	0,002	0,002	остальное	предел текучести, но делает сталь
										чувствительной к
										перегреву
										Однородная
										структура с min
										неметаллическими
6	0,24	0,7	0,63	11,0	0,4	0,19	0,002	0,003	остальное	включениями, но
										понижена вязкость
										и износостойкость
										стали
										Высокая вязкость
										и износостойкость.
										Однако
7	0,2	0,4	0,38	15,5	0,27	0,17	0,003	0,002	остальное	многократный нагрев до 500-600°С приводит к
										охрупчиванию
										материала
										Однородная
										структура с min
										неметаллическими
										включениями,
										высокие вязкость
8	0,18	0,69	0,52	13,2	0,4	0,08	0,002	0,003	остальное	разрушения, износостойкость и
										фрикционная
										теплостойкость, а также стойкость к
										зарождению
										трещин
										Сталь не имеет
										однородной
9	0,22	0,4	0,6	14,0	0,15	0,1	0,002	0,002	остальное	структуры с высокими
										механическими
										характеристиками
										Повышается
										износостойкость и
										фрикционная
10	0,19	0,6	0,8	12,5	0,7	0,2	0,003	0,003	остальное	теплостойкость, но приводит к
										зарождению
										трещин в
										материале
										Уменьшается
11	0,2	0,44	0,6	12,5	0,34	0,4	0,003	0,002	остальное	отпускную хрупкость
										материала
										Неоднородная
										структура с max
										неметаллическими
12	0,22	0,7	0,8	13,2	0,25	0,15	0,006	0,002	остальное	включениями,
										снижается
										вязкость
										разрушения
										Неоднородная
										структура с max
										неметаллическими
13	0,18	0,5	0,7	13,8	0,25	0,1	0,003	0,006	остальное	включениями,
										снижается
										вязкость
										разрушения

Представленные данные в табл. 1 показывают, что только при использовании заявленного соотношения компонентов (соответственно №4, 8) может быть получен качественный материал для изготовления венцов дисковых тормозов, который обеспечивает высокую фрикционную теплостойкость и прочность деталей дисковых тормозов, а также обеспечивает повышения износостойкости и прочностных характеристик.

Сталь для изготовления венцов дисковых тормозов, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, вольфрам, фосфор, серу и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, вес.%:

углерод	0,16-0,25
кремний	не более 0,8
марганец	не более 0,8
хром	12,0-14,0
никель	0,2-0,5
вольфрам	не более 0,2
фосфор	не более 0,004
сера	не более 0,005
железо	остальное

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству составов сталей и изделий, выполненных из них, и может быть использовано при производстве деталей автомобилей, сельскохозяйственных машин, химического оборудования способом холодной деформации.

Полоса из аустенитной нержавеющей стали, имеющая блестящую поверхность и отличные механические характеристики // 2361929

Изобретение относится к области металлургии. .

Коррозионно-стойкая сталь "нержстом" для ортопедической стоматологии // 2354740

Изобретение относится к области металлургии и медицины, а именно к коррозионно-стойким хромоникельмолибденовым сталям, применяемым в ортопедической стоматологии для зубного протезирования.

Сталь хладостойкая свариваемая // 2340698

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству хладостойких сталей для изготовления сварной трубопроводной арматуры, эксплуатируемой в условиях низких температур.

Сталь // 2311485

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано, например, для изготовления оборудования силикатной промышленности. .

Стальная заготовка для изготовления пресс-формы для литья под давлением пластмассы или для изготовления деталей для металлообработки // 2309190

Изобретение относится к изготовлению пресс-форм или деталей, подвергаемых металлообработке. .

Высокопрочная мартенситная нержавеющая сталь с высокой коррозионной стойкостью к газообразному диоксиду углерода и сопротивлением коррозионному растрескиванию под напряжением в сероводородной среде // 2307876

Изобретение относится к мартенситным нержавеющим сталям. .

Способ приготовления протяженного, преимущественно цилиндрического, изделия из конструкционной высокопрочной стали, изделие из конструкционной высокопрочной стали // 2297460

Изобретение относится к изготовлению протяженных изделий из конструкционной высокопрочной стали, предназначенных для изготовления высоконагруженных деталей, работающих на кручение и изгиб под динамической нагрузкой.

Сталь для бесшовных трубчатых изделий, предназначенных для использования при высокой температуре // 2293786

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сталям для использования под напряжением при высокой температуре. .

Способ производства полос для изготовления труб // 2292404

Изобретение относится к области металлургии, в частности при изготовлении на непрерывных широкополосных станах полос из низколегированной стали для электросварных труб, предназначенных для строительства нефте- и газопроводов, работающих в условиях Крайнего Севера.

Аустенитная сталь, не содержащая никель или имеющая низкое содержание никеля, и изделие для надземного или подземного строительства, выполненное из нее // 2394114

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству аустенитной стали, используемой для изготовления изделий для надземного или подземного строительства

Трубная заготовка из коррозионно-стойкой стали // 2413030

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству трубной заготовки диаметром до 200 мм из коррозионно-стойкой аустенитной стали повышенной прочности, и может быть использовано при изготовлении бесшовных труб, применяемых в оборудовании энергетического машиностроения, в том числе для тепловых и атомных электростанций, требующих большого количества нержавеющих труб для трубопроводных систем, а также в нефтегазовом комплексе для обустройства нефтегазовых месторождений, содержащих сероводород, углекислый газ и хлориды

Состав мартенситной нержавеющей стали, способ изготовления механической детали из этой стали и деталь, изготовленная этим способом // 2415196

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению мартенситной нержавеющей стали, используемой для изготовления деталей в авиационной и космической промышленности

Штрипсовая сталь и изделие, выполненное из нее // 2420603

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным сталям, используемым для изготовления сварных нефте- и газопроводных труб, пригодных к эксплуатации в условиях Крайнего Севера

Легированная сталь, держатель или деталь держателя для инструмента для формования пластмасс, упрочненная закалкой заготовка для держателя или детали держателя, способ производства легированной стали // 2425170

Изобретение относится к области металлургии, а именно к легированной стали для изготовления заготовки держателя или заготовки детали держателя, или заготовки инструмента для формования для формирования держателя или детали держателя для инструмента для формования пластмассы или инструмента для формования и способу ее производства

Ковкая сталь // 2425171

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению ковкой стали, обладающей прекрасной деформируемостью при ковке

Способ производства штрипса для труб магистральных трубопроводов // 2426800

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к производству штрипса для магистральных подводных трубопроводов диаметром до 1420 мм, класса прочности Х70, толщиной до 40 мм

Способ производства высокопрочных стальных фабрикатов // 2442830

Изобретение относится к области металлургии

Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая литейная сталь и способ ее термической обработки // 2447185

Изобретение относится к области термообработки стали, которую используют при изготовлении литых деталей судовой арматуры и буровой техники

Нержавеющая сталь, используемая для нефтегазопромысловых и трубопроводных труб // 2449046

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нержавеющей стали для нефтегазопромысловых и трубопроводных труб