190237. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és segédötvözet öntöttvas féktuskók előállítására és az eljárással előállított féktuskó
1 190 237 2 A találmány tárgya : eljárás öntöttvas féktuskók előállítására, segédötvözet felhasználásával. Ennek során az összeállított betétet megolvasztjuk, lesalakoljuk, majd öntjük, illetve az olvadékot az öntés előtt segédötvözettel kezeljük. Ismeretes, hogy a jármüvek, elsősorban vasúti járművek fékezése során az öntöttvas féktuskók és a kerék, illetve az acélabroncs között bonyolult folyamatok zajlanak le. A rendszer felhevül, hőmérséklete eléri a 800-900 °C-t, sőt bizonyos esetekben ennél magasabb hőmérséklet is kialakulhat rendkívül vékony szelvényben. Ennek következtében a szövet egyes alkotói megolvadnak, és a viszszahűlés során átalakulnak, esetleg edződnek. Acél-, vagy ötvözetlen féktuskó felhasználásakor a fékezési teljesítmény rendkívül kicsiny lenne, mivel az acélabroncson a martenzites felületű tuskó csúszna. Nagyobb foszfortartalmú féktuskók felhasználását már a múlt században javasolták. Az Amerikai Egyesült Államokban 3% foszfor tartalmú féktuskókat gyártanak. Európában azonban a különböző országok vasútjai még nem állapodtak meg az egységes féktuskók használatában. Elterjedten alkalmazzák az olyan féktuskókat, amelyek 3-4% karbont, 1-1,5% szilíciumot, mintegy 1% mangánt, legalább 1,36% foszfort és ként tartalmaznak. Nagy felületen történő érintkezés (a megfelelő súrlódás) úgy jön létre, hogy a fékezés során kialakuló magas hőmérsékleten az eutektikus cellák határán lévő foszfideutektikum megolvad, a durva érdes felületű ausztenitszemcsék körül áramlik. A viszonylag magas foszfor tartalmat ezért írják elő. A súrlódás természetesen nagy mértékű kopással jár, így a féktuskókat meglehetősen gyakran kell cserélni. A nagymértékű kopás gyakorlatilag a fékút növelésével csökkenthető, ez azonban általában nem megoldható. A jelenleg alkalmazott öntöttvas féktuskók hátránya, hogy kémiai összetételük erősen szórt, azaz az előírt ötvözőtartományok nehezen beállíthatók. Ugyanakkor a szórás szélső értékei és a féktechnikai jellemzők között egyértelmű összefüggés gyakorlatilag nem határozható meg. További hátránya a jelenleg alkalmazott ötvözeteknek, hogy a féktuskók gyakran repednek, törnek az üzemelés során. A jelen találmánnyal olyan megoldás kidolgozása a célunk, amellyel lehetővé válik öntöttvas féktuskók pontosan reprodukálható előállítása és ahol az előállított féktuskók a hagyományosaknál lényegesen kisebb kopást mutatnak, az üzemelés során pedig nem repednek, illetve törnek. A kitűzött feladatot olyan eljárással oldottuk meg, amelynek során az összeállitott betétet megolvasztjuk, lesalakoljuk, majd öntjük, ahol a találmány szerint az olvadékot az öntés előtt 5-8 perccel 0,1-0,3% mennyiségű CaBaSi segédötvözettel kezeljük. Az alkalmazott segédötvözet összetétele a következő : szilícium 60—65% alumínium 0,5-1,7% kálcium 1,0-2,0% bárium 9,0-11,0% vas maradék A találmány szerint előállított öntöttvas féktuskó 3-3,6% karbont, 1,8-2,5% szilíciumot, 0,3-1,0% mangánt, 0,1-0,16% ként és 1,1-1,55% foszfort tartalmaz. Az öntöttvas szövetszerkezete egyenes vonalú vagy örvényes alakú és 25-90 ti méretű lemezgrafitot és perlitet, valamint 5-55% ferritet tartalmaz és az eutektikus cellák mérete legfeljebb 400 n. Ha az ötvözetet nem mozdonyok, hanem vasúti kocsik féktuskóiként alkalmazzuk, az ötvözet ferrit tartalma előnyösen 5-10%. Találmányunk alapját az alábbi felismerések alkotják : Á foszfor tartalom önmagában nem határozza meg az öntöttvas féktuskók minőségét, sem a fékút, sem a kopás szempontjából. Ennél sokkal fontosabb a szokásosnál nagyobb kén tartalom és magasabb foszfor tartalom. Alapvető fontosságú a szövetszerkezet is. Az ötvözetben megfelelő alakú, méretű és eloszlású grafitnak kell kialakulni és viszonylag nagy mennyiségű perlit jelenléte is szükséges. Lényeges még az eutektikus cellák mérete, illetve az ezeket körülvevő foszfid háló eloszlása. A foszfor mennyisége kisebb is lehet, mint a hagyományos ötvözetekben. Fontos azonban, hogy a foszfor a szövetszerkezetben a lehető legfinomabb eloszlásban jelenjen meg. így egy része oldódni képes a fémes alapszövetben és növeli a tuskók szilárdságát. Ez a szilárdságnövelő hatás jobban érvényesül, ha a folyékony öntöttvas gyártáskor perlitképző vagy stabilizáló elemeket adagolunk. Erre szolgál a találmány szerinti segédötvözet. A találmány szerint egyszerű és biztonságos technológiával állíthatók elő a hagyományosnál jobb minőségű féktuskók. Ugyanakkor az öntöttvas olvasztásakor az adagösszeállítási eljárás módosítása nem szükséges, a korábbi technológia alapvető jellemzői nem változnak. A féktuskók mangán tartalmának csökkenésével lehetővé válik a fékút csökkentése is, ugyanis csökken a martenzit képződés veszélye a fékezés során. Ugyancsak csökken a találmány szerinti tuskók felhasználásakor a kopás mértéke, repedés, törés pedig gyakorlatilag nincs. A találmány további részleteit kiviteli példák segítségével ismertetjük. Vizsgálatokat végeztünk a hagyományos összetételű és a találmány szerinti féktuskókkal. A különböző minták összetételeit, a kezelés módját, valamint a kapott ötvözetek szövetszerkezetét és a fékezési próbák eredményeit az 1., 2. és 3. táblázatban tüntettük fel. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
