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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf martensitische Scheibenbremsen aus rostfreiem
Stahl mit einer verbesserten Beständigkeit gegen eine Verwerfung
(Anti-Verwerfungseigenschaft).
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Technischer
Hintergrund
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Martensitische
rostfreie Stähle,
wie beispielsweise SUS420J1 (C ungefähr 0,16 bis 0,25%) und SUS420J2
(C ungefähr
0,26 bis 0,40%) sind für
die Scheiben verwendet worden, die bei den Scheibenbremsen von zweirädrigen Fahrzeugen
usw. verwendet werden. Stähle
von dieser Art werden umgewandelt, so daß sie im wesentlichen eine
martensitische Einzelphase haben, und zwar durch Abschrecken von
der Austenit-Einzelphasenregion bei hoher Temperatur, die bei 1.000°C liegt,
und dann durch eine Vergütung,
um eine Zähigkeit
aufzuprägen.
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Aufgrund
ihres hohen C-Gehaltes können
diese Stähle
nicht ein ausreichendes Niveau an Zähigkeit erreichen, um die Anforderungen
von Scheibenbremsen in dem Zustand wie nach der Abschreckung zu
erfüllen.
Dies macht es nötig,
zwei Wärmebehandlungen
auszuführen,
d.h. das Abschrecken und das Anlassen. Der hohe Kohlenstoffgehalt
erfordert auch, daß die
Wärmebehandlungen
mit äußerster
Vorsicht ausgeführt werden,
und zwar wegen der Verschlechterung der Antikorrosionseigenschaft,
die durch eine verstärkte
Empfindlichkeit während
der Abschreckung verursacht wird, und aufgrund der Anfälligkeit
für eine
Verschlechterung der Zähigkeit,
die durch die Anwesenheit von großen Karbiden verursacht wird.
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Ansprechend
auf diese Probleme von Stählen
mit hohem Kohlenstoffgehalt lehrt JPA-10-152760 einen martensitischen
rostfreien Stahl für
Scheibenbremsen mit einem reduzierten C-Gehalt. JPA-10-152760 eliminiert
die Notwendigkeit eines Anlaßschrittes
nach der Abschreckung durch Verringerung des C-Gehaltes auf 0,10
Prozent oder weniger und durch Vergrößerung des Restes an Austenit,
wobei er eine Martensitmenge nach der Abschreckung von ausreichendem
Niveau erhält,
um eine Verschlechterung der Festigkeit aufgrund der Verringerung
des C-Gehaltes zu vermeiden. Durch Zugabe von Cu zum Stahl verbessert
sie auch die Beständigkeit
gegen Erweichung durch die Bremswärme.
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Der
Stahl von JPA-10-152760 überwindet
verschiedene Probleme, die mit martensitischen rostfreien Stählen mit
hohem Kohlenstoffgehalt assoziiert sind, und hat als solcher dazu
beigeholfen, die Leistung von Scheibenbremsen zu verbessern.
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Jedoch
haben neuere Verbesserungen der Fahrzeugleistung weiter die Belastung
auf den Scheibenbremsen bis zu dem Punkt gesteigert, daß Probleme,
denen man zuvor nicht so viel Aufmerksamkeit geschenkt hat, nun
ein wichtiger Betrachtungspunkt geworden sind. Insbesondere wenn
eine Scheibenbremse wiederholt über
eine lange Periode unter einer solch hohen Belastung verwendet wird,
daß die
Stahltemperatur den Bereich von 600°C erreicht, erscheint eine Verwerfung
in der Scheibe der Scheibenbremsen. Dies ist insbesondere ein kritisches
Problem im Fall von großen
zweirädrigen
Fahrzeugen.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, Stahl-Scheibenbremsen
aus einem martensitischen rostfreien Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
vorzusehen, die das Auftreten einer Verwerfung verhindern können.
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Weiterhin
sei hingewiesen auf die Schrift EP-A-0496350, die einen im wesentlichen
martensitischen rostfreien Stahl offenbart, der eine gute Gießbarkeit
als Gußwerkstoff
hat, eine gute Duktilität
und die Fähigkeit, in
einem großen
Bereich von Härten
gehärtet
zu werden, wobei der Stahl im wesentlichen in Gewichtsprozent aus
bis zu ungefähr
0,08% Kohlenstoff, ungefähr
1,0 bis ungefähr
4,0% Mangan, ungefähr
13,0 bis ungefähr 17,0%
Chrom, ungefähr
1,5 bis ungefähr
4,0% Kupfer, bis zu ungefähr
0,12% Stickstoff, weniger als ungefähr 1,0% Silizium, weniger als
ungefähr
1,0% Molybdän, weniger
als 1,0% Nickel, weniger als ungefähr 0,03% Phosphor, weniger
als ungefähr
0,5% Schwefel, bis zu ungefähr
0,005% Bor, bis zu 0,5% Niob, Vanadium, Titan und/oder Zirkon besteht,
und wobei der Rest im wesentlichen Eisen ist. Die Stähle finden
insbesondere Anwendung in der Produktion von gegossenen Golfschlägern, geschmiedeten
Golfschlägern,
Besteck, Schiffspropeller und andere gegossene, geschmiedete und
geknetete Produkte einschließlich
frei maschinell zu bearbeitenden Materialien.
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Es
sei auch hingewiesen auf US-A-5 362 337, die eine martensitische
rostfreie Stahllegierung mit einer guten Kombination aus maschineller
Bearbeitbarkeit, Härtbarkeit
und Korrosionsbeständigkeit
hat. Insbesondere hat diese Legierung eine Härtbarkeit von mindestens 32
HRC und eine maschinelle Bearbeitbarkeit beim Einzelpunkt- bzw.
Schneideisendrehen, beim Formwerkzeugdrehen und beim Bohren in einem
großen
Bereich von Härten,
die zwischen ungefähr
96 HRB und 38 HRC liegen.
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Darüber hinaus
sei hingewiesen auf US-A-5 979 614, die eine Scheibenbremse offenbart,
die in einem abgeschreckten Zustand verwendet werden kann, die hervorragende
Rostbeständigkeit,
Zähigkeit
und Widerstand gegen eine Erweichung zeigt, die aus einer Wärmeerzeugung
resultiert, die durch Bremsen erzeugt wird, und die insbesondere
nützlich
als Bremsscheibe für
ein zweirädriges
Fahrzeug ist, die aus einem martensitischen rostfreien Stahl hergestellt
wurde, der bis zu 0,02 bis 0,10% C, bis zu 0,03% N, bis zu 0,05%
Si, 0,5 bis 1,5% Mn, bis zu 0,5% Ni, 10 bis 15% Cr, 0,5 bis zu 2,5%
Cu, bis zu 0,1% Al aufweist, und wobei der Rest im wesentlichen
Fe ist, und weiter unvermeidbare Verunreinigungen, vorausgesetzt,
daß die
Menge von C+N zwischen 0,05 und 0,1% liegt und P mindestens 90 ist,
und auch einen Prozeß zur
Herstellung davon.
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Als
letztes, jedoch nicht unwichtigstes sei hingewiesen auf US-A-4 564
392, die einen wärmebeständigen martensitischen
rostfreien Stahl offenbart, der eine verbesserte Kriechbruchfestigkeit
hat. Dieser Stahl besteht in Gewichtsprozent aus 0,05% bis 0,12%
Kohlenstoff, nicht mehr als 0,5% Silizi um, nicht mehr als 1,5% Mangan,
nicht mehr als 1,5% Nickel, 9,0 bis 13,0% Chrom, 0,5 bis 2,0% Molybdän, 0,05
bis 0,50% Vanadium, nicht mehr als 0,15% Stickstoff und falls erwünscht 0,02
bis 0,50% Kolumbium und/oder 0,02 bis 0,5% Tantal und/oder 0,5 bis
2,0% Wolfram und/oder 0,0003 bis 0,0100% Bor, wobei der Rest Eisen
und zufällige oder
unvermeidbare Verunreinigungen sind, und wobei das Gewichtsverhältnis von
Kohlenstoff zu Stickstoff (C/N) nicht größer als 3:1 ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Scheibenbremse mit einer verbesserten Anti-Verwerfungseigenschaft
vorgesehen, die aus einem martensitischen Stahlblech nach Anspruch
1 hergestellt wird. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden in den abhängigen
Ansprüchen
beansprucht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfinder haben eine tiefgehende Studie bezüglich der Wege ausgeführt, wie
ein martensitisches rostfreies Stahlblech mit geringem Kohlenstoffgehalt
herzustellen ist, um eine Verwerfung zu verhindern, und haben als
ein Ergebnis die folgenden Tatsachen entdeckt:
- (1)
Die Zugabe von Cu zu einem martensitischen rostfreien Stahl mit
niedrigem Kohlenstoffgehalt verbessert effektiv die Beständigkeit
gegen Erweichen in dem Bereich von 600°C, jedoch ist die Verhinderung
einer Verwerfung hierdurch alleine schwierig.
- (2) Die Beständigkeit
gegen eine Verwerfung wird merklich verbessert, wenn Mo und Nb weiter
in Kombination mit Cu zugegeben werden.
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Die
vorliegende Erfindung wurde basierend auf diesem Wissen ausgeführt. Insbesondere
wird das Ziel dieser Erfindung durch die Scheibenbremse nach Anspruch
1 erreicht.
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Jedes
Elementensymbol auf der rechten Seite der Gleichung, die γ max definiert,
wird durch einen Wert ersetzt, der den Gehalt des Elementes in Mas senprozent
darstellt. Mit "Stahlblech
für eine
Scheibenbremse" ist
ein Stahlblech gemeint, welches ermöglicht, daß eine Scheibenbremse durch
Stanzen oder durch andere Mittel erhalten bzw. hergestellt werden
kann und entweder in Form eines Stahlstreifens oder eines geschnittenen
Bleches sein kann.
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Die
vorliegende Erfindung sieht optional auch eine Scheibenbremse der
vorangegangenen Zusammensetzung vor, die weiter nicht mehr als 0,50%
Ti aufweist, nicht mehr als 0,2% Al, nicht mehr als 0,015% B und/oder
nicht mehr als 0,2% von seltenen Erden und/oder nicht mehr als 0,2%
Y und/oder nicht mehr als 0,1% Ca und/oder nicht mehr als 0,1% Mg.
Diese zugefügten
Elemente können
in irgendeiner erwünschten
Kombination ausgewählt
sein.
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Diese
Scheibenbremsen, die von der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden,
sind insbesondere geeignet für
zweirädrige
Fahrzeuge.
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Die
Scheibenbremse zeigt eine hervorragende Anti-Verwerfungseigenschaft,
wobei sie die Verwerfungshöhe
des Scheibenumfangs innerhalb von 0,3 mm hält, wenn die Scheibe 500 Zyklen
einer wiederholten Aufheizung und Abkühlung unterworden sind, die
jeweils aus folgendem bestehen: [Temperatursteigerung mit einer
Rate von 5–20°C/s bis zu
600°C ⇒ Halten
bei 600°C
während
10 Sekunden ⇒ Wasserkühlung].
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Ein
Stanzvorgang kann als typischer Weg zur Herstellung einer Scheibenbremse
aus dem Stahlblech eingesetzt werden. Mit "abgeschreckte Scheibenbremse" ist eine Scheibenbremse
gemeint, die keinen Anlaßvorgang
oder einer anderen Wärmebehandlung
nach dem Abschrecken unterworfen wurde. Das folgende Verfahren wird
verwendet, um die Verwerfungshöhe
des Scheibenumfangs zu bestimmen: die Scheibe wird auf einer horizontalen
Platte mit einer flachen Oberfläche
angeordnet, die als eine Referenzebene verwendet wird. Die Höhe des Umfangsteils
der Scheibe von der Referenzebene wird an einem Minimum von 12 Stellen
gemessen, die regelmäßig über dem
gesamten Umfangsteil beabstandet sind. Der Wert der größten Differenz zwischen
den gemessenen Werten und dem Höhenwert des
anfänglichen
Zustandes (gleichförmige
Dicke) des Umfangsteils, der durch die Konstruktionsspezifikationen
der Scheibenbremse festgelegt wird, wird aufgezeichnet, die Messung
wird für
die andere Seite der Scheibe wiederholt, in dem man sie umdreht,
und die größte Differenz
wird aufgezeichnet, und der größere der
zwei aufgezeichneten Werte wird als die Verwerfungshöhe definiert.
Die Messung wird für
beide Seiten der Scheibe ausgeführt,
weil die Verwerfung der Scheibe gewöhnlicherweise zu einer Seite über dem
gesamten Umfang der Scheibe ist, und eine genaue Bestimmung der
Verwerfung unmöglich
ist, wenn diese Seite nach unten weist.
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Ein
Bremsscheibenprodukt hat einen sehr hohen Grad an flacher Ausbildung
in seinem anfänglichen Zustand
(vor der Anwendung). Die vorliegende Erfindung sieht eine Scheibenbremse
von einem solch hohen Grad von flacher Ausbildung vor, deren Material
so definiert ist, daß es
die Verwerfungshöhe
innerhalb von 0,3 mm halten kann, wenn die Scheibe dem zuvor erwähnten Kalt-Heiß-Thermozyklustest
unterworfen wird.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Diese
Erfindung sieht eine Scheibe vor, die sicherstellen kann, dass die
anfängliche
flache Form der Scheibe stabil über
eine lange Periode gehalten werden kann, auch wenn die Scheibenbremse
wiederholt einem schweren Gebrauch unterworfen ist. Anders gesagt
sieht diese Erfindung eine Stahlscheibe vor, die verbesserte Anti-Verwerfungseigenschaften
zeigt. Gleichzeitig ist es jedoch nötig, eine Beständigkeit
gegen eine Erweichung bei hoher Temperatur, Zähigkeit, Antikorrosionseigenschaften
und andere Leistungseigenschaften zu erreichen, die gleich wie oder
besser als jene von herkömmlichen
Stählen
sind. Es ist auch nötig,
eine Kompatibilität
mit einer vereinfachten Verarbeitung sicherzustellen, die keinen
Anlaßschritt
nach dem Abschrecken vorsieht. Die Merkmale, die die vorliegende
Erfindung definieren, werden nun erklärt. Wenn es nicht anders bemerkt
wird, bedeutet das Symbol Prozent (%), welches den Gehalt von unterschiedlichen
Elementen bezeichnet, Massenprozent.
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C
(Kohlenstoff) ist ein austenitbildendes Element, welches extrem
effektiv zur Unterdrückung
der Erzeugung von δ-Ferrit
bei hohen Temperaturen ist, und die Martensit-Phase festigt, die
erzeugt wird, wenn der Stahl sich während des Abschreckens abkühlt. Zusätzlich tragen
die ausgeschiedenen Karbide, die es erzeugt, wenn die Temperatur
der Scheibenbremse durch die Bremsenwärme angehoben wird, dazu bei,
die Hochtemperaturfestigkeit beizubehalten. Basierend auf dem Ergebnis
von Forschungen haben die Erfinder in Betracht gezogen, daß diese
Karbide effektiv arbeiten, um die Anti-Verwerfungseigenschaft zu
verbessern. Während
verschiedener Studien wurde bestimmt, daß ein C-Gehalt von nicht weniger
als 0,05% erforderlich ist, um diese Effekte ausreichend sicher
zu stellen. Jedoch setzt diese Erfindung eine obere Grenze für den C-Gehalt
von 0,15%, um eine adäquate
Zähigkeit
durch einen Prozeß sicher
zu stellen, der ein Anlassen nach dem Abschrecken wegläßt, um eine
durch Karbide eingeleitete Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit zu
verhindern.
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Si
(Silizium) wird für
den Zweck der Deoxidation verwendet. Da Si ein ferritbildendes Element
ist, verschlechtert jedoch ein übermäßig großer Gehalt
die Härte,
in dem er die Erzeugung von δ-Ferrit
bei hohen Temperaturen verursacht. Der Si-Gehalt ist daher auf nicht
mehr als 1,0% beschränkt.
Insbesondere vorzugsweise ist der Si-Gehalt zwischen einer oberen
Grenze von 1,0% und einer unteren Grenze von 0,2% eingeschränkt.
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Mn
(Mangan) ist ein Element, welches Austenit stabilisiert. Es begünstigt die
Erzeugung einer Austenit-Phasentextur in der Heizungstemperaturregion
während
des Abschreckens und begünstigt
somit die Erzeugung einer Martensit-Phase, die zur Härte beiträgt. Da jedoch
eine übermäßige Zugabe
die Beständigkeit gegen
Hochtemperatur-Oxidation verschlechtert und eine residuelle Austenit-Phase
erzeugt, wird die obere Grenze des Mn-Gehaltes auf 2,0% gesetzt.
Insbesondere wird der Mn-Gehalt zwischen einer oberen Grenze von
1,5% und einer unteren Grenze von 0,2% eingeschränkt.
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Ni
(Nickel) ist wie Mn ebenfalls ein Element, welches Austenit stabilisiert
und die Erzeugung der Martensit-Phase begünstigt, die zur Härte beiträgt. Aufgrund
seines hohen Preises und der Tatsache, daß die übermäßige Zugabe von Ni die Erzeugung
einer residuellen Austenit-Phase verursacht, wird jedoch die obere Grenze
des Ni-Gehaltes auf 1,0 % gesetzt.
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Cr
(Chrom) ist ein Element, welches wegen seinem Beitrag zur Korrosionsbeständigkeit
erforderlich ist. Ein Cr-Gehalt von nicht weniger als 9% wird benötigt, um
die Korrosionsbeständigkeit
sicherzustellen, die für
eine Scheibenbremse erforderlich ist. Da Cr ein ferritbildendes
Element ist, führt
jedoch eine übermäßige Zugabe
zur Erzeugung einer großen
Menge von δ-Phase,
die wiederum die Zugabe von austenitbildenden Elementen (C, N, Ni,
Mn, Cu usw.) in entsprechenden Mengen zur Einstellung der Menge
der δ-Phase
nötig macht.
Die übermäßige Zugabe
dieser austenitbildenden Elemente tendiert dazu, die Menge des restlichen Austenites
zu steigern, welches nach dem Abschrecken übrig bleibt, was es schwierig
macht, eine hohe Festigkeit zu erreichen. Die obere Grenze des Cr-Gehaltes
wird daher auf 15,0% gesetzt.
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Cu
(Kupfer) ist ein Element, welches Austenit stabilisiert. Es begünstigt die
Erzeugung einer Austenit-Phasentextur in der Aufheizungstemperaturregion
während
des Abschreckens und begünstigt
somit die Erzeugung einer Martensit-Phase, die zur Härte beiträgt. Wenn
die Temperatur der Stahl-Scheibenbremse
während
der Anwendung ansteigt, bildet darüber hinaus das Cu Cu-Systemausscheidungen,
die dahingehend arbeiten, daß sie
eine Hochtemperaturfestigkeit aufrecht erhalten und effektiv die
Anti-Verwerfungseigenschaft verbessern.
Jedoch verschlechtert die übermäßige Zugabe
von Cu die Warmbearbeitbarkeit und wird eine Ursache für Rißbildung.
Basierend auf verschiedenen Studien, die im Lichte der Anwendungsumgebung
für Scheibenbremsen
ausgeführt
wurden, wird daher der Bereich des Cu-Gehaltes als 0,5 bis 4,0%
definiert.
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Mo
(Molybdän)
ist ein Element, welches effektiv die Korrosionsbeständigkeit
eines Stahls verbessert, der Kupfer enthält, und ist bei dieser Erfindung
auch sehr wichtig zur Verbesserung der Anti-Verwerfungseigenschaft
der Scheibenbremse. Insbesondere wurde herausgefunden, daß in der
Anwendungsumgebung einer Scheibenbremse Mo einen Effekt zeigt, daß es Feinkarbide
und/oder Nitride während
des Temperaturanstiegs der Scheibe verteilt. Es zeigt auch einen
Effekt, daß es
einen schnellen Dehnungsabbau bei hoher Temperatur behindert. Basierend
auf den Forschungsergebnissen ziehen die Erfinder in Betracht, daß diese
Effekte von Mo synergetisch mit den Effekten von Nb zusammenarbeiten,
die unten erklärt
werden, um eine hervorragende Anti-Verwerfungseigenschaft für die Scheibenbremse
vorzusehen. Die übermäßige Zugabe
von Mo ist nicht vorteilhaft, da es eine Erzeugung von einer Ferritphase
bei hoher Temperatur begünstigt.
Durch verschiedene Studien wurde daher geschlossen, daß der Mo-Gehalt
einer Stahl-Scheibenbremse,
die zur Anwendung unter hoher Belastung vorgesehen ist, am besten
im Bereich von 0,10 bis 2,0% liegen sollte. Eine noch viel mehr
zu bevorzugende untere Grenze des Mo-Gehaltes ist 0,3%.
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N
(Stickstoff) ist ein austenitbildendes Element, welches auch besonders
effektiv zur Härtung
der Martensit-Phase ist. Da die Zugabe einer großen Menge von N die Bildung
von Blaslöchern
bzw. Gasseigerungen während
des Gusses verursacht, ist jedoch der N-Gehalt auf nicht mehr als
0,10% beschränkt.
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Nb
(Niob) ist zusammen mit Mo ein besonders wichtiges Zuschlagselement
zur Verbesserung der Anti-Verwerfungseigenschaft der Scheibenbremse.
Insbesondere wurde beobachtet, daß in der Anwendungsumgebung
einer Scheibenbremse Nb Ausscheidungen bildet, die zur Festigkeit
während
der Temperatursteigerung der Scheibe beitragen. Es wurde auch herausgefunden,
daß Nb
einen Effekt zeigt, daß es
die Wiederherstellung in der Martensit-Phase behindert. Aus den
Forschungsergebnissen schließen
die Erfinder, daß diese
Effekte nicht nur zu gesteigerter Härte beitragen, sondern auch
merklich die Anti-Verwerfungseigenschaft der Scheibenbremse verbessern, in
dem sie synergetisch mit den zuvor erwähnten Effekten von Mo zusammenarbeiten.
Ein Nb-Gehalt von nicht weniger als 0,05% ist vorzuziehen, um vollständig diese
Effekte zu verwirklichen. Da jedoch die Zugabe von zuviel Nb die
Hochtemperaturfestigkeit übermäßig steigert
und somit die Warmbearbeitbarkeit verschlechtert, muß die obere
Grenze des Nb-Gehaltes auf 1,0% gesetzt werden. Eine noch mehr zu
bevorzugende obere Grenze für
den Nb-Gehalt ist 0,8%.
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Ti
(Titan) bildet Ausscheidungen bei einer hohen Temperatur und ist
wirksam zur Verbesserung der Härte
und zur Verbesserung der Anti-Verwerfungseigenschaft,
ist jedoch eine Ursache für
Oberflächenfehler des
Produktes wenn es übermäßig zugegeben
wird. Wenn Ti zugegeben wird, ist daher sein Zuschlagsbereich vorzugsweise
auf nicht mehr als 0,50% gesetzt.
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Al
(Aluminium) ist ein effektives Element für die Deoxidation während der
Stahlherstellung und zeigt einen Effekt, stark A2-Einschlüsse zu reduzieren,
die ein Problem während
des Stanzens der Scheibenbremsen verursachen. Wenn mehr als 0,2%
Al zugegeben wird, sättigen
sich jedoch seine positiven Effekte, und viel schlimmer, erscheinen
negative Effekte, wie beispielsweise eine Steigerung der Anzahl
der Oberflächendefekte.
Wenn Al zugegeben wird, ist daher sein Zuschlagsbereich auf nicht
mehr als 0,2% eingestellt.
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B
(Bor) ist ein Element, welches effektiv die Kantenrißbildung
in dem warmgewalzten Band unterdrückt, die während der Differenz des Verformungswiderstandes
zwischen der Ferritphase und der Austenitphase in der Temperaturregion
des Warmwalzens auftritt. Jedoch verschlechtert die übermäßige Zugabe
von B die Warmwalzbearbeitbarkeit vielmehr als sie sie verbessert,
weil sie zu einer Bildung von Boriden mit niedrigem Schmelzpunk
führt.
Wenn B zugegeben wird, ist daher sein Zuschlagsbereich vorzugsweise
auf nicht mehr als 0,015% eingestellt.
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REM
(Rare Earth Metals) bzw. seltene Erden (seltene Erden Metalle/Elemente),
Y (Yttrium), Ca (Calcium) und Mg (Magnesium) sind Elemente, die
effektiv die Warmbearbeitbarkeit verbessern. Sie verbessern auch
die Oxidationsbeständigkeit.
Jedoch bieten sie keine zusätzlichen
Vorteile wenn sie über
den Punkt hinaus zugegeben werden, wo sich diese Effekte sättigen.
Wenn diese Elemente zugegeben werden, wird daher der Zuschlagsbereich
der seltenen Erden (La, Ce und Nd beispielsweise) auf eine Gesamtgröße von nicht mehr
als 0,2% gesetzt, der Zuschlagsbereich von Y wird auf nicht mehr
als 0,2% gesetzt, der Zuschlagsbereich von Ca auf nicht mehr als
0,1% und der Zuschlagsbereich von Mg auf nicht mehr als 0,1%. Diese
Elemente können
einzeln oder in Kombination von zwei oder mehr Elementen hinzugefügt werden.
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Wenn
irgendeines der Elemente Ti, Al, B, seltene Erden, Y, Ca und Mg
zugefügt
wird, kann die Kombination der zugegebenen Elemente willkürlich ausgewählt werden.
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γ-max ist
ein wohl bekannter Index für
die Austenit-Stabilität,
der der maximalen Menge des Austenites bei einer hohen Temperatur
entspricht. Über
verschiedene Studien haben die Erfinder herausgefunden, daß die Menge
des Martensites nach der Abschreckung merklich die Festigkeit der
Scheibenbremse und die Anti-Verwerfungseigenschaft beeinflußt, und
sie haben weiter herausgefunden, daß, um eine hervorragende Anti-Verwerfungseigenschaft
zu erreichen, es vorzuziehen ist, einen Stahl zu verwenden, der
auf eine im wesentlichen aus Martensit bestehende Einzelphasentextur
durch Abschreckung transformiert wurde. Bei dieser Erfindung wird
daher die untere Grenze von γ-max
auf 80 gesetzt, um eine im wesentlichen aus Martensit bestehende
Einzelphasentextur nach der Abschreckung zu erhalten.
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Das
Stahlblech für
die Scheibenbremse der vorliegenden Erfindung wird aus einem Stahl
der zuvor erwähnten
chemischen Zusammensetzung hergestellt und ist insbesondere geeignet,
um vollständig
auf die Notwendigkeiten einer Zweirad-Scheibenbremse anzusprechen,
deren Scheiben schweren Belastungen widerstehen müssen und
die eine attraktive Erscheinung für eine lange Zeitperiode beibehalten
müssen.
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Die
Scheibe einer Scheibenbremse wird gewöhnlicherweise hergestellt,
in dem man eine Scheibe, die aus einem vergüteten Stahlblech herausgestanzt
wurde, einer erforderlichen Verarbeitung unterwirft und sie dann
einer Wärmebehandlung
unterwirft, wie beispielsweise einer Abschreckung, um eine hohe
Festigkeit aufzuprägen.
Die Scheibenoberfläche
auf der Endstufe der Produktherstellung soll eine besonders flache
Ausbildung haben. Obwohl jedoch eine Scheibenbremse, die aus einem
herkömmlichen
Stahl gemacht ist, eine besonders flache Ausbildung im anfänglichen
Zustand (vor der Anwendung) haben kann, wird sie in den meisten Fällen ein
gewisses Ausmaß an
Verwerfung im Laufe der verlängerten
Anwendung zeigen. Anders gesagt, haben Scheibenbremsen gewöhnlicherweise
eine progressive Verschlechterung der flachen Ausbildung erfahren.
Beispielsweise wurde herausgefunden, daß eine Scheibenbremse (die
Wärmeabstrahlungslöcher, einen Außendurchmesser
von 260 mm, eine Dicke von 4,4 mm und eine Masse von 1 kg hat),
die aus einem zweirädrigen
Fahrzeug entfernt wurde, welches ungefähr 3.000 km gefahren worden
ist, eine Verwerfungshöhe
am Scheibenumfang von 0,8 mm hat, wie er früher in dieser Beschreibung
definiert wurde. Eine Verwerfung von diesem Grad ist unerwünscht, weil
er einen Verlust der Bremsenleistung mit dem Verlauf der Zeit zur
Folge hat und zu einer unschönen
Erscheinung führt.
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Diese
Erfindung spricht diese Probleme an, in dem sie eine Scheibenbremse
aus einem Stahl mit der chemischen Zusammensetzung vorsieht, die
im vorangegangenen erklärt
wurde. Dieser Stahl hat latente Eigenschaften, die als hervorragende
Anti-Verwerfungseigenschaft in einem Scheibenprodukt erscheinen.
Trotzdem kann eventuell keine Scheibenbremse erreicht werden, die
eine hervorragende Anti-Verwerfungseigenschaft zeigt, auch dann,
wenn der erfindungsgemäße Stahl
verwendet wird, wenn die Wärmebehandlung
und die Verarbeitung nicht ordnungsgemäß ausgeführt werden. Vom Stand punkt
einer Qualitätskontrolle
ist es daher wünschenswert,
ein Verfahren einzurichten, um zu bestimmen, ob eine hergestellte
Scheibenbremse tatsächlich
eine hervorragende Anti-Verwerfungseigenschaft zeigen wird, wenn
sie in Anwendung gebracht wird, oder nicht.
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Die
Erfinder führten
extensive Studien aus, um eine Beziehung zwischen der Verwerfung
während
der tatsächlichen
Anwendung (Verschlechterung der flachen Ausbildung mit der Zeit)
und einem beschleunigten Labortest zu bestimmen. Als eine Folge
haben die Erfinder herausgefunden, daß unter den abgeschreckten Scheibenbremsen,
die mit dem Stahlblech erhalten wurden, jene, die die Verwerfungshöhe des Scheibenumfangs
innerhalb einer Höhe
von 0,3 mm halten, nach dem die Scheibe 500 Zyklen einer wiederholten
Aufheizung und Abkühlung
unterworfen ist, die jeweils bestehen aus [Temperatursteigerung
mit einer Rate von 5–20°C/s auf 600°C ⇒ halten
bei 600° während 10
Sekunden ⇒ Wasserabkühlung] adäquat eine
Verwerfung während
der tatsächlichen
Anwendung verhindern können.
Die Wiederholbarkeit der Qualitätskontrolle
kann daher beispielsweise verbessert werden, in dem man eine Probe
von jedem Las von Scheibenprodukten nimmt, die unter gleichen Produktionsbedingungen
aus dem gleichen Stahlband hergestellt worden sind, welches aus
der gleichen Schmelzcharge hergestellt wurde, sie dem vorangegangen
Kalt-Heiß-Thermozyklustest unterwirft,
und die Verwerfungshöhe
des Scheibenumfangs mißt.
Wenn die Verwerfungshöhe
innerhalb von 0,3 mm bleibt, kann daraus geschlossen werden, daß die Scheiben
der entsprechenden Charge eine hervorragende Anti-Verwerfungseigenschaft
haben.
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Arbeitsbeispiel
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Stähle mit
den in Tabelle 2 gezeigten chemischen Zusammensetzungen wurden in
einem Vakuum-Schmelzofen hergestellt, geschmiedet, in Stahl-Bänder von 4,4 mm Dicke warmgewalzt
und 780°C
für 10 Stunden
in einer Chargenvergütung
(Kühlungsverfahren:
Luftkühlung)
unterworfen. Kreisringförmige
Scheiben, die am Außendurchmesser
180 mm und am Innendurch messer 100 mm messen, werden dann aus den Bändern gestanzt,
werden folgender Behandlung unterworfen [Haltelösungsbehandlung bei 1.100°C für 10 Minuten
(Lösungsglühen) Abschrecken
durch Wasserkühlung]
und werden durch maschinelle Bearbeitung der Oberfläche auf
eine Dicke von 4 mm geschnitten, um Testscheiben zu erhalten. Zu
diesem Zeitpunkt wurde die flache Ausbildung (Höhendifferenz über die
Scheibenoberfläche
bestimmt mit Bezug auf die horizontale Oberfläche einer horizontalen Platte,
auf der die Scheibe aufgelegt wurde) auf weniger als 0,1 mm eingestellt.
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Ein
Kalt-Heiß-Thermozyklustest,
der 500 Zyklen einer wiederholten Aufheizung/Abkühlung aufprägt, die jeweils bestehen aus
[Temperatursteigerung mit einer Rate von 10°C/s auf 600°C ⇒ Halten bei 600°C für 10 s ⇒ Wasserabkühlung] wurde
bei jeder Testscheibe ausgeführt.
Die Aufheizung wurde durch das Hochfrequenz-Induktionsverfahren
ausgeführt,
und die Temperatursteigerungsrate und das Halten der Temperatur wurde
gesteuert, während
man die Probentemperatur mit einem Temperaturfühler gemessen hat, der an der Oberfläche der
Testscheibe angebracht ist.
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Nach
dem Kalt-Heiß-Thermozyklustest
wurde jede Scheibe bezüglich
der Verwerfungshöhe
gemessen, wie vorher definiert. Die Scheiben wurden auch auf die
Anwesenheit einer durch Karbide eingeleiteten Rostbildung untersucht,
und ihre Oberflächenhärte wurde
gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Die
erfindungsgemäßen Beispiele,
die Stahlbleche verwenden, die chemische Zusammensetzungen haben,
die in die in vorangegangenen beschriebenen Bereiche fallen (Nr.
1–7) hatten
alle Verwerfungshöhen am
Scheibenumfang nach dem Kalt-Heiß-Thermozyklustest von weniger
als 0,1 mm, d.h., sie zeigten hervorragende Testergebnisse auf einem
Niveau, bei dem im wesentlichen keine Verwerfung beobachtet werden konnte.
Die Scheiben waren frei von durch Karbiden eingeleiteter Rostbildung,
hielten eine Oberflächenhärte nach
dem Kalt-Heiß-Thermozyklustest
von nicht weniger als HV280, und es wurde bestätigt, daß sie Korrosionsbeständigkeit
und Festigkeitseigenschaften zeigten, die ausreichend zur Anwendung
bei einer Scheibenbremse sind.
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Im
Gegensatz dazu zeigte das Vergleichsbeispiel, welches den Stahl
Nr. 7 mit hohem C-Gehalt verwendet, ein hohes Niveau an Festigkeit,
hat jedoch eine durch Karbide eingeleitete Rostbildung erfahren.
Man vermutet, daß dies
aufgrund der Sensitivierung durch Wärme während des Abschreckens kommt.
Die Vergleichsbeispiele, die den Stahl Nr. 8 verwendeten, der einen
niedrigen Cu-Gehalt hat, weiter den Stahl Nr. 9, der ein niedriges γ-max hatte,
und den Stahl Nr. 10, der einen zu geringen C-Gehalt hatte, haben
diese alle eine bemerkte Verwerfung erfahren, die 0,3 mm überschritt.
Die Vergleichsbeispiele, die die Stähle Nr. 11 und 12 verwenden,
die Cu enthielten, jedoch nicht die vorgeschriebenen Mengen von
Mo und Nb enthielten, zeigten auch eine verdächtige Verwerfung von mehr
als 0,3 mm. Diese Vergleichsbeispiele haben somit dahingehend versagt,
daß sie
die Probleme überwinden,
die bei herkömmlichen
Stellen angetroffen werden. Daraus kann geschlossen werden, daß die kombinierte
Zugabe von Cu, Mo und Nb besonders effektiv zur Überwindung des Verwerfungsproblems
von Scheibenbremsen ist.
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Diese
Erfindung sieht eine Lösung
für das
Problem der "Verwerfung" von Scheibenbremsen
vor, welche als ein neuer Betrachtungspunkt aufgrund der größeren Belastungen
herausgetreten ist, die auf die Scheibenbremsen aufgebracht werden,
da die Fahrzeuge auf höhere
Leistungspegel ansteigen. Die Technologie, die von dieser Erfindung
eingeführt
wurde, macht es auch möglich,
die Korrosionsbeständigkeit
und die hochfesten Eigenschaften zu erreichen, die bei einem Stahl
für eine
Scheibenbremse erforderlich sind, und die Notwendigkeit des Anlassens
bzw. Vergütens
nach dem Abschrecken zu eliminieren, um dadurch einen Prozeß mit weniger
Schritten einzu richten. Zusätzlich
erleichtert die Erfindung die Qualitätskontrolle des Produktes,
in dem sie ein Verfahren bietet, um Scheibenprodukte zu identifizieren,
die fähig
sind, während
der zukünftigen Anwendung
eine Verwerfung zu verhindern. Die Erfindung kann daher erwartungsgemäß zur Realisierung
von Hochleistungsscheibenbremsen für Fahrzeuge vom Aspekt des
in den Scheiben verwendeten Materials beizutragen.