Сталь для тормозных дисков
Обновлено: 05.05.2024
В замене тормозных дисков нет какой-либо периодичности. Если тормозная система эксплуатировалась «по инструкции», то жизненный цикл диска ограничивается износом в 1 мм с каждой стороны, или суммарным износом рабочих поверхностей в 2 – 2,5 мм. И минимально допустимая толщина указана на торце тормозного диска. Чем тоньше диск, тем выше его рабочая температура. Выше температура диска – больше изнашиваются колодки. В «сухом остатке» снижение коэффициента трения, а значит снижение эффективности торможения.
Решили поменять комплект колодок, не меняя тормозной диск, толщина которого близка к минимально допустимой? Будьте готовы к тому, что жизнь новых колодок будет короче. Согласитесь, экономия сомнительная. Поводом к замене тормозных дисков может стать и их состояние. Например, трещины. Они, как правило, появляются из-за разного линейного расширения быстро прогревшейся внешней части и более холодной внутренней структуры. И если длина трещины превышает 30 мм (как правило, ее глубина в этом случае будет превышать 0,3 мм), такой диск подлежит замене. Те же рекомендации и в случае, когда трещина выходит за закраину диска. Если же вернуться к интервалам замены, то за отправную точку можно принять вот такую величину: максимально один диск переживает три замены колодок.
Может ли дать положительный эффект проточка диска? Эта операция возможна, если после механической обработки толщина диска остается выше допустимой. Но для начала необходимо убедится, что величина биения ступицы находится в допустимых пределах, также, как зазоры в подшипниках и элементах подвески (максимально допустимое биение при полном повороте диска – 0,10 мм, а допуск для ступицы – не более 0,05 мм). И важно, чтобы ремонтируемый диск не имел глубокого перегрева – сняв верхний слой металла можно и на «нижнем уровне» получить тот же цементит. После проточки тормозные диски нужно правильно очистить. В углублениях, оставленных резцом, скапливается чугунная пыль, которую не удастся полностью удалить продувкой или протиркой с использованием очистителей. А вот мыльный раствор, металлическая щетка и проточная теплая вода с этой задачей наверняка справятся. Такая операция подойдет не только для только что проточенного диска, но и для нового диска, который хранился в смазке.
И еще одна ремарка, касающаяся возможного биения диска. Это загрязнения, которые могут быть и на тормозном диске, и на ступице колеса. Часто ли при замене колес в шиномонтаже или на СТО механик чистит поверхность ступиц? Вопрос риторический. Скорее всего ступицу обильно польют медной смазкой – в этом случае колесо на ступице не «закиснет» и при необходимости легко снимется. К этой смазке есть немало вопросов. Меди там не более 5%, но на эту субстанцию неизбежно будут налипать и пыль, и грязь, которые могут вызвать дисбаланс и ступицы, и тормозного диска. Очередной монтаж колес, и снова медная смазка. А ведь достаточно обработать лишь посадочный поясок ступицы, который имеет непосредственный контакт с колесом.
Благодарим технического тренера программы Garage Gurus, Ильдара Садыкова, за помощь в подготовке материала.
Материалы и конструкция тормозных дисков
Приветствую!
Так получилось, что у меня на складе появился абсолютно новый комплект тормозной системы от MB E 212 AMG.
Подержав в руках карбоновый диск чувствуешь что тебя кто то обманывал всю твою прошлую жизнь. :)
Размер и масса в сознании не укладывается, приходит понимание что чугуний хорош только для блинов штанги. :)
Итак появилась мысль сделать сравнительный анализ трех дисков похожих типоразмеров.
1. Тормозной диск MB E212 AMG диаметр 402 мм, толщина 39 мм, вес 7,65 кг.
Направленная вентиляция, ступичная часть алюминиевый сплав, компенсация теплового расширения на подвижных bobbins
Верхняя расчетная температурная граница для углеродно-керамического тормозного диска нереальные 600 градусов Цельсия.
Хотя стоит отметить, что долго в таком состоянии тормозной диск продержаться не может.
Углерод окисляется и структура а вместе с ней и прочность резко падают.
Определить степень окисления можно как не странно по весу тормозного диска.
Для каждого тормозного диска имеется информация отображенная на ступице.
Конкретно в моем случае это min. weight 7569 g., весы показывают 7655 g. значит тормозные диски новые :), еще ездить и ездить!
Рабочая поверхность тормозного диска покрыта практически самым твердым материалом на свете (брюли не в счет), это карбид кремния SiC (tпл 2830°С) химически стоек, по твердости уступает лишь алмазу и нитриду бора
Производитель заявляет, что тормозной диск не изнашивается, в это трудно не поверить.
Заоблочная цена карбон-керамических тормозных дисков обусловлена сложностью и трудоемкостью изготовления, процесс изготовления одного тормозного диска занимает несколько недель.
Один из этапов изготовления это выдержка в печи при температуре 1300 Градусов Цельсия
24 часа.
2. Тормозной диск BMW M5 F10 диаметр 400 мм, толщина 36 мм, вес 13,9 кг.
Рабочая часть тормозного диска выполнена из чугуна, для увеличения площади внутренних каналов и для усиления "прокачки" воздушной массы сквозь эти каналы, вентиляция выполнена направленной.
Тормозные диски делятся на левые и правые.
Верхняя расчетная граница температуры 450 градусов Цельсия.
При таких температурах необходимо предусмотреть компенсацию теплового расширения рабочей части тормозного диска.
Так как диски выпускаются крупносерийно, то и решения выбрали очень изящное и надежное.
После того как в рабочей части тормозного диска просверлены отверстия туда вставляют стальные штифты.
Концы штифтов имеют утолщения, как бы шляпку.
Вот эти шляпки в пресформе заливают жидким алюминиевым сплавом под давлением.
Получается очень прочная и легкая конструкция с относительно низкой себестоимостью.
3. Тормозной диск BMW X5M диаметр 395 мм, толщина 36 мм. вес 17,53 кг.
Это гигант мысли, тяжеловес.
Первый раз когда я его увидел ( и поднял ), то подумал что это тормозной диск от паровоза на столько он тяжелый.
Хотя диск имеет алюминиевый ступичную часть и направленную вентиляция.
Соединены две части заклепками.
Из чего сделаны?
На сегодня основным материалом для производства тормозных дисков является легированный чугун, в составе которого вместе с основными компонентами - железом и углеродом, специально введены легирующие элементы, придающие ему прочность, износостойкость, жароупорность, коррозионную стойкость. В зависимости от дальнейшей области применения, легированные чугуны классифицируют по химическому признаку - алюминиевый, никелевый, хромистый. Наилучшими показателями для тормозных дисков обладает алюминиевый чугун (серый чугун - СЧ), он используется как жаростойкий материал для работы в агрессивных средах при повышенных температурах, важно отметить, что используется серый чугун с выделенным пластинчатым графитом (ЧПГ) – именно такой сплав обладает высокой износостойкостью, малой чувствительностью к концентраторам напряжений.
Также ЧПГ имеет высокую демпфирующую способность и прекрасно гасит вибрации. Именно серый чугун обладает хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию усадочных дефектов по сравнению с чугуном других типов, благодаря этому, тормозной диск, не смотря на внешнюю простоту, имеет довольно сложную конфигурацию, а внутри тела диска располагаются прямые или разнонаправленные вентилируемые каналы. Тормозные диски UBS серии Orange и серии Performance изготовлены из серого чугуна марки GG-20 (СЧ-20). Для дополнительной защиты от коррозии, производители дорогих брендов тормозных дисков покрывают свою продукцию различными антикоррозийными составами, либо окрашивают порошковыми красками. Тормозные диски UBS серии Performance покрыты антикоррозийным составом GEOMET, который нанесён на всю поверхность диска, в том числе внутри вентилируемых каналов, где особенно важно обеспечить максимальную проходимость воздушных потоков, которые часто ухудшаются с течением времени из-за коррозийных наростов.
Однако, чугун, не смотря на свои преимущества и удобства в производстве, также имеет и недостатки, которые особенно критичны там, где правят бал высокие скорости и мощные моторы – это мир супер-каров. От чрезмерных температурных перегрузок, диски из чугуна будут передавать избыточное тепло на ступицу, что приведёт к быстрому износу данного узла. Также в погоне за скоростью, производители спортивных автомобилей стараются максимально уменьшить вес, поэтому применение чугунных дисков здесь также будет под вопросом. Чтобы решить эти две проблемы, автопроизводители начали применять карбон при производстве тормозных дисков, а первопроходцами в этом направлении стали болиды Формулы-1, более того, применение карбоновых дисков позволило увеличить диапазон температурных перегрузок до 1000-1300˚С, но из-за очень высокой стоимости ($5-8тыс. за комплект из 2шт.), карбоновые тормоза так и остаются привилегированным продуктом. А также, для их эффективной работы, требуется обязательный прогрев поверхности диска.
В альтернативу карбоновым тормозным дискам, производители разработали керамические композиционные тормозные диски, которые изготавливаются многоступенчатым способом и по заявлениям производителей живут в 60 раз дольше классических чугунных дисков. Основным материалом таких дисков является комбинация кремния (керамики), углеволокна и синтетических смол. Данные диски, как и карбоновые, обладают легким весом, повышенной прочностью, но при этом не требуют прогрева. Цены на такие диски всё так же высоки, как, в общем-то, и все узлы и расходные материалы в любом супер-каре.
Из какой стали делают тормозные диски
Тормозной диск — основной элемент дисковой тормозной системы. Предоставляет фрикционную поверхность для тормозных колодок. При торможении колодки прижимаются к диску и за счёт силы трения останавливают его вращение. По принципу сохранения энергии, согласно которому энергия видоизменяется, а не исчезает бесследно, кинетическая энергия вращающегося диска переходит в тепловую энергию, и тормозной диск нагревается.
Содержание
Тормозной диск состоит из двух основных частей — центральной части диска и ротора.
Ротор — кольцеобразная поверхность, с которой контактируют тормозные колодки в момент торможения. Это самая большая и тяжёлая деталь дискового тормоза. Обычно изготавливаются из чугуна из-за высоких показателей трения и низкого износа материала.
Чтобы улучшить охлаждение, диски делают вентилируемыми. Вентилируемые диски между двумя поверхностями ротора содержат радиальные полости, по которым циркулируют потоки воздуха от центра к краям.
Ротор крепится на центральную часть диска, которая, в свою очередь, крепится на ступицу колеса. Центральная часть ротора препятствует передаче тепла от тормозящей поверхности до колесных подшипников, благодаря чему подшипники не нагреваются.
Центральная часть диска делается из чугуна или более лёгких материалов, например, из алюминия.
Бывают двух видов: спаянные с ротором и в виде отдельных частей. В автомобилях массового производства центральные части обычно изготовлены из чугуна и составляют с ротором одно целое. В большинстве гоночных автомобилей центральная часть диска — отдельная деталь и сделана из алюминиевых и титановых сплавов, композитных материалов или керамики. [1]
К рабочим характеристикам тормозных дисков можно отнести
- износ диска;
- температурный режим;
- геометрические размеры.
Диски работают 100—150 тысяч километров при спокойном вождении. При резком и агрессивном вождении срок сокращается до 30-40 тысяч. Минимальная толщина тормозных дисков указывается на тормозном диске. Износ проверяют штангенциркулем. Максимальный износ составляет 2-3 мм от начальной толщины диска. Ширина трещин и сколов — не больше 0, 01 мм. Если ширина трещин и сколов больше, диски следует заменить.
Во время торможения кинетическая энергия переходит в тепло посредством трения. Тепло производится на контактной поверхности между тормозными колодками и диском. В теории различают идеальный и неидеальный контакт диска и колодок [ источник не указан 747 дней ] . Идеальный контакт подразумевает, что температура поверхностей диска и колодки одинаковые. При неидеальном контакте температура разная.
Торможение — краткий по времени и быстро изменяющийся процесс. Поэтому часто невозможно достичь идеального контакта. Для моделирования и изучения процессов торможения пользуются неидеальной моделью. [2]
По этой модели, между диском и колодками находятся посторонние частицы. Фрикционный материал тормозной колодки принимает на себя кинетическую энергию крутящегося тормозного диска и истирается. Кинетическая энергия переходит в тепловую и передаётся диску через посторонние частицы. Это приводит к разнице температур между поверхностями диска и колодок. Поэтому более холодный диск может принимать образуемое в колодках тепло.
Конечным реципиентом тепловой энергии является суппорт. Он хорошо рассеивает тепло, которое получает одновременно от тормозной колодки и диска [ источник не указан 747 дней ] .
Количество тепла, вырабатываемого в колодках, зависит от скорости движения и веса автомобиля, и от силы нажатия на педаль. Обычная остановка пассажирского автомобиля с 60 км/ч нагревает диск до 150 ºC. Резкие торможения гоночного автомобиля повышают температуру диска до 800 ºC за доли секунды. [3] Кремниевая лава, которая течёт из вулканов Тихоокеанского огненного кольца, имеет такую же температуру.
Температурный режим тормозных дисков:
- для города — 100—270 ºC;
- для трека — 177—900 ºC.
Диаметр ротора измеряется по внешнему диаметру, а ширина — по общей толщине между контактными поверхностями. Размер контактирующей с колодками поверхности ротора зависит от диаметра диска. Производители стремятся сделать диски как можно более лёгкими и маленькими, увеличивая тормозную мощность за счёт улучшения тормозных характеристик. Вентилируемый ротор всегда шире, чем сплошной.
На первый взгляд тормозной диск представляет из себя подготовленный и хорошо обработанный кусок металла. Но это не так.
В действительности тормозные диски изготавливают из чугуна. А что такое чугун?
Чугун — это уже не просто металл, а определенный сплав металлов. Основа представляет собой сплав железа с углеродом, который добавляется в виде цементита и графита. Углерод необходим для придания твердости, хотя и снижает пластичность. Добавляют кремний, марганец, серу и фосфор.
Тут необходимо понимать основную задачу тормозных дисков и принцип их работы.
Тормозные колодки зажимают диск с двух сторон и тормозят движение. Визуально просто, но с точки зрения взаимодействия элементов тормозной системы дело обстоит сложнее. Принцип их действия — усилие сжатия и трение.
Там, где усиливается трение увеличивается температура, а температура увеличивается не только в паре колодка-диск, но и ситема — тормозная жидкость и далее.
Если мы посмотрим на конструкцию тормозного диска, то увидим, что он чем-то напоминает летающую тарелку. Перегрев или резкое охлаждение приводит к тому, что края этой "тарелки" то приподнимаются вверх, то опускаются вниз.
То есть рабочая поверхность деформируется и коробится.Снижается эффективность торможения и возникают различные биения, которые (в случае, если деформация все-таки происходит) мы обычно ощущаем на руле или педали тормоза.
Поэтому основная задача чугунного сплава из которого сотоит тормозной диск — это способность выдерживать высокие температуры и резкое охлаждение. Обладать твердостью и пластичностью.
Конечно, конструкция тормозного диска и всей системы в целом направлена на максимальный отвод тепла, как одной из главных проблем. Но это уже вопрос отдельного разговора и следующей статьи.
В дополнение прмерная структура тормозного диска в цифрах:
Для Чугуна с индексом G3000
Тип материала: НТ230
Усилие на разрыв: ob 230N/mm2
Твердость: HB187-241
Фосфидно евдектический сплав и цементит не более 3%
Структура: тонко слоистая со стальным отливом
С — 3.10-3.50
Si — 1.60-2.10
Mn — 0.60-1.00
P — 5 лет Метки: состав тормозного диска
- Тормозные диски: виды, материалы и предназначение
- Для чего нужны диски
- Как подобрать диски на автомобиль
На данный момент дисковые тормоза являются самыми эффективными. На обычные городские авто ставятся тормозные диски из чугуна. Это довольно прочный материал, который подходит на эту роль куда лучше стали. Диски из него обладают лучшим соотношением цена-качество, чем спортивные керамические. Так как на переднюю ось автомобиля приходится большая часть нагрузки при торможении, на ней используются вентилируемые диски. Суть их заключается в том, что для отвода тепла в диске имеются направляющие, которые постоянно пропускают через полости большой объём воздуха, отводя тепло. Это простое решение значительно продлевает время работы тормозной системы при активной поездке с частыми торможениями.
Хотя ресурс чугунных дисков достаточно велик, он не вечен. И когда они сильно стачиваются или повреждаются из-за активного торможения в лужах, автовладельцы сталкиваются с проблемой выбора при покупке. Как ни странно, на рынке очень большой привлекательностью пользуются облегчённые перфорированные диски с явно спортивным характером. Однако за ярким фасадом скрывается уменьшенный ресурс и меньшая надёжность. Лишние отверстия не идут на пользу прочности этому материалу. К тому же, покупатели часто забывают тот факт, что не оригинальные диски от известных производителей показывают лучшую эффективность лишь в паре с тормозными колодками того же производителя. Так как в ходе тестов подбирается наиболее эффективный состав для колодок. Именно поэтому для любителей быстро ездить специалисты советуют выбирать продукцию одного из известных брендов. Для тех же, кто больше хочет сэкономить, рекомендуются диски без перфорации. Они имеют большую площадь контакта с колодками и большую прочность. Что в повседневной езде по городу имеет большее значение.
Для приверженцев автоспорта остались на десерт керамические диски. Несмотря на то, что сами материалы, из которых их производят, относительно недороги, технология производства очень затратная. Это сказывается на конечной цене. В итоге, обладатель машины может получить практически идеальное решение для своей тормозной системы. Такие диски очень стойки к перегреву. Не теряют своих свойств в долгих сериях торможений. И конечно, как всегда, работают только с оригинальным комплектом колодок под данный диск. Им не страшна перфорация, так как запас по физической прочности очень высок. Такие диски частое явление на спортивных машинах и практически бесполезны на обычных авто. Это происходит из-за негативного влияния на тормозные поверхности обычной дорожной грязи и слякоти, которых нет на гоночных треках.
Как видно, правила при выборе дисков очень просты. И главный показатель, на который следует ориентироваться — безопасность при торможении.
Из чего делают тормозные диски и колодки
Зима предъявляет повышенные требования к тормозным свойствам автомобиля. В значительной степени тормозной путь на скользкой дороге зависит от выбора покрышек. И, разумеется, от эффективной работы тормозной системы. В последнем случае стоит уделить особое внимание такой важной части тормозной системы, как тормозные колодки. Отказ или неэффективная работа тормозов в самый неподходящий момент – это, пожалуй, самое худшее, что может произойти с водителем на дороге. В свою очередь, надежные тормозные колодки обеспечат спокойствие и надлежащую безопасность, будут служить верой и правдой до окончания установленного срока их эксплуатации. Чтобы не ошибиться в выборе этого элемента тормозной системы, необходимо побольше узнать о нем.
По большому счету, именно сопряжение тормозных дисков (барабанов) и колодок можно считать самым важным элементом тормозной системы, потому что именно эти элементы, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают провоцируемое водителем замедление и остановку колеса. Гидравлическая часть тормозной системы только передает усилие с педали на тормозные механизмы и колодки, а ABS и другие технические достижения лишь призваны сделать процесс торможения максимально эффективным.
Здесь на первый план выходит вопрос материалов, которые используются для производства дисков и накладок. Большая часть тормозных дисков, как и барабанов, делается из чугуна. Этот сплав (железа с углеродом) используется в тормозной системе автомобиля не только потому, что имеет невысокую цену, но и потому, что он обладает лучшими фрикционными свойствами, чем, например, нержавеющая сталь, из которой делают диски для мотоциклов. При том, что масса мотоцикла меньше, чем автомобиля, а сами диски постоянно открыты для агрессивного воздействия окружающей среды, именно поэтому в производстве двухколесной техники применение материала, защищенного от коррозии, является оправданным.
Тормозные колодки TRW
В автопромышленности несколько другие условия эксплуатации и другие материалы. В частности, в автоспорте используют диски из углеволокна. Это легкий и весьма эффективный материал, имеющий как достоинства, так и недостатки. Карбоновые диски эффективно работают только при высоких температурах. Это означает, что применять их целесообразно только в случае агрессивного, спортивного вождения. В обычном городском режиме они просто не будут успевать прогреваться и, по сути, будут работать не так эффективно, как это необходимо. При этом, стоимость таких тормозных механизмов чрезвычайно высока. Диски из углеволокна – это вариант для «Формулы-1» и других элитных автогоночных чемпионатов и серий. Используются также диски из материалов на основе кремния, но они, пока что, также не получили широкого распространения, хотя, возможно, именно за ними будущее.
2011 Ferrari 458 Italia
Главное в тормозных колодках – материал, из которого сделаны накладки. Именно состав отличает одни колодки от других. Важнейшая часть состава – фрикционная смесь, которая отвечает за поведение тормозов. Фрикционные смеси можно разделить на асбестовые, безасбестовые и органические, от которых получили свои названия и соответствующие тормозные колодки. Асбест, используемый в качестве армирующего материала – это недорогой и вполне традиционный вариант, который применяют для изготовления обычных тормозных колодок. Безасбестовые тормозные колодки – это уже следующий этап развития технологий. В них в качестве армирующего материала используют стальную вату, медную или латунную стружку или полимерные материалы. Органические материалы, которые используют для изготовления тормозных колодок, показывают, на данный момент, наилучшие тормозные свойства, но их стоимость позволяет использовать такие накладки только в мире профессионального автоспорта.
И напоследок, об эксплуатации тормозов. Водитель всегда должен помнить о том, что менять тормозные колодки следует в сроки (в зависимости от пробега), указанные в руководстве на данную модель автомобиля. Обычно это происходит каждые 10-12 тыс. км пробега. Если вы сторонник агрессивной манеры езды, в этом случае проверять состояние тормозных накладок нужно регулярно. Если их толщина составляет или приближается к критической отметке (2 мм), колодки следует менять в обязательном порядке. Не дожидаясь неприятностей!
Читайте также: