ИЗ ЧЕГО СДЕЛАНЫ ТОРМОЗНЫЕ ДИСКИ?
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
Таблица состава:
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.
Тормозные диски HPB. Конструкция, технология изготовления.
Тормозные диски HPB изготавливаются из легированного чугуна марки FC30, с добавками (Cr, Ni, Mo), по технологии предварительной термообработки заготовок, имитирующей условия предельных термонагрузок. Эта технология позволяет выявить большую часть возможных неравномерных статических напряжений в материале, проявляющихся в виде изменения заданной геометрии — коробления диска, сводя к минимуму возможность появления данного негативного процесса в готовом продукте.
Больший диаметр тормозного диска, увеличивает эффективный радиус приложения тормозного момента, позволяя поднять максимальную тормозную мощность, развиваемую системой. От эффективного радиуса, напрямую зависит площадь охвата рабочих поверхностей, являющихся одним из основных показателей возможностей диска по рассеиванию тепловой энергии.
Тормозные диски HPB имеют увеличеную толщину, это поднимает теплоёмкость и увеличивает устойчивость к нарушению геометрии (короблениям) при больших нагрузках. Улучшает охлаждение, за счёт повышения площади обдуваемой поверхности внутренних каналов вентиляции диска.
Направленные каналы вентиляции, по сравнению с традиционной прямой конструкцией, значительно повышают интенсивность прокачки воздуха по ним, улучшая теплоотдачу. Спиральная конструкция каналов более равномерно распределяет механические напряжения в диске, увеличивая ресурс и уменьшая вероятность образования трещин.
Алюминиевый центр тормозного диска, снижает вес, улучшает теплоотвод, уменьшает термические напряжения в диске. Термическое напряжение в диске вызывается разницей температур диск-центральная часть, алюминиевый центр компенсирует эту разницу коэффициентов расширения материалов.
Фиксированная конструкция диска рассчитана на температурный режим до 500°С, рекомендуется для городского использования.
В случае использования «плавающей конструкции» диска, рекомендуемой для применения в режимах предельных нагрузок (на гоночном треке), позволяет полностью снять термо-напряжения относительно центральной части и предотвратить передачу избыточного тепла на ступичный подшипник. Обеспечивая нормальную работу и увеличенный ресурс этих деталей в самых жёстких условиях.
Тормозные диски с проточками.
Проточки на рабочих поверхностях диска помогают отводить из зоны контакта колодки мелкие частицы износа и газовую фракцию (продукт разложения связующих смол, входящих в состав фрикционного материала тормозной колодки, эффект появляющийся при высоких температурах и приводящий к резкому падению коэффициента трения). Проточка, работая как газоотводный канал, предотвращает снижение эффективности торможения и расширяет границы режима работы колодок.
Кроме своих основных функций, поскольку глубина проточки составляет 1мм., она служит отличным визуальным индикатором предельного износа диска.
Перфорированные тормозные диски.
Перфорация диска, выполняя все те же функции по газоотводу, что и проточки, увеличивает площадь обдуваемой поверхности диска, улучшая охлаждение. При круглогодичной эксплуатации улучшает очистку диска от влаги и грязи.
Тормозные диски с волнистым краем.
Специалисты High Performance Brakes успешно разработали и создали тормозную систему с новым дизайном: тормозные диски в комплектах имеют волнистую кромку.
Преимущество тормозных систем с «волнистыми» дисками заключается не только в необычном дизайне и особой эстетике, но также в положительных технических характеристиках. Благодаря необычной волнистой форме, такой ротор имеет меньший вес по сравнению с классическим круглым диском, а значит, снижаются и неподрессоренные массы и общие нагрузки на подвеску автомобиля.
Таким образом, тормозные системы HP-Brakes с «волнистыми» дисками способствуют снижению нагрузок на обеих осях автомобиля, повышают общий ресурс тормозов при прежней высокой эффективности и износостойкости.
Виды тормозных дисков и их отличия
Раньше диски изготавливались из обычного чугуна. Затем производители научились применять чугун с высоким содержанием углерода, что улучшило технические характеристики. Потом стали использоваться сплавы разных металлов: магния, хрома, никеля, ванадия, кобальта и многих других.
*Чугунный тормозной барабан
Лучшие тормозные диски изготавливаются из карбона и керамики. Они отличаются невероятной прочностью, устойчивостью к огромным температурам и чрезвычайно малым весом. Увы, без недостатков тоже не обошлось. Тут и высокая цена, и пригодность к использованию только при высоких нагрузках (т. е. если вы водите авто в неагрессивном стиле, придется порядочно разогревать диски). Керамика и карбон — оптимальный выбор для дорогих спорткаров и гоночных болидов.
*Карбоно-керамический тормозной диск BMW M6
Основная классификация дисков
В самом широком смысле тормозные диски подразделяются на 2 вида.
- Невентилируемые. Представляют собой однородную пластину (с отверстиями или без), на которой могут находиться улучшающие вентиляцию насечки.
- Вентилируемые. Изготавливаются из двух пластин, отделенных одна от другой полостями. На поверхности также могут располагаться перфорация и насечки.
Перфорация тоже бывает разной:
- Сквозная. Отличается эффективным охлаждением, отводит большое количество рабочих газов и продуктов сгорания. Недостаток — уменьшение прочности изделия.
- Заглубленная. Также именуется «глухим отверстием». Диск в этом случае сверлится не насквозь, что сохраняет его прочность. Эффективность отведения рабочих газов не так велика, как в прошлом варианте, зато надежность впечатляет. На диске долго не появятся трещины.
Составные или цельные?
Диски бывают цельными и составными. Цельные изготавливаются методом литья и представляют собой единый кусок металла, который подвергается обработке для получения нужной формы. Составные варианты сделаны из ступицы и кольца. Ступица изготовлена из сплава на основе алюминия, кольцо – из чугуна или стали. Компоненты скрепляются болтами.
Какой вариант лучше? Составные диски более востребованы благодаря следующим преимуществам:
- небольшой вес;
- удобство использования;
- устойчивость к деформации;
- лучшее отведение тепла – приспособление быстрее охлаждается;
- используется более эффективная вентиляционная система, что улучшает отвод газов и продуктов сгорания.
Вдобавок, составные диски дешевле в эксплуатации. Если износилось кольцо, достаточно его заменить – ступицы приходят в негодность медленнее.
Есть ли достоинства у цельных дисков? Сейчас они используются только на старых автомобилях. Эксперты рекомендуют ставить такие изделия на задние тормоза машин с маломощными двигателями. Благодаря этому удается эффективнее избавляться от продуктов износа.
Как выбирать тормозные диски?
Делать выбор нужно, исходя из особенностей автомобиля, вашей манеры езды и поверхности, по которой планируется двигаться.
Самый простой и дешевый вариант – невентилируемые тормозные диски. Сейчас практически не используются. Для улучшения их характеристик на поверхность наносятся углубления (слоты), также возможно применение перфорации. Если использовать сквозную перфорацию, машиной с такими дисками можно управлять в довольно агрессивном стиле.
*невентилируемый тормозной диск
Вентилируемые диски более качественные. Вентиляционные каналы могут быть разными – от их особенностей зависит эффективность и стоимость изделия. В дешевых вариантах используются прямые радиальные каналы, которые расположены от центра к краям. Назначение этих дисков – установка в машины со средними нагрузками, которыми управляют в относительно неагрессивном стиле. Если вы планируете ездить быстро и часто останавливаться, лучше выбрать что-нибудь другое. Возможно улучшение характеристик нанесением слотов или перфорации.
*вентилируемый тормозной диск
Радиальные диски — улучшенная разновидность вентилируемых вариантов. В них вентиляционные каналы имеют круговое расположение – начинаясь от центра, они закручиваются к задней части машины. Благодаря этому воздушный поток, попадая в диски, раскручивается и более эффективно охлаждает составные части. Назначение таких дисков – установка на спорткары. Если вы предпочитаете быструю езду с частыми остановками, можно выбрать этот вариант. Его стоимость выше, чем у описанных ранее. На поверхности находится перфорация, возможно наличие слотов.
*радиальные тормозные диски
«Лапа кенгуру» – название специфического типа воздушных каналов. Диск, изготовленный по этому принципу, оснащен большим количеством перепонок, что положительно влияет на интенсивность воздействия воздуха и не снижает надежность изделия. Недостаток – редкость таких дисков. Они запатентованы компанией DBA (Австралия) и не выпускаются ни кем иным.
*тормозной диск «Лапа Кенгуру»
Итоги:
Лучшие варианты — карбоновые и керамические диски. Их стоимость весьма высока – за комплект карбоновых вариантов требуют сумму, за которую можно купить машину среднего класса. Для обычного автовладельца такие изделия не годятся. Не только из-за стоимости, но и из-за того, что рабочий диапазон у карбона начинается там, где он заканчивается у других материалов. Выбирать эти изделия нужно только тем, кто ценит действительно высокую скорость.
Керамика по многим показателям удобнее карбона. Коэффициент трения у этого материала намного ниже, но есть другие преимущества: долгий срок службы (300 000 км), невосприимчивость к коррозии, сопротивляемость самым высоким температурам. Устойчивость к механическим нагрузкам впечатляет. Вес – примерно на 50% меньше, чем у чугунных дисков, а значит, нагрузка на подвеску гораздо меньше. Эффективность торможения в горячем состоянии — выше всяких похвал.
Недостатки: «холодная» керамика не слишком хорошо останавливает машину – металлические варианты в таких условиях намного лучше. Керамические диски не рекомендуется использовать в местах с суровыми зимами – они теряют часть преимуществ. Наконец, цена намного выше, чем у любых других вариантов. Такие изделия устанавливаются на автомобили Ferrari, Porsche, а также на «заряженные» автомобили Subaru семейства WRX (подробнее в статье) и им подобные.
. и напоследок
Посмотрите крайне важное, полезное и очень актуальное видео о способах торможения. Узнайте как правильно тормозить при возникновении аварийных ситуаций на скользкой дороге..
Предложние от ДОЛАВТО
Если Вы нуждаетесь в диагностике или замене тормозных дисков или всей системы, а также если Вы затрудняетесь с выбором запчастей — обратитесь в наш автосервис! Опытные специалисты проконсультируют и выполнят работы по ремонту тормозной системы.