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
Почему «Солярису» не нужны высокоуглеродистые тормозные диски?
Точкой отсчета в истории тормозных систем можно считать 1902 год. 120 лет назад британский инженер Фредерик Уильям Ланчестер запатентовал дисковые тормоза, а знаменитый Луи Рено — барабанные. Находка Ланчестера опередила развитие автопрома на полвека: колодки первых дисковых тормозов дорого стоили и быстро перегревались, поэтому застать коммерческий успех своего детища удалось только французу.
Заочный спор ноу-хау Ланчестера и Рено рассудило время: сейчас барабанные тормоза можно встретить только на задней оси бюджетных «легковушек», в то время как подавляющее большинство автопроизводителей используют дисковые механизмы, которые за семь десятилетий прошли долгий путь.
В этом материале мы умышленно обойдем вниманием стальные и алюминиевые диски, как и всю карбон-керамическую экзотику, и сосредоточимся на чугунных дисках — самых доступных и распространенных.
Смесь железа с углеродом обладает хорошими фрикционными свойствами и плохими антикоррозионными — при нагреве чугунные диски быстро ржавеют. Устранить этот недостаток помогает специальное сверхтонкое (20 мкм) покрытие, которое наносят в том числе на скрытые полости диска — ступичную часть и вентиляционные отверстия. Смазывать и обезжиривать обработанные диски перед установкой не нужно, добавляют представители бренда.
Как правило, стандартные тормозные диски отливают из чугуна GG-20 (по германской классификации), который соответствует нашему СЧ-20. Число в индексе обозначает минимальный предел прочности металла при растяжении в кг/мм 2 — чем оно выше, тем тверже чугун.
Однако прочность — далеко не единственный критерий, по которому производители тормозов выбирают чугун. На «заряженных» моделях Audi, BMW и Mercedes-Benz применяются диски из чугуна GG-15 с повышенным содержанием углерода и небольшим количеством других компонентов: хрома, молибдена, никеля, меди, титана и ванадия. Твердость по методу Бринелля у чугуна GG-15 несколько ниже, чем у GG-20 (130–240 против 140–250).
Высокоуглеродистые диски лучше переносят высокие температуры и в целом работают тише, пусть и за счет меньшей твердости. Специалисты NK подчеркивают, что владельцам Hyundai Solaris, Renault Logan и других «бюджетников» высокоуглеродистые диски ни к чему: долговечный чугун GG-20 в городских условиях намного практичнее.
Еще одно ухищрение — биметаллические диски, которые использует на своих моделях BMW. Решение призвано снизить неподресоренные массы: рабочая часть диска выполнена из чугуна (как правило, высокоуглеродистого), а монтажный фланец — из алюминия. По словам представителей бренда, двусоставная конструкция (фланец крепится к рабочей части посредством заклепок) повышает устойчивость диска к перегреву.
Пока немцы экспериментируют с «летающим металлом», другая крупная европейская школа автомобилестроения нашла иной способ снизить неподресоренные массы. На задней оси некоторых французских машин иногда применяются диски со встроенными компонентами — ступичными подшипниками и/или кольцами ABS. Спорт тут ни при чем: чугун для таких дисков автоконцерны Пятой республики выбирают стандартный.
Любой из этих дисков может иметь вентиляцию, причем она вовсе не подразумевает наличие прорезей. У вентилируемых дисков две фрикционные поверхности, между которыми циркулирует воздух, а прорези лишь позволяют ускорить процесс охлаждения. Вентилируемые диски меньше нагреваются при интенсивной работе, но требуют от автовладельца бдительности: время от времени деталь необходимо чистить.
Еще один подвох может скрывать конструкция перемычек — вентиляция бывает асимметричной! Как и в случае с шинами, установка диска на «неправильную» сторону существенно повлияет на его свойства, поэтому представители бренда рекомендуют внимательно изучать упаковку детали и проверять артикул по каталогу производителя.
На дисках также указывают минимальную толщину износа. На нее необходимо ориентироваться при проточке диска: если снять слишком много, при торможении диск начнет быстрее нагреваться и может деформироваться. Для балансировки на торце диска обычно делают прорезь.
После установки диск необходимо испытать на биение. Для этого на СТО применяется индикатор часового типа. Также можно проверить и биение самой ступицы. Экспериментировать со смазками точно не следует: специалисты NK призывают при ремонте и обслуживании тормозных систем ориентироваться на рекомендации завода-изготовителя и инструкцию по эксплуатации автомобиля.
Как продлить жизнь тормозным дискам в два раза
Львиная доля тормозных дисков выполнена из чугуна. Чугун же — это, как известно, сплав железа с углеродом и другими элементами (кремний, марганец, сера, фосфор и др.).
Использование такого состава продиктовано функционалом. При торможении колодки зажимают диск с обеих сторон, обеспечивая замедление автомобиля.
В местах трения, соответственно, увеличивается температура. Химический состав чугунного сплава таким образом обеспечивает стойкость к высоким температурам, равно как к резкому охлаждению.
Серийные чугунные тормозные диски в среднем рассчитаны на эксплуатацию при температуре не более 250° С. В то же время на рынке представлены более стойкие и гибкие аналоги, например, керамические и композитные диски, однако цены на такие узлы, задействуемые в основном в автоспорте, кусаются. Зато в спорткарах карбоно-керамические перфорированные диски не деформируются даже при нагревании до 1200° С.
Главный враг тормозных дисков — резкий перепад температур. Соответственно, в зоне риска — автомобили, тормозные диски которых регулярно находятся в разогретом состоянии. Скажем, в процессе езды в агрессивной манере с частыми торможениями можно достаточно быстро «раскочегарить» чугунные тормозные диски до по сути пиковых для них 300° С. Это чревато задымлением, которое легко распознать по специфическому запаху металла.
Еще одна частая причина перегрева — использование тормозной системы на горных спусках (безопаснее тормозить двигателем, переходя на пониженные передачи), подклинивающие направляющие суппорты тормозной системы, неисправный вакуумный усилитель, использование некондиционной тормозной жидкости и некачественных, изношенных или не подходящих для данной модели тормозных колодок.
Между тем, щиток тормозного диска не защищен от воды. Поэтому при проезде луж, бродов и заснеженных участков вода попадет на раскаленный тормозной диск и из-за резкого перепада температуры спровоцирует коробление или трещины.
С агрессивной ездой и активным торможением на горных спусках все понятно — если вы печетесь о долговечности тормозных механизмов, такую практику логично исключить или ограничить.
Кроме того, регулярно отправляйте машину на техосмотр и попросите сервисменов проконтролировать, адекватно ли работают поршни суппорта. Эту процедуру можно провести и самостоятельно.
Для этого поднимите автомобиль с помощью домкрата и покрутите колесо. Если проявляется характерное шуршание или скрип, или колесо вращается с трудом, скорее всего, тормозной суппорт неисправен. Кроме того, вовремя (и даже чуть раньше регламентного срока) меняйте тормозные колодки, при этом выбирайте качественные изделия от проверенных продавцов.
И самое главное — старайтесь исключить такие ситуации, когда разогретые суппорты, колодки и диски контактируют с водой. Как минимум, сведите к минимуму агрессивную езду в дождь и после него. Ну и грамотно мойте автомобиль. Перед водными процедурами дайте дискам остыть! Многие, увы, игнорируют такое простое правило.
Покоробившийся тормозной диск на передних колесах выдает себя вибрациями на руле. Биение же задних дисков транслируется на педаль тормоза и кузов. Помимо характерных вибраций на проблему укажет и визуальный осмотр. Если диск желтый, он регулярно нагревался до рабочей температуры 150-280°С. Синий — значит температура использования достигала 300-400°С, черный — 500°С.
Серьезная деформация заявит о себе также трещинами, сколами, выщерблинами, волнообразной поверхностью и даже перекосами диска. Биение и неравномерный износ тормозных дисков может провоцировать также наличие ржавчины на диске, что, как правило, вызвано долгим простоем автомобиля. Проверить состояние диска можно также и с помощью прибора для измерения биения.
Для этого снимаем тормозной суппорт, наживляем тормозной диск при помощи гаек ступицы, устанавливаем прибор на расстоянии 5 мм от края тормозного диска и выполняем измерения. Значение не должно превышать 0,06 мм для переднего колеса и 0,08 мм для заднего колеса.
При желании, а также при большой остаточной толщине тормозных дисков (допуск варьируется для разных моделей, при этом допустимая толщина тормозного диска указана на его торце) можно попытаться дать им вторую жизнь. Речь — о проточке в сервисе, которая осуществляется на специальных станках и обойдется для автомобиля массового сегмента примерно в 2 тысячи рублей за пару дисков одной оси.
Прибегнуть к проточке имеется смысл еще и потому, что заводские детали, как правило, имеют лучшее качество, чем аналоги, которые вы приобретете в специализированных магазинах. Кроме того, в Сети можно обнаружить массу отчетов о том, как автовладельцы протачивали тормозные диски самостоятельно в гараже при помощи шлифовальных кругов и даже простого напильника.
При отсутствии профессиональных навыков точить таким образом диск в гараже мы не рекомендуем, тем более что результат скорее всего вас не устроит. В любом случае после проточки следует поменять тормозные колодки, поскольку комплект, работавший с проблемным диском, имеет изъяны и повредит обработанный диск.
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.