Līdz ar automobiļu rūpniecības attīstību transportlīdzekļu noslodze turpina pieaugt, un ekspluatācijas apstākļi kļūst arvien sarežģītāki. Ilgstošas nepārtrauktas un atkārtotas bremzēšanas apstākļos parastie pelēkā čuguna bremžu diski/bungas pakāpeniski ir sākuši uzrādīt problēmas, ko gan lietotāji, gan ražotāji uzskata par grūti risināmām, piemēram, skaļš bremzēšanas troksnis, salīdzinoši īss kalpošanas laiks un augsts bojājumu īpatsvars. Šīs problēmas ne tikai palielina pēcpārdošanas riskus un garantijas prasību izmaksas, bet arī ietekmē uzņēmumu tirgus reputāciju. Tāpēc tehniska diskusija par bremžu disku/bungu materiāla modernizāciju ir praktiski nozīmīga.

I. Parasto pelēkā čuguna bremžu disku/bungu bojājumu veidi

Parasta materiāla bremžu disku/bungu bojājumi galvenokārtt notiek ilgstošas nepārtrauktas un atkārtotas bremzēšanas apstākļos. Galvenais iemesls ir pārāk liela temperatūras paaugstināšanās bremzēšanas laikā, izraisot perlīta sadalīšanos un fāzu pārvērtības matricā, kas ievērojami samazina mehāniskās īpašības, piemēram, stiepes izturību un cietību. Zonās, kur termiskā slodze un spriegums pārsniedz materiāla nestspēju, vispirms parādās mazas plaisas. Mainīgu termisko slodžu un mainīgu bremzēšanas spēku ietekmē šīs mazās plaisas pakāpeniski izplatās, pēc tam veido plaisāšanu un atslāņošanos bremzēšanas virsmā, un visbeidzot plaisu izplatīšanās izraisa detaļas plaisāšanu un bremžu diska/bungas atteici.

Ilgu laiku daži čuguna tehnologi bija pieraduši pie augstas stiprības virziena. Tomēr jāņem vērā, ka šī pieeja galvenokārt apmierina izstrādājuma statiskās īpašības, vienlaikus viegli ignorējot dinamiskās īpašības, tas ir, faktiskās ekspluatācijas īpašības. Neatkarīgi no tā, cik augstas ir bremžu diska/bungas mehāniskās īpašības aukstā stāvoklī, ja tās nevar saglabāties stabilas karstā stāvoklī, to praktiskā nozīme ir ierobežota. Tikai tad, kad lietošanas laikā pēc temperatūras paaugstināšanās var palēnināt termiskās vājināšanās ātrumu un saglabāt noteiktu mehānisko īpašību līmeni, tam ir lielāka vērtība.

Augstoglekļa produktu mehāniskās īpašības aukstā stāvoklī var būt zemākas nekā parastajiem HT materiāliem, bet karstā stāvoklī to mehāniskās īpašības samazinās daudz lēnāk nekā parastajiem HT materiāliem. Tāpēc augstās temperatūrās tie joprojām var saglabāt salīdzinoši augstas mehāniskās īpašības un ir mazāk pakļauti plīsumiem termiskās vājināšanās dēļ, kas galu galā izraisa bremžu atteici. Tāpēc galvenais risinājums plaisu problēmai mainīgu termisko slodžu apstākļos ir saglabāt bremžu materiāla mehānisko īpašību pamata stabilitāti salīdzinoši augstās darba temperatūrās.

II. Temperatūras ietekme uz pelēkā čuguna īpašībām

Testu dati liecina, ka temperatūrai paaugstinoties, perlīts pelēkā čuguna matricā piedzīvo fāzu pārvērtības. 450°C–500°C temperatūrā pelēkā čuguna mehāniskās īpašības sāk samazināties. Turpinot temperatūras paaugstināšanos, materiāla mehāniskās īpašības ievērojami samazinās lineārā sakarībā.

Kā piemēru ņemot parasto pelēko čugunu HT250: tā oglekļa saturs ir 3,00%–3,40%, un stiepes izturība istabas temperatūrā ir aptuveni 300 MPa. Kad materiāla temperatūra paaugstinās līdz 450°C, stiepes izturība nedaudz samazinās; pie 500°C stiepes izturība ir aptuveni 90% no istabas temperatūras; pie 550°C — aptuveni 73%; pie 600°C — aptuveni 57%; un pie 650°C — aptuveni 40%.

Cietība uzrāda līdzīgu tendenci. Kad materiāla temperatūra tuvojas 450°C, cietība nedaudz samazinās; virs 450°C cietība ievērojami samazinās lineārā sakarībā, turpinot temperatūras paaugstināšanos. Pie 650°C materiāla cietība ir aptuveni 35% no istabas temperatūras.

Attiecībā uz siltumvadītspēju pelēkā čuguna siltumvadītspēju galvenokārt nosaka A tipa grafīta daudzums un izmērs materiālā. Jo lielāks A tipa grafīta daudzums un jo garāks tā izmērs, jo augstāka siltumvadītspēja; tas ir, jo augstāks pelēkā čuguna oglekļa saturs, jo augstāka materiāla siltumvadītspēja. Piemēram, pelēkā čuguna ar oglekļa saturu 3,20%–3,40% siltumvadītspēja ir aptuveni 42 W/(m·K), savukārt pelēkā čuguna ar oglekļa saturu 3,70%–3,90% siltumvadītspēja ir aptuveni 51 W/(m·K). Ja bremžu diska/bungas konstrukcija ir vienāda, siltumvadītspējai ir galvenā loma detaļas siltuma izkliedē un temperatūras paaugstināšanā. Vienādos testa apstākļos augstoglekļa leģētā čuguna bremžu bungas maksimālā temperatūras paaugstināšanās bija aptuveni 496°C, savukārt HT250 bremžu bungas — aptuveni 672°C.

III. Risinājumi

Pamatojoties uz bremžu bungu/disku atteices mehānisma analīzi, uzlabojumus var veikt šādos aspektos.

Pirmkārt, lai uzlabotu siltumvadītspēju, matricā ir jāveido gari, sloksnēm līdzīgi, pietiekamā daudzumā A tipa grafīta. Tāpēc oglekļa saturs jāpalielina tā, lai tas stabili sasniegtu virs 3,7%.

Otrkārt, lai uzlabotu materiāla mehāniskās īpašības un izturību pret termisko nogurumu, ražošanas laikā var veikt leģēšanu, pievienojot hromu, varu un dažus retos metālus un citus leģējošos elementus, lai veicinātu perlīta veidošanos.

Konkrētās darbībās var izmantot vidējas frekvences indukcijas krāsni. Kausēšanas procesā var izmantot pakāpenisku un partiju metodi, pievienojot oglekļa piedevu krāsnī kopā ar lādiņu atbilstoši proporcijai, un veikt sastāva analīzi, ņemot paraugus pie krāsns, lai oglekļa saturs sasniegtu 3,7%–3,95%. Tajā pašā laikā lādiņam atbilstoši proporcijai pievieno leģējošos elementus, piemēram, hromu, varu un dažus retos metālus, lai veiktu leģēšanu. Lai veicinātu A tipa grafīta veidošanos, var izmantot atkārtotu modifikāciju: pirmo modifikāciju lielajā kausā ar 0,3%–0,4% modifikatora, bet otro mazajā kausā ar 0,2%–0,3% modifikatora.

IV. Procesa standartu noteikšana

Pēc pārbaudes vairākos testos var noteikt materiāla standartus. Uzņēmuma standarts augstoglekļa materiālam var atsaukties uz šādiem rādītājiem: mehānisko īpašību ziņā stiepes izturība >180 MPa, cietība 170–210 HB; grafīta ziņā A tipa grafīts ≥80%, grafīta garuma klase 14; matricas struktūras ziņā smalki plāksnīšu perlīts ≥90%, cementīts ≤3%, stedīts ≤2%, un vienmērīgi sadalīts.

Salīdzinot ar augstoglekļa tehniskajiem standartiem, šis standarts saglabā salīdzinoši augstu oglekļa saturu, vienlaikus nodrošinot salīdzinoši augstas mehāniskās īpašības, un tas netiek panākts galvenokārt, pievienojot dārgmetālu elementus, piemēram, Cu un Mo, tādējādi palīdzot kontrolēt izmaksas. Šī ir arī viena no augstoglekļa materiāla procesa galvenajām priekšrocībām.

V. Pielietošanas rezultāti

Laboratorijas testi un ceļa testu pārbaudes liecina, ka augstoglekļa materiāla process ir veiksmīgi uzlabojis tradicionālo noteikumu, ka “jo augstāks oglekļa saturs, jo zemākas mehāniskās īpašības”. Kad oglekļa saturs pārsniedz 3,7%, joprojām var saglabāt salīdzinoši augstu stiprību un cietību. Tirgus atsauksmes liecina, ka šāda veida izstrādājumu veiktspēja daudzos aspektos ir ievērojami labāka nekā parastajiem pelēkā čuguna bremžu diskiem/bungām. Pēdējos gados šī materiāla izstrādājumu pielietojums automobiļu bremžu jomā ir strauji attīstījies.

Šāda veida izstrādājumu galvenās priekšrocības ir: pagarina bremžu disku/bungu kalpošanas laiku; samazina bremzēšanas troksni; uzlabo bremžu trīci; un samazina pārāk augstas diska/bungas korpusa temperatūras parādību bremzēšanas laikā.

Pēc daudzu gadu prakses augstoglekļa materiāla bremžu disku/bungu izstrādājumiem oglekļa saturs ir diapazonā 3,70%–3,95%, stiepes izturība stabila ap 200 MPa, un cietība sasniedz 180–220 HB, nodrošinot lielapjoma stabilu ražošanu.

Secinājumi

Augstoglekļa materiāla bremžu diski/bungas nav vienkārši oglekļa satura palielināšana; tās ir sastāva projektēšanas, kausēšanas kontroles, leģēšanas, atkārtotas modifikācijas un procesa standartu kopējās ietekmes rezultāts. Čuguna tehnologiem uzmanība materiāla spējai saglabāt īpašības karstā stāvoklī, tā siltumvadītspējai un mikrostruktūrai ir praktiski nozīmīgāka nekā vienkārša augstas stiprības tieksme aukstā stāvoklī. Cerams, ka iepriekš minētais saturs var sniegt kolēģiem zināmu atsauci, un visi tiek aicināti dalīties ar savu pieredzi un praksi diskusijās.

Offline

Jauna tēma Atbildēt

1 ziņojums • Lapa 1 no 1 •

Moderatori: 968-jk, AV, AiwaShuraLLP, BigArchi, GirtzB, Lafter, PERFS, RVR, R_BERGS, SteelRat, VLD, linda, mrc, noisex, smudo