Деформация Тормозных Дисков и Другие Мифы Тормозной Системы. Кэролл Смитт

Миф # 1 – ДРОЖЖАНИЕ ИЛИ ВИБРАЦИЯ ВЫЗВАНЫЕ ДИСКАМИ, КОТОРЫЕ ПОВЕЛО ОТ ПЕРЕГРЕВА.
Термин «Деформированные диски» достаточно давно используется в авто спорте. Когда водитель во время или после заезда рассказывает о вибрации при торможении в пол, неопытные механики команд осуществив проверку дисков и не найдя трещин (которые часто сопутствуют вибрации) дают заключение — диски были перегреты. Затем они производят измерения дисков в разных местах, находят существенные различия и для них диагноз становится очевиден.
Когда появились диски для высокофорсированных авто – мы всё чаще стали слышать «диски были деформированы» в процессе эксплуатации на дорогах общего пользования. И всё это после проведения аналогичных тестов и заключения аналогичного диагноза. Обычно диски протачивают, чтобы устранить проблему, и опять же обычно, после короткого промежутка времени вибрация возвращается. Биение тормоза послужила причиной большого отзыва машин под действием «Закона Лимона» (Lemon Law — закон, защищающий права и интересы покупателя, который приобрел внешне привлекательный, но некачественный товар. В английском языке есть популярное выражение “to hand a lemon”, что можно перевести как «вручить лимон», а точнее говоря, «облапошить»). Это ситуация продолжается уже на протяжении десятилетий — и, как и большинство вещей, которые мы высекли в камне, диагноз не верен.
С одним уточнением, предположим, что ступица и посадочная поверхность диска являются плоскими и находятся в хорошем состоянии, так же как и шпильки, а шляпки крепежных болтов не выступают. Диски установлены правильно, затянуты с равным усилием и в правильном порядке в соответствии с рекомендациями инструкции по эксплуатации.
Имея более чем 40 летний опыт профессиональных гонок, в том числе в составе группы Шелби/Форд GT40, работающей над одной из наиболее продвинутых программ развития тормозов в истории — я никогда не видел деформированный тормозной диск. Я видел много треснувших дисков (рисунок 1):

Видел диски, у которых возникал биение/конусность при рабочей температуре, потому что обода были прикреплены слишком крепко к центральной части (рисунок 2):

Бывали случаи, когда разрушалась поверхность трения в области между прямыми радиальными внутренними лопатками (рисунок 3):

и бессчетное количество дисков с отложениями фрикционного материала колодок, осевших неравномерно на поверхностях трения — иногда видимых, но чаще нет. (Рисунок 4):

На самом деле в каждом случае "деформированного тормозного диска", который я изучал, будь-то гоночный болид или уличный авто, оказывалось, что тормозная колодка неравномерно распределяла фрикционный материал на поверхность диска. Такое неравномерное распространение является результатом осаждений материала колодки в местах с разной толщиной диска (TV) или частичного износа из-за перегрева, при работе под нагрузкой.
Для того, чтобы понять, что же на самом деле происходит, мы кратко исследуем природу торможения.

Основы торможения трением.
Трение это механизм, который преобразует динамическую энергию в тепло. Есть два вида трения между шиной и поверхностью дороги:
1) механический захват неровностей дорожного покрытия с помощью эластичного соединения шин;
2) переходной процесс молекулярной адгезии между резиной и дорогой, в котором каучук переносится на поверхность дороги.
Итак, есть два очень разных вида торможения трением — абразивное трение и внутреннее (будем называть для удобства вязкостным) трения.
Абразивный трение предполагает разрыв кристаллических связей материала колодки и чугуна диска. Нарушение этих связей создает тепло. В абразивном трении, связи между кристаллами материала колодки (и, в меньшей степени, материала диска) постоянно нарушаются. Более твердый материал стирает более мягкий (я искренне надеюсь, что у вас все именно так и диск стирает колодку, а не наоборот ). Колодки, которые функционируют в основном за счет истирания, имеют высокую скорость износа и имеют тенденцию «затухать» при высоких температурах. Когда эти колодки достигают своего предела эффективности по температуре, они начнут распространять материал колодки на поверхность диска в случайном порядке, образуя неравномерный «рисунок». Именно этот возникший "трамплин" на лицевой стороне диска и вызывает изменение толщины, измеренной техниками, и возникновение шероховатости, что и приводит к вибрации при торможении, о которой сообщают водители.
При вязкостном трении, некоторое количество фрикционного материала колодки прорываются через границу раздела между колодкой и диском и формируют очень тонкий однородный слой пыли (материала колодки) на поверхности диска. Поскольку поверхности трения обоих (и диска и колодки) в дальнейшем содержат в основном тот же самый материал, теперь он может пересекать границу в обоих направлениях вследствие чего связи слоев ломаются и изменяются. На самом деле, при вязкостном трении между колодкой и диском, связи между материалом и «площадкой» отложения на диске являются временными по своей природе — они постоянно нарушаются, и некоторые из них постоянно обновляются и преобразовываются.
Нет такого понятия, как чистое абразивное или чистое вязкостное трение при торможении. Многие колодки, изготовленные по современным формулам, сделаны с использованием материала который должен быть достаточно абразивным, чтобы поверхность диска оставалась гладкой и чистой. По мере того как материал пересекает границу, слой на диске постоянно обновляется и поддерживается его равномерная основа, все верно до того момента не была произведена правильная процедура обкатки колодки и диска не залегли правильно и полностью.
В последнем случае, если не образовалось однородного слоя материала колодок на диске или не проводилась обкатка, при работе на высоких температурах могут появляться пятна, а так же возникнет неконтролируемый переход материала. Органические и полуметаллические колодки в прошлом обладали большей тенденцией к «абразивности» нежели к «вязкости», и были сильно ограничены в предельном режиме температуры. Всё нынешнее поколение «углеродистых» спортивных колодок используют в основном технологии изготовления, основанные на «Вязкостных» свойствах материала, такие колодки остаются стабильными с ростом температуры в течение гораздо большего времени. К сожалению, бесплатный сыр только в мышеловке и спортивные колодки, способные работать на сверхвысоких температурах, неэффективны при низких, и как правило, бесполезны в использовании на улице.
Поэтому и не существует такого понятия, как «идеальные тормозные колодки». Фрикционный материал, тихо и хорошо работающий при относительно низких температурах в городе, подведет вас на треке или серпантине. Если вы любитель агрессивного стиля вождения и на дороге вам сам черт не брат, обгоняете все попадающиеся машины, но при этом у вас колодки OEM, в определенный момент вы почувствуете, как педаль проваливается, а тормоза уже не так эффективны. Начнется перенос фрикционного материала и закипит тормозная жидкость – и на этом конец нашей дискуссии, и вашей «гонки».
Настоящие спортивные колодки, используемые в городских условиях будут шуметь и пока не прогреются не будут работать в полную силу.
В идеале, чтобы предотвратить (либо вы можете смириться) визг с колодок, которые опять же не смогут хорошо остановить машину в городе, или «затухание» колодок при торможении с высокой скорости на трассе или серпантине, мы должны изменить колодки в соответствии с задачей. Но так ведь никто так не делает.
Тем не менее, вопрос остается открытым. Так какие колодки должны использоваться в высокофорсированных уличных автомобилях — колодки с относительно низкой температурой срабатывания или высокотемпературные гоночные колодки?
Как ни странно, но мой взгляд ответ очевиден – это высокопроизводительные уличные колодки с низкой температурой начала срабатывания.
Причина проста: если мы ездим очень агрессивно и сталкиваемся с какими-то неприятностями, как то с «затуханием» колодок или закипанием тормозной жидкость (или с обеими ситуациями одновременно), то в этих условиях мы понемногу можем изменить наш стиль вождения, чтобы скомпенсировать недостатки тормозов.
С другой стороны, если возникнет чрезвычайная ситуация когда тормоза еще не прогреты, то высокотемпературные колодки просто не остановят машину.
В качестве примера, в середине 1960-х годов, те из нас, кто учувствовал в проекте Шелби Америка не использовали Мустанги GT 350 или GT 500 как корпоративные авто просто потому, что они были оснащены гоночными колодками Raybestos М-19. А ведь в машинах ездили и наши жены, и никто из них не мог нажать на педаль тормоза достаточно сильно, чтобы остановить автомобиль в условиях нормальной эксплуатации.
Вне зависимости от состава колодок, если оба диска и колодки должным образом не притерты, распространение материала между двумя поверхностями может происходить случайным образом — в результате чего образуются неравномерные отложения и вибрация при торможении. Точно так же, даже если тормоза должным образом притерты, если, и когда они сильно разогреты, если после длительного торможения с высокой скорости вы не отпустите тормоза до того момента, как транспортное средство полностью остановится, то вероятнее всего вы оставите отложения, похожие по контуру на колодку. Этот вид отложений называется отпечаток и похож на отпечаток самой колодки, будто её смазали чернилами (словно обычную печать), а затем отпечатали на лицевой стороне диска.
Вот то о чем я говорю, вы можете увидеть идеальный контур колодки на диске. (Рисунок 5):

Но дальше всё становится ещё хуже. Чугун представляет собой в основном сплав железа, кремния и углерода. При повышенных температурах, включения карбидов начинают преобразовываться в матрице (прим. может начаться процесс графитизации). В случае тормозного диска, любые неравномерные отложения, выпирающие с поверхности диска, становятся горячее, чем окружающий металл. Каждый раз, когда передний край одного из отложений проходит через контакт с колодкой происходит рост температуры. Когда эта локальная температура достигает около 650 гр.С или 700 гр.С чугун под отложениями начинает превращаться в цементит (карбид железа, в котором три атома железа в сочетании с одним атомом углерода). Цементит очень твердый, очень абразивный и обладает плохими качествами теплопроводности. Если вы продолжите в том же духе, то вся система пойдет по самоуничтожающейся спирали — количество и глубина цементита увеличивается с ростом температуры, как и шероховатость диска.
Защита
Существует только один способ предотвратить такого рода ситуации – необходимо жестко следовать правилам торможения и использовать диски и колодки, соответствующие вашим условиям и привычкам вождения.
Все высокопроизводительные диски и колодки должны идти с описанием и инструкцией по установке и эксплуатации. Чаще всего процедуры установки очень схожи у большинства производителей. Что касается колодок, при обкатке требуется некоторое время избегать резкого нажатия педали тормоза в пол и стараться тормозить относительно плавно и медленно, чтобы предотвратить как «затухание» так и появления отложений.
Пример правильной обкатки может быть следующим: несколько остановок с увеличением интенсивности торможения с коротким периодом охлаждения между ними. После последней остановки, вся система должна самостоятельно остыть до температуры окружающей среды. Как правило, будет достаточно серии из 10 (можно чуть больше) интенсивных остановок со 100 км/час до 10 км в час (нормальным линейным ускорением между ними) чтобы полностью притереть высокопроизводительные уличные колодки. Во время обкатки колодок и диска, не допускайте полной остановки автомобиль; поэтому заранее планируйте, где и когда вы осуществите эту процедуру, заботясь о себе и о безопасности других.
Если вы все же осуществили полую остановку, прежде чем процесс обкатки завершен, есть шанс, что произойдет неравномерное распределение материала колодки и/или появится отпечаток колодки, а результаты окажутся такими, что лучше бы вам избежать сделать все, чтобы не допустить появления подобного. Иначе на этом «игра» будет окончена.
С точки зрения резкости остановки, активная остановка с работающей АБС, как правило, составит около 0,9G и выше, в зависимости от транспортного средства. То, что вам нужно сделать, это останавливаться со значением от 0,7G до 0,9G. Это уровень замедление около, но однозначно ниже срабатывания АБС. Если всё сделано правильно Вы почувствуете запах колодки c 5й по 7ю остановки, и запах будет уменьшаться до последней остановки. Появится серый порошок на краю колодки (на самом деле сточится край фрикционного материала колодки в контакте с диском), краска и смолы начнут выгорать. Когда серая область на краях колодки станет около 3мм глубиной, колодка наконец займет своё место и притрется.
Для гоночной колодки, как правило, необходимо провести четыре торможения со 130 км/ч до 10 км/ч и два со 160 км/ч до 10 км/ч, в зависимости от колодки, также будет необходимо поднять температуру системы во время притирки до диапазона, под который материал колодки был разработан. Тем самым под воздействием высокой температуры все слои материала укрепятся и распределятся полностью и равномерно на поверхности диска.

К счастью, эта процедура также полезна для дисков и избавит их от любого остаточного теплового напряжении, оставшегося от процесса литья (все диски должны быть термически опущены, это последняя стадия в производственном процессе) и распределит гладким слоем материал колодок на поверхности диска. Если это возможно, новые диски должны быть обкатаны с использованием колодок с тем же составом, который будет использоваться в будущем. Опять же, нагрев должен быть постепенным – увеличивая интенсивность торможения, но не забывая про периоды охлаждения между ними. Идея в том, чтобы избежать длительного контакта между колодкой и диском.
При использовании абразивных колодок (которые не должны устанавливаться на высокофорсированных автомобилях), диск может считаться обкатанным, когда поверхность трения достигла синеватого цвета.
С углерода-металлическими колодками, притирка завершается, когда трущиеся поверхности диска станут сероватого или черного цвета. В любом случае, изменение цвета поверхности диска должна быть полной и равномерной.
В зависимости от материала колодки, легкое использование тормозов в течение продолжительного периода времени может привести к удалению перенесенного слоя на дисках контактом с абразивом колодок. Когда мы будем обкатывать автомобиль, какое-то время использовавшийся в легких условиях эксплуатации, то частичное проведение процесса повторной обкатки предотвратит неравномерное распределение слоёв материала колодок.
Как бы смешно ни звучало, но водитель уже может почувствовать 0,01016мм отложений разницу в TV на диске, разница в 0,0254мм уже будут раздражать. Значения, превышающие эти, станут настоящей «головной болью». Когда появляются отложения в изолированных областях, которые в свою очередь образуют выступы над поверхностью, они становятся намного горячее, чем их «соседи», неизбежно формируется цементит и локальные характеристики износа меняются, что приводит всё к возрастающей TV и шероховатости.
Кроме надлежащего перерыва, как уже упоминалось выше, никогда не оставляйте ногу на педали тормоза после того, как вы использовали активное торможение, и уж тем более не продолжайте давить на него. Обычно это не является проблемой на дорогах общего пользования просто потому, что при нормальных условиях, тормоза успевают остыть, прежде чем довести машину до остановки. В любом виде гонок, в том числе и в автокроссе и трек-днях – это очень важный момент.
Вне зависимости от фрикционного материала колодок, зажатие колодок с горячим диском приведет к передаче материала и появлению шероховатостей. Что еще хуже, колодка оставит предательский отпечаток или полосы на диске и ваша бестолковость и ошибки будут видны всем, кому не лень.
Теперь зададимся очевидным вопросом — а есть ли подходящее «лечение» для дисков с отложениями фрикционного материала?
И условное — «да» будет ответом на этот вопрос. Если вибрация только началась, то существует вероятность того, что температура никогда не достигла той точки, когда начинает формироваться цементит. В этом случае просто установите набор хороших "полуметаллических" колодок и используйте их для интенсивного жесткого торможения (опять же после того, как проведете обкатку) также можно удалить отложения и восстановить систему до нормального режима работы, но с новыми колодками. Если имел место перенос только небольшого количества материала, т.е. если вибрация только начинается, легкое зашкуривание поможет удалить отложения. Поскольку многие из отложений не видны, потребуется тщательно чистка всей поверхности трения. Не используйте обычную наждачную бумагу или шлифовальную наждачную бумагу с оксидом алюминия – фрикционный материал будет проникать через поверхность чугуна и станет только ещё хуже. И боже вас упаси использовать пескоструй или дробеструй.
Единственное верное решение для исправления широких неровных отложений заключается в демонтаже дисков с последующей обработкой на плоско-шлифовальном станке – это не дорого, но в лучшем случае неудобно. После шлифовки потребуется повторная притирка. Проблема с этой процедурой заключается в том, что если шлифовка не удалит все включения цементита, поскольку сам диск повреждается жестким цементитом, то последний будет выступать над поверхностью диска и тепловая спираль начнет свой путь снова. К сожалению, цементит невидим невооруженным глазом.
Потратьте время, чтобы правильно притереть ваши тормоза или придется заплатить дважды. Но, как и большинство ошибок, которые мы не запоминаем, мы обречены на их повторение, снова и снова сталкиваясь с теми же проблемами.

Миф № 2 — Гоночные тормозные диски изготовлены из стали
Отвлечемся на мгновение, "стальные диски" это неправильное выражение, которое, тем не менее, часто используется профессионалами, людьми обязанными знать из чего диски состоят на самом деле. Эта и профессиональные телевизионные комментаторы и водителей, дающие интервью.
Исключение составляют некоторые виды мотоциклов и картов. Все «металлические» диски изготовлены из чугуна – это просто отличный материал для работы. В то время как сталь имеет более высокую прочность на разрыв, чугун во много раз тверже, чем того требуют тормозные диски. Его термические характеристики значительно лучше, чем у стали, так что тепло, генерируемое на границе между колодкой и диском эффективно отводится с помощью трения направленного к внутренней поверхности диска и рассеиваемое лопатками вентиляции в воздух. Чугун с повышением температуры является более стабильным на расширение, чем сталь, и это так же улучшает теплоотвод — так что давайте больше не будем заводить разговоры о "стальных" тормозных дисках.

Миф № 3 – Мягкая педаль тормоза – результат стёршихся колодок.
Каждый из нас хотя бы раз в жизни, но сталкивался с мягкой педалью тормоза, вызванной перегревом тормозной жидкости (не перегревом колодки). Многократное интенсивное использование тормозов может привести к "увядание тормоза". Есть два различных вида «увядания» тормоза:
1) Когда температура на границе раздела между колодкой и ротором превышает тепловую мощность подушки, подушка теряет способность трения в значительной степени благодаря дегазации связующих агентов в ДОП соединения. Педаль тормоза остается твердой и прочной, но автомобиль не останавливается. Первым признаком является особый и неприятный запах, который и служит предупреждением отступить.
2) Когда жидкость кипит — в суппортах образуются пузырьки воздуха. Так как воздух сжимаем, педаль тормоза становится мягкой и мягкий ход педали увеличивается. Вы, вероятно, сможете остановить машину путем прокачки педали, но эффективность торможения значительно упадет. Это постепенный процесс и будет много предупреждений об этом от авто.

Миф № 4 – ВСКИПЕВШУЮ ТОРМОЗНУЮ ЖИДКОСТЬ МОЖНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ ПОСЛЕ ОСТЫВАНИЯ.
После того, как тормозная жидкость внутри суппорта закипит, она потеряет значительную часть от своей первоначальной термостойкости и должна быть заменена. Нет необходимости, в сливе всей жидкости из система, сливайте пока не появится прозрачная жидкость.

Миф № 5 – ПОСКОЛЬКУ ТОРМОЗНЫЕ ЖИДКОСТИ НА ОСНОВЕ СИЛИКОНА НЕГИГРОСКОПИЧНЫ, ОНИ ПРИГОДНЫ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ЭКСТЕРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ НА ВЫСОКО ФОРСИРОВАННЫХ МАШИНАХ.
Тормозные жидкости на основе DOT 3 и DOT 4 гигроскопичны — то есть они поглощают влагу из воздуха. Если тормозная система не совсем герметична, в течение года значительное количество воды может быть поглощено из атмосферы. Содержание воды около 3% в тормозной жидкости снижается температуру кипения на примерно 76 гр.С. Тормозную жидкость необходимо менять полностью ежегодно.
Жидкости на основе DOT 5 и силиконовой базе не гигроскопичны. Они также подвержены вспениванию от высокочастотной вибрации, которая дает мягкую педаль. Мягкая педаль тормоза может быть хороша в обычной машине (на самом деле, большинство водителей воспринимают мягкую тормозную педаль как должное), но она не приемлема в любой ситуации, когда водитель намеревается произвести экстренное торможение.

МИФ № 6 — РЕЗЕРВУАР ТОРМОЗНОЙ ЖИДКОСТИ ДОЛЖЕН БЫТЬ ПОПОЛНЕН ВО ВРЕМЯ ПЛАНОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ.
В большинстве современных легковых автомобилей, бачок тормозной жидкости имеет рассчитанный объемом и снабжен внутренним поплавком. Объем соответствует количеству жидкости, которая будет уходить, когда колодки износились до точки замены, плюс имеет хороший резерв. Когда точка замены достигнута, поплавок замыкает электрическую цепь и на приборной панели появляется предупреждение для водителя о том, что колодки должны быть заменены.
Если тормозная жидкость долита, то первым предупреждением износившихся колодок будет скрип стальной опорной пластины по железному диску. И это одновременно и раздражает и предвещает будущие затраты.
Только Вы можете и Должны следить за своим авто, в противном случае рано или поздно столкнётесь с неприятными последствиями своей безответственности.