Из какого металла делают тормозные диски

Общие понятия и назначение тормозных дисков

В системе торможения диски, как и тормозные колодки, играют пассивную роль: к закрепленному на валу вращающемуся диску прижимаются колодки с помощью активного элемента – суппорта. Энергия движения автомобиля – кинетическая – за короткий отрезок времени передается на тормозную пару, преобразовываясь в тепловую: диск резко и сильно разогревается, а машина останавливается.

Сейчас в автомобилях устанавливаются 4 тормозных пары. Как правило, нагрузка на переднюю и заднюю оси во время торможения распределяется как 70/30 или 60/40, поэтому и конструкция дисков для передних и задних колес отличается.

Волнообразный тормозной диск

Разрез просверленного волнообразного диска, показывающий внутренние каналы охлаждения

Волнообразные диски давно прижились в мире мотоциклов, но стремясь извлечь выгоду из своего приобретения Ducati, Audi начала вводить концепцию в некоторые из своих наиболее быстрых автомобилей всего несколько лет назад. Уменьшение в весе (используется меньше материала) и более качественный теплоотвод – главные преимущества технологии. Как и во многих проектах, о которых мы только что говорили, внешний вид почти наверняка является фактором для выбора дизайна детали производителем и конечным потребителем.

Требования к тормозным дискам

Основные требования к дискам – это стойкость к термическим нагрузкам, теплоемкость и теплопроводность. В момент торможения диск нагревается до 300-350°С в штатном режиме и до 600°С и более при агрессивном стиле вождения. При этом диск должен быстро остывать без потерь прочности, геометрии и внутренней структуры. Для увеличения теплоотдачи диски делают вентилируемыми и перфорированными.

Механическая прочность. Поскольку торможение происходит за счет трения между диском и колодками, материал должен иметь достаточную прочность к истиранию, оптимальное сочетание твердости и вязкости.

Вес. Тормозные диски относятся к так называемой неподрессоренной массе, а значит, на счету каждый килограмм. До недавнего времени разрешить противоречие между прочностью (нужен хороший металл) и легкостью не удавалось. Сейчас производители снижают вес дисков за счет уменьшения массы ступичной (центральной) части, которую отливают не из чугуна, а из алюминиевых сплавов. Еще меньший вес имеют карбоновые диски.

Виды тормозных дисков?

Итак, настало время замены. Что выбрать из представленного многообразия?

В первую очередь, нужно рассмотреть особенности конструкции: есть ли вентиляционные отверстия, предусмотрена ли перфорация, выполнен диск из одного металла или составлен из разных…

Сегодня практически все тормозные диски являются вентилируемыми и в отличие от невентилируемых состоят из двух пластин, полость между которыми обеспечивает дополнительное охлаждение. Независимо от количества пластин, диски могут иметь нанесенную перфорацию или быть без нее. При этом выделяют перфорацию сквозную и заглубленную (не насквозь). Первая хорошо охлаждает и отводит рабочие газы, однако может негативно сказаться на надежности диска. Вторая тоже эффективно справляется с отведением продуктов выгорания и вместе с тем способствует сохранению прочностных свойств.

Разновидности тормозных дисков

В зависимости от конструкции и расчетных нагрузок, существует несколько типов тормозных дисков, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Полные (стандартные). Это самые простые, цельные литые диски, изготавливаемые из качественных сплавов. Плюсами такой простой конструкции является низкая цена, механическая стойкость, тихая, почти бесшумная работа, отсутствие вибрации. Минусы: большой вес, не самая лучшая теплоотдача. Сейчас такие диски производятся как эконом-вариант, поскольку новые мощности моторов диктуют новые требования.

Полный тормозной диск

Вентилируемые. Конструкция с внутренними каналами для воздуха, позволяющими быстро охладить диск. Воздух засасывается со стороны ступичной части и за счет центробежной силы проходит до края обода. Такой внутренний обдув позволяет быстро охлаждать диск, что особенно полезно в условиях городской эксплуатации.

Вентилируемый тормозной диск с гладкой рабочей поверхностью

С канавками. Для более эффективного отвода грязи, воды, пыли и газов на поверхности диска вытачиваются тонкие канавки от центра к краю, которые, помимо основной функции, являются индикаторами стирания диска (глубина канавок, как правило, 1 мм).

Вентилируемые диски с проточенными канавками

Перфорированные. Перфорация – отверстия, проходящие сквозь плоскую часть диска, за счет которых улучшается теплоотдача, отводятся твердые микрочастицы, газы и вода, не засоряя рабочую поверхность. Перфорированные диски до недавнего времени считались «спортивными», предназначенными только для агрессивного стиля вождения. Сейчас перфорированные диски ставят на любые автомобили, повышая качество работы тормозной системы.

Вентилируемый диск с канавками и перфорацией

С волнистым краем. Некоторые производители делают внешний край диска не ровным, а волнистым. Направлена эта модификация на снижение веса: самый край диска, как правило, не задействуется в процессе торможения, а значит, можно убрать небольшую часть металла без снижения рабочих качеств.

Составные диски с волнистым краем и улучшенным охлаждением

Материал тормозных дисков

Чаще всего тормозные диски изготовляют из чугуна. Популярность этого материала объясняется хорошими фрикционными свойствами и невысокой стоимостью производства. Наряду с этими преимуществами, чугун имеет ряд существенных недостатков, которые ограничивают его использование в некоторых типах транспортных средств – спортивных машинах и мотоциклах. При регулярных интенсивных торможениях, вызывающих значительное повышение температуры (400 С и выше), возможно коробление диска, а если на его перегретую в таких режимах поверхность попадает вода, например, из лужи, чугунный диск покрывается сетью трещин и иногда даже рассыпается. Кроме того, такие диски очень тяжелые, и после длительных стоянок их рабочая поверхность покрывается коркой ржавчины. Чтобы избежать этих недостатков, диски, в большей степени мотоциклетные и значительно реже автомобильные, начали делать из «нержавейки». Более слабые фрикционные свойства этого материала компенсировали увеличением диаметра дисков и их рабочей поверхности. Для изготовления этой ответственной детали тормозной системы используют и обычную сталь, которая, как и «нержавейка», не столь чувствительна к перепадам температур и обладает несколько худшими фрикционными свойствами, чем чугун.

В 70-е годы на спортивные машины начали устанавливать тормозные диски из углепластика – карбоновые. Преодолев период роста, карбоновые тормоза оставили своих металлических коллег далеко позади. Посудите сами: вес тормозного диска из карбона на порядок меньше металлического, коэффициент трения на порядок выше, а рабочий диапазон, ограничивающийся на обычных тормозах 500-600 С, здесь простирается далеко за отметку в 1000 С. Карбоновые диски не коробятся, а снижение неподрессоренных и вращающихся масс положительно сказывается на ходовых качествах автомобиля. Тем не менее путь к обычным дорожным автомобилям таким тормозам пока заказан. Стоимость комплекта карбоновых тормозов может достигать стоимости нового автомобиля малого класса, а нормально работать они начинают только после хорошего прогрева: до этого коэффициент трения тормозов даже ниже обычных! Нельзя забывать и об удобстве управления замедлением: если с традиционными тормозами все просто и понятно, то здесь контролировать замедление сверхсложно. Фактически в обычных условиях карбоновые тормоза будут аналогом переключателя «ехать/стоять».

Материал изготовления

Чугун. Большинство тормозных дисков производится из легированного чугуна с различными присадками (хром, никель, молибден), которые добавляют для придания металлу определенных заданных качеств. Качественные диски проходят температурную проверку: нагрев заготовок до предельных рабочих температур, что позволяет выявить внутренние дефекты отливок: пустоты, участки напряжения, которые могут стать причиной деформации и выхода диска из строя.

Чугунные вентилируемые диски

Керамика. Новейшее слово в технологии производства тормозных дисков – керамический сплав, состоящий из кремния и углеволокна. Такой материал выдерживает рабочие температуры до 600°С и критические до 1000°С, что нереально для металлических сплавов. Такие диски на порядок прочней и легче, чем чугунные (7-8 кг против 15-20 кг), служат в несколько раз дольше, но и стоимость имеют соответствующую. Недостатком этого материала является окисление при высоких температурах, для борьбы с которым рабочая поверхность диска покрывается карбидом кремния – одним из самых твердых материалов (после алмаза).

Керамический диск

Составные диски. Для уменьшения веса и стоимости конструкции диски делают из двух материалов: легкая середина из алюминиевого сплава и рабочая часть из металла или керамики. Соединение выполняется либо жестко (на штифтах), либо в «плавающем» подвижном варианте – для компенсации неравномерных тепловых расширений и механических нагрузок.

Составной диск

Сравнение веса керамического, составного и чугунного дисков

Крепление ступичной части и рабочей: на штифтах (слева) и «плавающим» методом (справа)

Какие бывают тормозные диски?

Давайте разберёмся, как выбрать тормозные диски и на что обратить внимание при их выборе. Для начала разберёмся в их конструкционных разновидностях:

• обычные невентилируемые
  – обладают плоской поверхностью, могут оснащаться бороздками для удаления пыли. Отличаются минимальной стоимостью, устанавливаются на автомобили эконом-класса. Можно сказать, что они подойдут 70-80% всего парка легковых автомобилей, колесящих по бескрайним просторам России. Проповедуете спортивный стиль езды с такими дисками? Тогда будьте готовы к ремонту (ну и регулярной замены колодок);
• вентилируемые
  – состоят из двух параллельных рабочих поверхностей, между которыми располагается специальный воздушный промежуток с крыльчатками для захвата воздуха. Как известно, в процессе торможения температура дисков поднимается, что может привести к их разрушению. Вентилируемые модели хорошо охлаждаются, благодаря чему могут работать при высоких термических нагрузках. Их недостатком является небольшая толщина, что сказывается на сроке службы;
• составные или комбинируемые
  – самые дорогие тормозные диски. Они легче любых других видов дисков, так как сделаны из разных материалов – чаще всего это чугун и алюминий. Здесь используется плавающая система крепления кольца к ступичной части тормозного диска, благодаря чему достигается равномерный прижим обеих колодок. Одновременно с этим они отличаются стойкостью к тепловому расширению и высокой ремонтопригодностью.

Проблемы тормозных дисков

Тормозные диски имеют свой ресурс, выработав который подлежат замене. Как правило, диски срабатываются гораздо медленней, чем тормозные колодки, в среднем разница в 2-3 раза. И меняют диски чаще всего не по регламенту, а по степени износа: разные производители дают разные допуски на износ рабочей части, но в большинстве случаев не более 2-4 мм. Однако помимо стирания рабочей плоскости есть несколько «врагов» тормозных дисков.

Коррозия. Диски ржавеют чаще всего зимой, когда автомобиль долго простаивает на открытом воздухе. Достаточно 2-3 дней, чтобы соль, реактивы и вода вызвали появление ржавчины на поверхности тормозного диска. Опасность коррозии в неравномерном повреждении металла, которое, если зайдет слишком далеко, может стать причиной разрушения диска при повышенной нагрузке. Многие производители наносят на поверхность диска специальные покрытия, предотвращающие появление ржавчины. В названии таких дисков, как правило, присутствует слово Platinum.

Деформация. От постоянных перепадов температур (например, попадание воды на разогретый диск) металл может «повести» — искривляется рабочая поверхность, что становится причиной вибрации и «биения» руля при торможении. Либо из-за проблем с колодками или суппортом неравномерно стирается рабочая поверхность диска.

Мелкие повреждения поверхности. Между поверхностью диска и колодками может попасть грязь, мелкий мусор, твердые частички. Они вызывают шероховатые задиры на краях и плоскости диска, влияющие на качество его работы.

Трещины и сколы. Некачественный металл, использованный для изготовления дешевых дисков, может не выдержать нагрузок. Диск трескается, на нем появляются сколы, и в конце-концов он просто разваливается в критический момент.

Составные тормозные диски

Составные тормозные диски пришли в автомобилестроение из автоспорта. Производители стремились облегчить тормозные диски. Однако рабочая поверхность тормозного диска, к которой прикасаются тормозные колодки, обязательно должна быть выполнена из чугуна. Именно поэтому было решено делать двухсоставные тормозные диски, состоящие из тонкой внешней чугунной части и центральной части, выполненной из лёгких сплавов.

Отдельным видом составных тормозных дисков являются плавающие диски. Известно, что при нагреве тормозной диск начинает увеличиваться. От этого падает эффективность тормозной системы, и мы чувствуем биение по педали тормоза. Чтобы убрать проблему биения по педали тормоза, производители придумали плавающие тормозные диски, у которых чугунная внешняя часть будет при нагревании слегка сдвигаться. Соответственно, у плавающего тормозного диска его мощность не будет быстро снижаться после нескольких торможений. Тормозная мощность у плавающих дисков в среднем на 30 % выше, чем у дисков обычной конструкции.

Что изнашивает диски и как продлить их «жизнь»

Обычные (не карбоновые) диски изнашиваются в любом случае, просто в процессе эксплуатации. Но есть факторы, влияющие на продолжительность использования тормозных расходников.

• Пробки. Стояние в пробках – вообще один их самых неприятных моментов для всех узлов автомобиля. Передвижение маленькими рывками, с частым торможением, быстро изнашивает диски и колодки. А особенно – в сочетании с агрессивной манерой езды когда приходится «продираться», объезжая стоящие рядом автомобили.

• Грузы. Буксировка прицепа или просто большая загруженность автомобиля, особенно при движении с горки, достаточно сильно нагружает тормозную систему, ведь и тормозить приходится чаще, и усилие массы намного больше, чем при отсутствии загрузки.

• Бездорожье. Передвижение по пересеченной местности – сложное испытание, изнашивающее тормозные диски в несколько раз быстрей, чем езда по трассе.

Помимо режима эксплуатации, на длительность использования тормозных дисков влияет и нормальная работа всех ближайших узлов: не изношенные тормозные колодки, правильно работающий суппорт, отсутствие коррозии на ступице, отбалансированные колеса, амортизаторы и передняя ось.

При появлении на диске шероховатостей, искривлений и других небольших проблем, многие автолюбители обращаются за проточкой: обработкой диска на станке для устранения дефектов поверхности. При проточке снимается примерно 0,25 мм с поверхности, что снижает ресурс диска, но дает возможность еще некоторое время его использовать. Иногда (например, при искривлении некачественных дисков) проточка снимает проблему только на короткое время. В любом случае, нужно периодически проверять состояние тормозных дисков, чтобы избежать проблем на дороге.

Типы тормозных дисков

• эконом;
• среднеценовой;
• премиум-класс.

Однако цена — это не основной показатель при выборе того или иного диска
Важно знать особенности конструкции этой детали автомобиля

Вентилируемые тормозные диски

Зачастую именно такой тип ставят на переднюю ось автомобиля. Смысл их в том, чтобы обеспечить лучшее охлаждение. Они состоят из двух пластин одинакового диаметра, которые соединены несколькими десятками перемычек, однако между ними есть и воздушный зазор (обычно его значение составляет около одного сантиметра). Воздушный зазор необходим для обеспечения отвода тепла во время торможения. На некоторых дисках перемычки имеют изогнутую форму. Это делается специально для того, чтобы в процессе вращения эти перемычки превращались в своеобразные лопасти вентилятора, которые и рассеивают тепло. Такие диски эффективно справляются с торможением даже при значительных нагрузках при сильном нагреве.

Перфорированные диски

В таких дисках по всему их периметру просверлены несколько десятков отверстий. Их эффективность значительно меньше чем эстетический вид. Дело в том, что в составе тормозных колодок имеется скрепляющее вещество, которое распадается при высокой температуре. Особенно это актуально для старых и бюджетных колодок.

При высокой температуре скрепляющее вещество распадается, образуя газовую прослойку, которая не дает колодке прижаться к диску из-за того, что между их рабочими поверхностями имеется избыточное давление. И вот как раз отверстия на перфорированных дисках и предназначены для удаления этих газов, а также удаления продуктов износа самих колодок.

Поэтому пара — дешевые колодки и перфорированные диски, будет более эффективной нежели с вентилируемыми, но не оправданный со стороны расходов.

Среди недостатков перфорированных дисков является то, что за счет отверстий меньшая площадь трения и площадь отвода тепла. А это негативно сказывается и при установки более дорогих колодок. К тому же, отверстия, во время работы диска, становятся точками напряжения при широком диапазоне изменений рабочей температуры. А это может привести к появлению трещин, особенно в долгосрочной перспективе.

Дело в том, что при торможении рабочая поверхность диска будет более горячая, чем сами отверстия. Это приводит к температурному перекосу, следствием которого является постепенный выход диска из строя. Именно по этой причине их практически не используют в автоспорте. Однако для машин, используемых в городском режиме, их вполне можно устанавливать. Тем более когда важен именно эстетический вид.

Диски с насечками

Насечки на диски выполняют ту же функцию, что и отверстия на перфорированных дисках. Однако к этому добавляется действие, когда при каждом обороте диска они очищают трущуюся поверхность тормозных колодок. Дополнительным преимуществом таких насечек является то, что за их края колодки лучше цепляются. Однако это может привести к тому, что колодка раньше времени выйдет из строя (особенно если она бюджетная и/или низкокачественная). Диски с насечками лучше, чем перфорированные, но рекомендуется ставить лишь в паре с качественными колодками.

Как узнать, что настало время менять тормозные диски?

По замене тормозных дисков нет строго определенного регламента, всё зависит от материала, качества и режима использования. Как правило, специалисты придерживаются такого правила: каждая третья замена тормозных колодок производится вместе с заменой дисков. Но и это не аксиома: дорогие диски проживут намного дольше, а некачественные придется менять даже чаще.

Критический износ диска

Износ дисков определяется при проверке: каждая модель имеет спецификацию, в которой указана минимально возможная толщина рабочей части (в карбоновых дисках указывается минимальный вес), по достижении которой тормозные диски нужно менять. Это идеальный вариант штатной эксплуатации.

В остальных случаях сигналом к замене будет изменение в работе автомобиля:

• увеличилась длина тормозного пути;

• машину во время торможения уводит в сторону;

• снизился уровень тормозной жидкости;

• педаль тормоза стала мягкой, «ватной»;

• при торможении происходит блокировка колес;

• появилась вибрация руля при нажатии на педаль тормоза;

• появился шум от тормозных колодок (скрип, писк, скрежет);

• тормозной диск поврежден и это видно при осмотре снаружи;

• на тормозном диске появились глубокие кольцевые канавки и задиры металлической поверхности.

Как правило, передние тормозные диски нужно менять чаще, чем задние, из-за более высокой нагрузки.

Какой бы ни была причина замены, существует несколько моментов, которые обязательно нужно принять во внимание:

• вместе с тормозными дисками обязательно нужно менять и колодки, иначе износ новых дисков будет неравномерным;

• диски (и колодки вместе с ними) меняют всегда парой, даже если один вышел из строя, а второй еще в порядке, в противном случае машину при торможении будет «уводить» в сторону;

• меняя тормозные диски самостоятельно, нужно отследить, чтобы на них не осталось заводской смазки, на которой будут проскальзывать колодки;

• после замены дисков необходима притирка: примерно 150-200 км осторожной езды без сильных разгонов и резких длительных торможений, чтобы с колодок и дисков ушли микронеровности и максимально увеличилась поверхность контакта;

• при замене тормозных дисков проводится осмотр ступицы на предмет ржавчины и повреждений, которые могут спровоцировать вибрацию дисков и колодок;

• одновременно с заменой дисков необходимо делать и профилактику суппортов (чистку и смазку).

Тормозные диски ВАЗ

На большинстве переднеприводных автомобилей ВАЗ задние тормоза являются барабанными. К сожалению, они не такие эффективные, как дисковые. Поэтому некоторые владельцы предпочитают заменить барабанные тормоза на дисковые. Сейчас это не представляет особого труда. Преимущества дисковых тормозов в том, что они, помимо более высокой эффективности, просты в замене, за их износом можно наблюдать визуально, не снимая колес. Можно использовать передние тормозные диски моделей ВАЗ 2110, ВАЗ 2108 (13 дюймов) и ВАЗ 2112 (14 дюймов). Эти диски являются вентилируемые и подойдут на заднюю ось. Стоит уточнить, что передние диски должны быть на 1-2 дюйма больше задних во избежание «перетормаживания» задней оси.

Классы тормозных дисков

Так как большинство производителей тормозных дисков разделяет свою продукцию на классы, то автовладельцу необходимо понимать, тормозные диски какого класса ему лучше выбрать. Определить это довольно просто:

Если автовладелец ездит достаточно быстро и для него важно наличие тормозов, которые не подведут в нужный момент – ему лучше ориентироваться на тормозные диски «премиум» класса. Такие диски стоят заметно дороже, чем многие другие, но зато они изначально рассчитываются на эксплуатацию в сложных и экстремальных условиях, в таких дисках можно быть уверенным всегда

К дискам «премиум» класса относятся диски брендов ATE, EBC, Otto Zimmermann.

Если же автовладелец исповедует спокойный стиль езды, предпочитая добираться до пункта назначения степенно и с достоинством – то для него вполне подойдут тормозные диски «эконом» класса. Такие диски не предназначены для экстремальных условий эксплуатации, но и их стоимость способна порадовать любого.

В том случае, если автовладелец ездит по-разному, предпочитая спокойный стиль движения с отдельными моментами быстрой и интенсивной езды – то ему лучше ориентироваться на тормозные диски среднего класса. Такие диски будут стоить несколько дороже дисков «эконом» класса, но зато будут иметь определённый «запас прочности» для различных дорожных ситуаций.