汽車用碳陶制動盤技術(shù)要求及測試方法

汽車用碳陶制動盤技術(shù)要求及測試方法本文件規(guī)定了汽車用碳陶制動盤(以下簡稱“制動盤”)的材料要求、尺寸及形位公差、性能要求、試驗及評價方法等。本文件適用于GB/T15089規(guī)定的M1類車輛原車配套、盤體材料為連續(xù)碳纖維增強的碳陶復合材料制動盤，短碳纖維增強的碳陶復合材料的制動盤可參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T228.1金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法GB/T1031產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值GB/T1958產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)形狀和位置公差檢測規(guī)定GB/T2493砂輪的回轉(zhuǎn)試驗方法GB/T3177產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)光滑工件尺寸的檢驗GB/T3398.2塑料硬度測試第2部分：洛氏硬度GB/T6461金屬基體上金屬和其他無機覆蓋層經(jīng)腐蝕試驗后的試樣和試件的評級GB/T6569精細陶瓷彎曲強度試驗方法GB/T9239機械振動恒態(tài)(剛性)轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)要求GB/T10125人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗GB/T14389工程陶瓷沖擊韌性試驗方法GB/T15089機動車輛及掛車分類GB/T30512汽車禁用物質(zhì)要求GB/T33501碳碳復合材料拉伸性能試驗方法GB/T34422汽車用制動盤GB/T34559碳碳復合材料壓縮性能試驗方法QC/T556汽車制動器溫度測量和熱電偶安裝QC/T564乘用車制動器性能要求及臺架試驗方法QC/T592液壓制動鉗總成性能要求及臺架試驗方法SAEJ2522InertiaDynamometerDiscAndDrumBrakeEffectivenessTestProcedure3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1碳陶C/C-SiC碳纖維增強碳基和陶瓷基復合材料。3.2盤體brakediscbody制動盤中與剎車片配合起摩擦制動作用的零件。3.3盤轂dischub非整體式碳陶制動盤中與盤體和車軸連接的零件。3.4整體式碳陶制動盤integralC/C-SiCbrakedisc整體結(jié)構(gòu)全部由碳陶材料制備的制動盤。3.5非整體式碳陶制動盤non-integralC/C-SiCbrakedisc由碳陶盤體、金屬盤轂、緊固件及附屬件組成的制動盤。3.6厚度差discthicknessvariation（DTV）兩制動面厚度在任一圓周/徑向上的變化量。3.7最小使用厚度minimumthickness制動盤摩損后的最小可用剩余厚度。3.8AMS試驗AMStest起源于德國知名汽車雜志AutoMotorSport,規(guī)定了一種高強度的制動性能試驗工況。3.9最小使用重量minimumworkingweight在滿足安全性能的前提下，制動盤可以正常工作且保持最佳性能的最小質(zhì)量。3.10盤體密度diskdensity單位體積制動盤材料的質(zhì)量。4技術(shù)要求4.1總則產(chǎn)品應按規(guī)定程序批準的產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件制造。4.2盤體材料要求盤體材料物理及力學性能、物相組成應符合表1規(guī)定。表1盤體材料要求度碳陶復合材料4.3盤轂材料性能對于非整體式制動盤，盤轂材料為金屬材料，其力學性能應滿足抗拉強度≥150MPa。盤轂材料及力學性能參數(shù)也可由供需雙方協(xié)商確定。4.4制動盤尺寸公差和形位公差制動盤尺寸公差和形位公差應符合表2規(guī)定。表2制動盤尺寸公差和形位公差動動M1≤0.01≤0.05≤0.10≤0.054.5制動面粗糙度制動盤制動面表面粗糙度Ra值不應大于3.2μm。4.6剩余不平衡量4.6.1制動盤剩余不平衡量應小于500g?mm，也可由供需雙方協(xié)商確定。4.6.2制動盤平衡量應采用去除材料的方法，去除材料的尺寸應符合圖1的要求。圖1制動盤去除材料示意圖注：單位為毫米。5外觀要求5.1盤面裂紋允許出現(xiàn)較淺的網(wǎng)狀裂紋,不應存在延伸到基體的裂紋；不應存在貫穿裂紋（裂紋直線貫穿整個盤面內(nèi)外徑或裂紋貫穿整個涂層）。注：制動盤基體是以碳纖維為增強材料的復合材料，制動盤涂層是覆蓋在基體表面的一層陶瓷材料。5.2殘余硅渣工作面與盤轂安裝面不允許有殘硅，內(nèi)外輪廓面的殘硅外輪廓直徑≤2mm，高度≤0.3mm。5.3崩邊/掉塊單個摩擦面輕微掉塊缺陷總數(shù)量不超過4處,摩擦面穿孔眼邊緣單個缺陷不允許超過2mm×1mm、摩擦面內(nèi)環(huán)損壞2mm×1mm缺陷、摩擦面外環(huán)損壞2mm×1mm缺陷、非摩擦面不允許出現(xiàn)3mm×3mm×3mm以上的掉塊缺陷。5.4砂眼缺陷單側(cè)摩擦面單個砂眼直徑≤0.5mm，同時在任意50mm×50mm的區(qū)域內(nèi)，砂眼總數(shù)量不超過8個。6性能要求6.1回轉(zhuǎn)強度按GB/T2493砂輪的回轉(zhuǎn)試驗方法試驗后，應滿足如下要求：制動盤破碎時的轉(zhuǎn)速不應小于3000轉(zhuǎn)/分鐘。6.2靜扭強度按附錄A.5.1的規(guī)定進行靜扭強度試驗后，整體式碳陶制動盤不應出現(xiàn)A.3.1所述失效，非整體式碳陶制動盤不應出現(xiàn)A.3.2所述失效。6.3熱疲勞性能按附錄A.5.2的規(guī)定進行熱疲勞試驗后，應滿足如下要求：制動盤樣品失效時的熱疲勞試驗循環(huán)數(shù)不應小于150。6.4高負載試驗按附錄A.5.3的規(guī)定進行高負載試驗后，整體式碳陶制動盤不應出現(xiàn)A.3.1所述失效，非整體式碳陶制動盤不應出現(xiàn)A.3.2所述失效。6.5AMS按附錄A.5.4的規(guī)定進行AMS試驗后，整體式碳陶制動盤不應出現(xiàn)A.3.1所述失效，非整體式碳陶制動盤不應出現(xiàn)A.3.2所述失效。6.6最低使用重量制動盤應在顯著位置注明最低使用厚度，標識應清晰、永久，也可由供需雙方協(xié)商確定。6.7涂裝要求對于非整體式碳陶制動盤，應對金屬盤轂、緊固件及附屬件進行防腐檢驗。6.7.1涂層耐高溫性能金屬盤轂、緊固件及附屬件在300℃空氣氣氛環(huán)境下放置1小時，自然冷卻至室溫后，噴涂區(qū)域涂層不應出現(xiàn)任何起泡、裂紋、脫落現(xiàn)象。6.7.2涂層耐腐蝕性能金屬盤轂、緊固件及附屬件在300℃環(huán)境下放置1小時，自然冷卻至室溫后，按照GB/T10125進行中性鹽霧試驗不應小于120小時。7禁用、限制物質(zhì)要求制動盤需滿足GB/T30512汽車禁用物質(zhì)要求。8檢驗方法8.1盤體制動面硬度a)盤體制動面的硬度檢測按GB/T3398.2的規(guī)定進行。b)硬度檢測部位應在制動面中部，沿圓周均布測試至少4個點（如圖2示）。c)通風盤的硬度應選擇在筋條正上方的制動面測試。d)每一點硬度均應符合表1中的規(guī)定。圖2硬度檢測位置8.2力學性能8.2.1盤體的抗壓試驗按照GB∕T34559進行。a)試樣尺寸B×W×L為10×10×10mm（如圖3），試樣的載荷加載方向如下圖4規(guī)定。b)試驗試樣應取自試棒或本體，數(shù)量不少于5根，試驗結(jié)果中5個測試值的算術(shù)平均值符合表1規(guī)定時為合格；c)試驗的結(jié)果不合格時，應從該爐次中重新抽取5個試樣進行復試。圖3試樣尺寸圖4抗壓試驗載荷加載方向8.2.2盤體的抗彎試驗按照GB∕T6569進行。a)試樣尺寸B×W×L為4×10×55mm（如圖5），試樣的載荷加載方向如圖6規(guī)定。b)試驗試樣應取自試棒或本體，數(shù)量不少于5根，試驗結(jié)果中5個測試值的算術(shù)平均值符合表1規(guī)定時為合格；c)試驗的結(jié)果不合格時，應從該爐次中重新抽取5個試樣進行復試。圖5試樣尺寸圖6抗彎試驗載荷加載方向8.2.3盤體的沖擊韌性試驗按照GB/T14389進行。a)試樣尺寸B×W×L為10×10×55mm（如圖7），試樣的載荷加載方向如圖8規(guī)定。b)試驗試樣應取自試棒或本體，數(shù)量不少于5根，試驗結(jié)果中5個測試值的算術(shù)平均值符合表1規(guī)定時為合格；c)試驗的結(jié)果不合格時，應從該爐次中重新抽取5個試樣進行復試。圖7試樣尺寸圖8沖擊韌性試驗載荷加載方向8.2.4盤體的抗拉試驗按照GB/T33501進行。a)試樣尺寸B×W×L為10×15×150mm（如圖9），試樣的載荷加載方向如圖10規(guī)定。b)試驗試樣應取自試棒或本體，數(shù)量不少于5根，試驗結(jié)果中5個測試值的算術(shù)平均值符合表1規(guī)定時為合格；c)試驗的結(jié)果不合格時，應從該爐次中重新抽取5個試樣進行復試。圖9試樣尺寸圖10抗拉試驗載荷加載方向8.2.5金屬盤轂的抗拉強度試驗按GB/T228的規(guī)定進行。a)試驗試樣應取自試棒或本體，按照GB/T9439的規(guī)定進行試樣的制備。b)試驗結(jié)果的評定及試驗的有效性按GB/T9439的規(guī)定。8.3盤體密度采用排水法測試試樣的體積密度，試樣尺寸B×W×L為10×10×10mm（如圖11采用精度為0.001g的電子分析天平稱量試樣質(zhì)量。圖11試樣尺寸8.3.1通過公式1計算試樣的密度。式中：D——密度，單位為克每立方厘米（g/cm3d——水的密度，單位為克每立方厘米（g/cm3m1——試樣的干燥質(zhì)量，單位為克（gm2——飽和試樣在水中的質(zhì)重（試樣在水中抽真空至試樣上無氣泡出現(xiàn)后取出，放入靜水天平金屬網(wǎng)籃中稱量在水中的重量單位為克（gm3——飽和試樣在空氣中的質(zhì)量（試樣在水中抽真空至試樣上無氣泡出現(xiàn)后取出，將表面水擦干凈后稱量在空氣中的重量單位為克（g）。8.3.2試驗試樣應取自試棒或本體，數(shù)量不少于5根，試驗結(jié)果中五個測試值的算術(shù)平均值符合表1規(guī)定時為合格。8.3.3試驗的結(jié)果不合格時，應從該爐次中重新抽取5個試樣進行復試。8.4尺寸公差和形位公差8.4.1制動盤周向DTV的檢測位置參考圖12，分別在1-1’、2-2’、3-3’三個位置進行檢測。8.4.2制動面跳動檢測位置參考圖11，分別在3、3’兩個位置進行檢測。圖12DTV及制動面跳動檢測位置8.4.3DTV與制動面跳動檢測時，工件旋轉(zhuǎn)需大于2圈。8.4.4基準孔直徑，通風盤單邊壁厚變化量的檢測方法按GB/T3177的規(guī)定。8.4.5制動面平面度、安裝面平面度的檢測方法按GB/T3177的規(guī)定。8.5制動面粗糙度制動面粗糙度的檢測方法按GB/T1031的規(guī)定。8.6剩余不平衡量剩余不平衡量的檢測方法按GB/T9239的規(guī)定。8.7外觀在充足的自然光或熒光燈條件下，通過目測和手感方法對產(chǎn)品進行檢查。9檢驗規(guī)則9.1出廠檢驗出廠檢驗項目及抽樣數(shù)量應按照表3。表3制動盤尺寸公差和形位公差要求1239.2型式試驗有下列情況之一時應進行型式試驗。c)新產(chǎn)品或老產(chǎn)品轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)的試制定型鑒定；d)正式生產(chǎn)后，如結(jié)構(gòu)、材料、工藝有較大改變，可能影響產(chǎn)品性能；e)產(chǎn)品長期停產(chǎn)后，恢復生產(chǎn)；f)出廠檢驗結(jié)果與上次型式檢驗有較大差異；g)國家質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)提出進行型式檢驗的要求。制動盤臺架試驗A.1范圍本附錄規(guī)定了靜扭強度、熱疲勞、AMS、高負載的臺架試驗方法、技術(shù)要求和失效判定準則。A.2試驗相關要求A.2.1試驗慣量試驗慣量的設置應盡可能接近理論慣量。理論慣量是指，在車輛制動時產(chǎn)生的總慣量在相應車輪上分配的慣量。按公式A.1計算。式中：I——理論轉(zhuǎn)動慣量，單位為千克二次方米(kg?m2)；M——試驗質(zhì)量(制動時，車輛總質(zhì)量在相應車輪上分配的質(zhì)量)，單位為千克(kg)；rdyn——輪胎動態(tài)滾動半徑，單位為米(m)。A.2.2試驗質(zhì)量前制動器的試驗質(zhì)量M的計算方法，按公式A.2計算。后制動器的試驗質(zhì)量M的計算方法，按公式A.3計算。式中：Ga——汽車滿載總質(zhì)量，單位為千克（kgL——汽車軸距，單位為米（m）；?g——汽車滿載時重心高度，單位為米（m）；a——滿載時重心至前軸的水平距離，單位為米（mb——滿載時重心至后軸的水平距離，單位為米（mT——試驗所需最大制動強度如無其他規(guī)定，所有試驗計算前制動器的試驗質(zhì)量時，取減速度1g。A.2.3環(huán)境要求A.2.3.1試驗時不帶車輪，在試驗階段，若試驗無明確規(guī)定，則被試制動器處冷卻風速應當限定為11m/s，其他情況下的風速不做限定。A.2.3.2若試驗無明確規(guī)定，出風口的冷卻空氣溫度為：室溫。A.2.3.3若試驗無明確規(guī)定，冷卻風量要求≥2500m3/h。A.2.4試驗設備要求除另有規(guī)定外，試驗設備應滿足QC/T564中試驗設備要求的規(guī)定。A.2.5采樣率下列自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取樣頻率最小100Hz；a)制動等效線速度測試；b)制動管路壓力；c)制動輸出力矩；d)制動盤溫度；e)制動液波動量（可選）；f)冷卻風速；A.2.6溫度測量熱電偶安裝位置為制動襯塊接觸面的摩擦軌跡中心半徑處，溫度測量應符合QC/T556的規(guī)定。A.3樣品失效判定準則A.3.1整體式碳陶制動盤樣品失效判定準則臺架試驗過程中，當制動盤出現(xiàn)如下現(xiàn)象之一時，即判定制動盤樣品失效。a)制動盤制動面的徑向裂紋長度超過制動面寬度的三分之二；b)制動盤制動面有連帶面積大于1cm2、深度大于0.5mm的剝落；c)制動盤制動面的裂紋達到了制動盤制動面內(nèi)徑或外徑；d)制動盤制動面上有貫穿性徑向裂紋；e)制動盤在制動面外的任何區(qū)域出現(xiàn)變形、結(jié)構(gòu)損壞或裂紋。A.3.2非整體式碳陶制動盤樣品失效判定準則a)制動盤制動面的徑向裂紋長度超過制動面寬度的三分之二；b)制動盤制動面有連帶面積大于1cm2、深度大于0.5mm的剝落；c)制動盤制動面的裂紋達到了制動盤制動面內(nèi)徑或外徑；d)制動盤制動面上有貫穿性徑向裂紋；e)制動盤從連接部位延伸至制動盤內(nèi)徑或外徑的裂紋；f)制動盤制動面外的任何區(qū)域出現(xiàn)變形、結(jié)構(gòu)損壞或裂紋；g)