汽車用碳陶制動(dòng)盤(pán)技術(shù)要求及測(cè)試方法

汽車用碳陶制動(dòng)盤(pán)技術(shù)要求及測(cè)試方法本文件規(guī)定了汽車用碳陶制動(dòng)盤(pán)(以下簡(jiǎn)稱“制動(dòng)盤(pán)”)的材料要求、尺寸及形位公差、性能要求、試驗(yàn)及評(píng)價(jià)方法等。本文件適用于GB/T15089規(guī)定的M1類車輛原車配套、盤(pán)體材料為連續(xù)碳纖維增強(qiáng)的碳陶復(fù)合材料制動(dòng)盤(pán)，短碳纖維增強(qiáng)的碳陶復(fù)合材料的制動(dòng)盤(pán)可參照?qǐng)?zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)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(duì)應(yīng)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(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)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(cè)規(guī)定GB/T2493砂輪的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)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(yàn)GB/T3398.2塑料硬度測(cè)試第2部分：洛氏硬度GB/T6461金屬基體上金屬和其他無(wú)機(jī)覆蓋層經(jīng)腐蝕試驗(yàn)后的試樣和試件的評(píng)級(jí)GB/T6569精細(xì)陶瓷彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法GB/T9239機(jī)械振動(dòng)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(yàn)鹽霧試驗(yàn)GB/T14389工程陶瓷沖擊韌性試驗(yàn)方法GB/T15089機(jī)動(dòng)車輛及掛車分類GB/T30512汽車禁用物質(zhì)要求GB/T33501碳碳復(fù)合材料拉伸性能試驗(yàn)方法GB/T34422汽車用制動(dòng)盤(pán)GB/T34559碳碳復(fù)合材料壓縮性能試驗(yàn)方法QC/T556汽車制動(dòng)器溫度測(cè)量和熱電偶安裝QC/T564乘用車制動(dòng)器性能要求及臺(tái)架試驗(yàn)方法QC/T592液壓制動(dòng)鉗總成性能要求及臺(tái)架試驗(yàn)方法SAEJ2522InertiaDynamometerDiscAndDrumBrakeEffectivenessTestProcedure3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1碳陶C/C-SiC碳纖維增強(qiáng)碳基和陶瓷基復(fù)合材料。3.2盤(pán)體brakediscbody制動(dòng)盤(pán)中與剎車片配合起摩擦制動(dòng)作用的零件。3.3盤(pán)轂dischub非整體式碳陶制動(dòng)盤(pán)中與盤(pán)體和車軸連接的零件。3.4整體式碳陶制動(dòng)盤(pán)integralC/C-SiCbrakedisc整體結(jié)構(gòu)全部由碳陶材料制備的制動(dòng)盤(pán)。3.5非整體式碳陶制動(dòng)盤(pán)non-integralC/C-SiCbrakedisc由碳陶盤(pán)體、金屬盤(pán)轂、緊固件及附屬件組成的制動(dòng)盤(pán)。3.6厚度差discthicknessvariation（DTV）兩制動(dòng)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(dòng)盤(pán)摩損后的最小可用剩余厚度。3.8AMS試驗(yàn)AMStest起源于德國(guó)知名汽車雜志AutoMotorSport,規(guī)定了一種高強(qiáng)度的制動(dòng)性能試驗(yàn)工況。3.9最小使用重量minimumworkingweight在滿足安全性能的前提下，制動(dòng)盤(pán)可以正常工作且保持最佳性能的最小質(zhì)量。3.10盤(pán)體密度diskdensity單位體積制動(dòng)盤(pán)材料的質(zhì)量。4技術(shù)要求4.1總則產(chǎn)品應(yīng)按規(guī)定程序批準(zhǔn)的產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件制造。4.2盤(pán)體材料要求盤(pán)體材料物理及力學(xué)性能、物相組成應(yīng)符合表1規(guī)定。表1盤(pán)體材料要求度碳陶復(fù)合材料4.3盤(pán)轂材料性能對(duì)于非整體式制動(dòng)盤(pán)，盤(pán)轂材料為金屬材料，其力學(xué)性能應(yīng)滿足抗拉強(qiáng)度≥150MPa。盤(pán)轂材料及力學(xué)性能參數(shù)也可由供需雙方協(xié)商確定。4.4制動(dòng)盤(pán)尺寸公差和形位公差制動(dòng)盤(pán)尺寸公差和形位公差應(yīng)符合表2規(guī)定。表2制動(dòng)盤(pán)尺寸公差和形位公差動(dòng)動(dòng)M1≤0.01≤0.05≤0.10≤0.054.5制動(dòng)面粗糙度制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)面表面粗糙度Ra值不應(yīng)大于3.2μm。4.6剩余不平衡量4.6.1制動(dòng)盤(pán)剩余不平衡量應(yīng)小于500g?mm，也可由供需雙方協(xié)商確定。4.6.2制動(dòng)盤(pán)平衡量應(yīng)采用去除材料的方法，去除材料的尺寸應(yīng)符合圖1的要求。圖1制動(dòng)盤(pán)去除材料示意圖注：?jiǎn)挝粸楹撩住?外觀要求5.1盤(pán)面裂紋允許出現(xiàn)較淺的網(wǎng)狀裂紋,不應(yīng)存在延伸到基體的裂紋；不應(yīng)存在貫穿裂紋（裂紋直線貫穿整個(gè)盤(pán)面內(nèi)外徑或裂紋貫穿整個(gè)涂層）。注：制動(dòng)盤(pán)基體是以碳纖維為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料，制動(dòng)盤(pán)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(pán)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(gè)摩擦面輕微掉塊缺陷總數(shù)量不超過(guò)4處,摩擦面穿孔眼邊緣單個(gè)缺陷不允許超過(guò)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(gè)砂眼直徑≤0.5mm，同時(shí)在任意50mm×50mm的區(qū)域內(nèi)，砂眼總數(shù)量不超過(guò)8個(gè)。6性能要求6.1回轉(zhuǎn)強(qiáng)度按GB/T2493砂輪的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法試驗(yàn)后，應(yīng)滿足如下要求：制動(dòng)盤(pán)破碎時(shí)的轉(zhuǎn)速不應(yīng)小于3000轉(zhuǎn)/分鐘。6.2靜扭強(qiáng)度按附錄A.5.1的規(guī)定進(jìn)行靜扭強(qiáng)度試驗(yàn)后，整體式碳陶制動(dòng)盤(pán)不應(yīng)出現(xiàn)A.3.1所述失效，非整體式碳陶制動(dòng)盤(pán)不應(yīng)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(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)后，應(yīng)滿足如下要求：制動(dòng)盤(pán)樣品失效時(shí)的熱疲勞試驗(yàn)循環(huán)數(shù)不應(yīng)小于150。6.4高負(fù)載試驗(yàn)按附錄A.5.3的規(guī)定進(jìn)行高負(fù)載試驗(yàn)后，整體式碳陶制動(dòng)盤(pán)不應(yīng)出現(xiàn)A.3.1所述失效，非整體式碳陶制動(dòng)盤(pán)不應(yīng)出現(xiàn)A.3.2所述失效。6.5AMS按附錄A.5.4的規(guī)定進(jìn)行AMS試驗(yàn)后，整體式碳陶制動(dòng)盤(pán)不應(yīng)出現(xiàn)A.3.1所述失效，非整體式碳陶制動(dòng)盤(pán)不應(yīng)出現(xiàn)A.3.2所述失效。6.6最低使用重量制動(dòng)盤(pán)應(yīng)在顯著位置注明最低使用厚度，標(biāo)識(shí)應(yīng)清晰、永久，也可由供需雙方協(xié)商確定。6.7涂裝要求對(duì)于非整體式碳陶制動(dòng)盤(pán)，應(yīng)對(duì)金屬盤(pán)轂、緊固件及附屬件進(jìn)行防腐檢驗(yàn)。6.7.1涂層耐高溫性能金屬盤(pán)轂、緊固件及附屬件在300℃空氣氣氛環(huán)境下放置1小時(shí)，自然冷卻至室溫后，噴涂區(qū)域涂層不應(yīng)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(pán)轂、緊固件及附屬件在300℃環(huán)境下放置1小時(shí)，自然冷卻至室溫后，按照GB/T10125進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)不應(yīng)小于120小時(shí)。7禁用、限制物質(zhì)要求制動(dòng)盤(pán)需滿足GB/T30512汽車禁用物質(zhì)要求。8檢驗(yàn)方法8.1盤(pán)體制動(dòng)面硬度a)盤(pán)體制動(dòng)面的硬度檢測(cè)按GB/T3398.2的規(guī)定進(jìn)行。b)硬度檢測(cè)部位應(yīng)在制動(dòng)面中部，沿圓周均布測(cè)試至少4個(gè)點(diǎn)（如圖2示）。c)通風(fēng)盤(pán)的硬度應(yīng)選擇在筋條正上方的制動(dòng)面測(cè)試。d)每一點(diǎn)硬度均應(yīng)符合表1中的規(guī)定。圖2硬度檢測(cè)位置8.2力學(xué)性能8.2.1盤(pán)體的抗壓試驗(yàn)按照GB∕T34559進(jìn)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(yàn)試樣應(yīng)取自試棒或本體，數(shù)量不少于5根，試驗(yàn)結(jié)果中5個(gè)測(cè)試值的算術(shù)平均值符合表1規(guī)定時(shí)為合格；c)試驗(yàn)的結(jié)果不合格時(shí)，應(yīng)從該爐次中重新抽取5個(gè)試樣進(jìn)行復(fù)試。圖3試樣尺寸圖4抗壓試驗(yàn)載荷加載方向8.2.2盤(pán)體的抗彎試驗(yàn)按照GB∕T6569進(jìn)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(yàn)試樣應(yīng)取自試棒或本體，數(shù)量不少于5根，試驗(yàn)結(jié)果中5個(gè)測(cè)試值的算術(shù)平均值符合表1規(guī)定時(shí)為合格；c)試驗(yàn)的結(jié)果不合格時(shí)，應(yīng)從該爐次中重新抽取5個(gè)試樣進(jìn)行復(fù)試。圖5試樣尺寸圖6抗彎試驗(yàn)載荷加載方向8.2.3盤(pán)體的沖擊韌性試驗(yàn)按照GB/T14389進(jìn)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(yàn)試樣應(yīng)取自試棒或本體，數(shù)量不少于5根，試驗(yàn)結(jié)果中5個(gè)測(cè)試值的算術(shù)平均值符合表1規(guī)定時(shí)為合格；c)試驗(yàn)的結(jié)果不合格時(shí)，應(yīng)從該爐次中重新抽取5個(gè)試樣進(jìn)行復(fù)試。圖7試樣尺寸圖8沖擊韌性試驗(yàn)載荷加載方向8.2.4盤(pán)體的抗拉試驗(yàn)按照GB/T33501進(jìn)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(yàn)試樣應(yīng)取自試棒或本體，數(shù)量不少于5根，試驗(yàn)結(jié)果中5個(gè)測(cè)試值的算術(shù)平均值符合表1規(guī)定時(shí)為合格；c)試驗(yàn)的結(jié)果不合格時(shí)，應(yīng)從該爐次中重新抽取5個(gè)試樣進(jìn)行復(fù)試。圖9試樣尺寸圖10抗拉試驗(yàn)載荷加載方向8.2.5金屬盤(pán)轂的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)按GB/T228的規(guī)定進(jìn)行。a)試驗(yàn)試樣應(yīng)取自試棒或本體，按照GB/T9439的規(guī)定進(jìn)行試樣的制備。b)試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定及試驗(yàn)的有效性按GB/T9439的規(guī)定。8.3盤(pán)體密度采用排水法測(cè)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(guò)公式1計(jì)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(wú)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(wú)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(yàn)試樣應(yīng)取自試棒或本體，數(shù)量不少于5根，試驗(yàn)結(jié)果中五個(gè)測(cè)試值的算術(shù)平均值符合表1規(guī)定時(shí)為合格。8.3.3試驗(yàn)的結(jié)果不合格時(shí)，應(yīng)從該爐次中重新抽取5個(gè)試樣進(jìn)行復(fù)試。8.4尺寸公差和形位公差8.4.1制動(dòng)盤(pán)周向DTV的檢測(cè)位置參考圖12，分別在1-1’、2-2’、3-3’三個(gè)位置進(jìn)行檢測(cè)。8.4.2制動(dòng)面跳動(dòng)檢測(cè)位置參考圖11，分別在3、3’兩個(gè)位置進(jìn)行檢測(cè)。圖12DTV及制動(dòng)面跳動(dòng)檢測(cè)位置8.4.3DTV與制動(dòng)面跳動(dòng)檢測(cè)時(shí)，工件旋轉(zhuǎn)需大于2圈。8.4.4基準(zhǔn)孔直徑，通風(fēng)盤(pán)單邊壁厚變化量的檢測(cè)方法按GB/T3177的規(guī)定。8.4.5制動(dòng)面平面度、安裝面平面度的檢測(cè)方法按GB/T3177的規(guī)定。8.5制動(dòng)面粗糙度制動(dòng)面粗糙度的檢測(cè)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(cè)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(guò)目測(cè)和手感方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢查。9檢驗(yàn)規(guī)則9.1出廠檢驗(yàn)出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目及抽樣數(shù)量應(yīng)按照表3。表3制動(dòng)盤(pán)尺寸公差和形位公差要求1239.2型式試驗(yàn)有下列情況之一時(shí)應(yīng)進(jìn)行型式試驗(yàn)。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(zhǎng)期停產(chǎn)后，恢復(fù)生產(chǎn)；f)出廠檢驗(yàn)結(jié)果與上次型式檢驗(yàn)有較大差異；g)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)提出進(jìn)行型式檢驗(yàn)的要求。制動(dòng)盤(pán)臺(tái)架試驗(yàn)A.1范圍本附錄規(guī)定了靜扭強(qiáng)度、熱疲勞、AMS、高負(fù)載的臺(tái)架試驗(yàn)方法、技術(shù)要求和失效判定準(zhǔn)則。A.2試驗(yàn)相關(guān)要求A.2.1試驗(yàn)慣量試驗(yàn)慣量的設(shè)置應(yīng)盡可能接近理論慣量。理論慣量是指，在車輛制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的總慣量在相應(yīng)車輪上分配的慣量。按公式A.1計(jì)算。式中：I——理論轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為千克二次方米(kg?m2)；M——試驗(yàn)質(zhì)量(制動(dòng)時(shí)，車輛總質(zhì)量在相應(yīng)車輪上分配的質(zhì)量)，單位為千克(kg)；rdyn——輪胎動(dòng)態(tài)滾動(dòng)半徑，單位為米(m)。A.2.2試驗(yàn)質(zhì)量前制動(dòng)器的試驗(yàn)質(zhì)量M的計(jì)算方法，按公式A.2計(jì)算。后制動(dòng)器的試驗(yàn)質(zhì)量M的計(jì)算方法，按公式A.3計(jì)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(shí)重心高度，單位為米（m）；a——滿載時(shí)重心至前軸的水平距離，單位為米（mb——滿載時(shí)重心至后軸的水平距離，單位為米（mT——試驗(yàn)所需最大制動(dòng)強(qiáng)度如無(wú)其他規(guī)定，所有試驗(yàn)計(jì)算前制動(dòng)器的試驗(yàn)質(zhì)量時(shí)，取減速度1g。A.2.3環(huán)境要求A.2.3.1試驗(yàn)時(shí)不帶車輪，在試驗(yàn)階段，若試驗(yàn)無(wú)明確規(guī)定，則被試制動(dòng)器處冷卻風(fēng)速應(yīng)當(dāng)限定為11m/s，其他情況下的風(fēng)速不做限定。A.2.3.2若試驗(yàn)無(wú)明確規(guī)定，出風(fēng)口的冷卻空氣溫度為：室溫。A.2.3.3若試驗(yàn)無(wú)明確規(guī)定，冷卻風(fēng)量要求≥2500m3/h。A.2.4試驗(yàn)設(shè)備要求除另有規(guī)定外，試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足QC/T564中試驗(yàn)設(shè)備要求的規(guī)定。A.2.5采樣率下列自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取樣頻率最小100Hz；a)制動(dòng)等效線速度測(cè)試；b)制動(dòng)管路壓力；c)制動(dòng)輸出力矩；d)制動(dòng)盤(pán)溫度；e)制動(dòng)液波動(dòng)量（可選）；f)冷卻風(fēng)速；A.2.6溫度測(cè)量熱電偶安裝位置為制動(dòng)襯塊接觸面的摩擦軌跡中心半徑處，溫度測(cè)量應(yīng)符合QC/T556的規(guī)定。A.3樣品失效判定準(zhǔn)則A.3.1整體式碳陶制動(dòng)盤(pán)樣品失效判定準(zhǔn)則臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)制動(dòng)盤(pán)出現(xiàn)如下現(xiàn)象之一時(shí)，即判定制動(dòng)盤(pán)樣品失效。a)制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)面的徑向裂紋長(zhǎng)度超過(guò)制動(dòng)面寬度的三分之二；b)制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)面有連帶面積大于1cm2、深度大于0.5mm的剝落；c)制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)面的裂紋達(dá)到了制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)面內(nèi)徑或外徑；d)制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)面上有貫穿性徑向裂紋；e)制動(dòng)盤(pán)在制動(dòng)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(dòng)盤(pán)樣品失效判定準(zhǔn)則a)制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)面的徑向裂紋長(zhǎng)度超過(guò)制動(dòng)面寬度的三分之二；b)制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)面有連帶面積大于1cm2、深度大于0.5mm的剝落；c)制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)面的裂紋達(dá)到了制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)面內(nèi)徑或外徑；d)制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)面上有貫穿性徑向裂紋；e)制動(dòng)盤(pán)從連接部位延伸至制動(dòng)盤(pán)內(nèi)徑或外徑的裂紋；f)制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)面外的任何區(qū)域出現(xiàn)變形、結(jié)構(gòu)損壞或裂紋；g)