乘用车碳陶制动盘产品标准及测试方法

乘用车碳陶制动盘产品标准及测试方法本文件适用于GB/T15089-2001规定的M1类车辆原车配套、盘体材料为连续碳纤维增强增韧的碳陶复合材料制动盘，短碳纤维增强增韧的碳陶复合材料制动盘可参照执行。本文件规定了乘用车碳陶制动盘的材料要求、尺寸及形位公差、性能要求、试验及评价方法等。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T10125人造气氛腐蚀试验盐雾试验GB/T6461金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级GB/T9286色漆和清漆漆膜的划格试验GB/T30512汽车禁用物质要求GB/T9439灰铸铁件GB/T34559碳碳复合材料压缩性能试验方法GB/T6569精细陶瓷弯曲强度试验方法GB/T14389工程陶瓷冲击韧性试验方法GB/T33501碳碳复合材料拉伸性能试验方法GB/T1031产品几何量技术规范(GPS)表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值GB/T3177产品几何量技术规范(GPS)光滑工件尺寸的检验GB/T9239(所有部分)机械振动恒态(刚性)转子平衡品质要求GB/T15089机动车辆及挂车分类QC/T316汽车行车制动器疲劳强度台架试验方法QC/T592液压制动钳总成性能要求及台架试验方法QC/T564乘用车制动器性能要求及台架试验方法ASTMD2344∕D2344M-13用短梁法测定平行纤维组合材料表观层间剪切强度的标准试验方法JASOC448乘用车-钳盘式制动器台架试验规程3术语及定义下列术语和定义适用于本文件。3.1碳陶C/C-SiC碳纤维增强碳基和陶瓷基复合材料。3.2盘体brakediscbody碳陶制动盘中与摩擦片配合起摩擦制动作用的零件。3.3制动面brakesurface盘体中与摩擦片配合起摩擦制动作用的表面。3.4盘毂dischub非整体式碳陶制动盘中与盘体和车轴连接的零件。3.5整体式碳陶制动盘integralC/C-SiCbrakedisc整体结构全部由碳陶材料制备的制动盘。3.6非整体式碳陶制动盘non-integralC/C-SiCbrakedisc由盘体、盘毂、紧固件及附属件组成的制动盘。3.7开孔率openporosity制品中与外界相通能为流体填充的气孔体积与制品总体积之比。3.8厚度差discthicknessvariation（DTV）两制动面厚度在任一圆周/径向上的变化量。3.9最小使用厚度minimumthickness碳陶制动盘磨损后的最小可用剩余厚度。3.10AMS试验起源于德国知名汽车杂志AutoMotorSport,规定了一种高强度的制动性能试验工况。4总则产品应按规定程序批准的产品图样及技术文件制造。5材料要求35.1盘体材料性能盘体材料物理及力学性能、物相组成应符合表1规定。表1盘体材料要求%度%碳陶复合材料2.0~5.2盘毂材料性能对于非整体式碳陶制动盘，盘毂材料为金属材料，其力学性能应满足抗拉强度≥150MPa。盘毂材料及力学性能参数也可由供需双方协商确定。6尺寸公差和形位公差6.1制动面跳动制动面跳动值不应大于0.05mm。6.2碳陶制动盘周向DTVabc6.3碳陶制动盘径向DTV碳陶制动盘径向DTV不应大于0.05mm。6.4轮毂安装面平面度碳陶制动盘轮毂安装面平面度不应大于0.03mm。6.5制动面与轮毂安装面的平行度制动面与轮毂安装面的平行度不应大于0.05mm。6.6轮辋安装面轴向跳动轮辋安装面轴向跳动值不应大于0.05mm。6.7制动面平面度4制动面平面度不应大于0.05mm。6.8通风盘单边壁厚变化量通风盘单边壁厚变化量不应大于1.2mm。6.9制动面粗糙度制动面粗糙度Ra值不应大于3.2μm。6.10剩余不平衡量6.10.1碳陶制动盘剩余不平衡量应小于500g·mm。6.10.2碳陶制动盘平衡量应采用去除材料的方法，去除材料的尺寸应符合图1的要求。6.10.3通风盘允许两次去重，每次去重角度不得超过75°。图1碳陶制动盘去除材料示意图6.11中孔公差碳陶制动盘中孔公差H9。7性能要求7.1静扭强度按附录A.5.1的规定进行静扭强度试验后，整体式碳陶制动盘不应出现A.3.1所述失效，非整体式碳陶制动盘不应出现A.3.2所述失效。7.2振动耐久性能按附录A.5.2的规定进行振动耐久性试验后，整体式碳陶制动盘不应出现A.3.1所述失效，非整体式碳陶制动盘不应出现A.3.2所述失效。7.3扭转疲劳强度按附录A.5.3的规定进行扭转疲劳强度试验后，整体式碳陶制动盘不应出现A.3.1所述5失效，非整体式碳陶制动盘不应出现A.3.2所述失效。7.4热疲劳性能按附录A.5.4的规定进行热疲劳试验后，整体式碳陶制动盘不应出现A.3.1所述失效，非整体式碳陶制动盘不应出现A.3.2所述失效。7.5高负载试验按附录A.5.5的规定进行高负载试验后，整体式碳陶制动盘不应出现A.3.1所述失效，非整体式碳陶制动盘不应出现A.3.2所述失效。7.6热裂纹试验按附录A.5.6的规定进行热裂纹试验后，整体式碳陶制动盘不应出现A.3.1所述失效，非整体式碳陶制动盘不应出现A.3.2所述失效。7.7AMS按附录A.5.7的规定进行AMS试验后，应满足如下要求：a)除供需双方约定外，碳陶制动盘采用嵌入式热电偶测得的最高温度不应超过650℃;b)AMS试验后，整体式碳陶制动盘不应出现A.3.1所述失效，非整体式碳陶制动盘不应出现A.3.2所述失效。7.8热变形碳陶制动盘热变形评价方式如下图2所示，测量W1～W4共四个位置试验前、后的绝对变形量，其中W1，W3测量位置在大外圆往内10mm处（特殊情况由供需双方约定），W2，W4测量位置在制动面内径往外10mm处（特殊情况由供需双方约定热变形数值=Max(|(W1-W2)测试后-(W1-W2)测试前|,|(W3-W4)测试后-(W3-W4)测试前|)。热变形试验后应满足如下要求：图2热变形图示a)按附录A.5.8的规定进行单次制动热变形试验中，碳陶制动盘热变形不超过0.3mm。b)按附录A.5.8的规定进行连续制动热变形试验中，碳陶制动盘热变形不超过0.23mm。6c)试验完成后，整体式碳陶制动盘不应出现A.3.1所述失效，非整体式碳陶制动盘不应出现A.3.2所述失效。7.9固有频率检测量产阶段，碳陶制动盘应进行固有频率检测，按供需双方约定进行。7.10最小使用厚度碳陶制动盘应在显著位置注明最小使用厚度，标识应清晰、永久。7.11涂装要求对于非整体式碳陶制动盘，应对盘毂、紧固件及附属件进行防腐考察。7.11.1涂层耐高温性能盘毂、紧固件及附属件在300℃环境下放置1小时，自然冷却至室温后，喷涂区域涂层不应出现任何起泡、裂纹、脱落现象。7.11.2涂层耐腐蚀性能盘毂、紧固件及附属件在300℃环境下放置1小时，自然冷却至室温后，按照GB/T10125进行中性盐雾试验120小时。按的要求进行试验后，按照GB/T6461进行评级，需满足7级以上。喷涂边界5mm范围内不作评价。7.11.3涂层附着力盘毂参考GB/T9286进行划格试验，评价结果≤1级。8外观要求8.1整体式碳陶制动盘外观要求8.1.1盘体不应存在分层现象,不应存在影响安装或使用的碰伤、凹陷等缺陷。8.1.2制动面与安装面连接部分不应存在肉眼可见的缺陷。8.1.3碳陶制动盘车轮螺栓安装孔周围10mm范围内，不应存在肉眼可见的缺陷。8.1.4碳陶制动盘两侧安装面上，不应存在肉眼可见的缺陷。8.1.5制动面上不应存在肉眼可见的缺陷。8.2非整体式碳陶制动盘外观要求8.2.1盘体不应存在分层现象,不应存在安装或影响使用的碰伤、凹陷等缺陷。8.2.2制动面与安装面螺栓连接部分不应存在肉眼可见的缺陷。8.2.3制动面上不应存在肉眼可见的缺陷。78.2.4盘毂不应存在肉眼可见的缺陷。9禁用、限制物质要求碳陶制动盘需满足GB/T30512汽车禁用物质要求。10试验及评价方法10.1力学性能10.1.1盘体的抗压试验按照GB∕T34559进行。试样尺寸为10mm×10mm×10mm，试样的载荷加载方向如下图3规定。试验试样应取自试棒或本体，数量不少于5根，试验结果中五个测试值的算术平均值符合表1规定时为合格，允许不多于二个测定值低于规定值，但不能低于规定值的70%。如果试验的结果不合格时，可从该炉次中重新抽取5个试样进行复试。复试时，每个试样的测试值均应不小于表1的规定。图3抗压试验载荷加载方向10.1.2盘体的抗弯试验按照GB∕T6569进行。试样尺寸B×W×L为4mm×10mm×55mm（如图4试样的载荷加载方向如下图5规定。试验试样应取自试棒或本体，数量不少于5根，试验结果中五个测试值的算术平均值符合表1规定时为合格，允许不多于二个测定值低于规定值，但不能低于规定值的70%。如果试验的结果不合格时，可从该炉次中重新抽取5个试样进行复试。复试时，每个试样的测试值均应不小于表1的规定。图4试样尺寸图5抗弯试验载荷加载方向810.1.3盘体的层间剪切试验按照ASTMD2344∕D2344M-13进行。试样尺寸B×W×L为6mm×10mm×36mm（如图6）。上压头直径为6mm,两个下压头的直径为3mm、跨距为24mm,即跨度与厚度比为4:1。试样的载荷加载方向如下图7规定。试验试样应取自试棒或本体，数量不少于5根，试验结果中五个测试值的算术平均值符合表1规定时为合格，允许不多于二个测定值低于规定值，但不能低于规定值的70%。如果试验的结果不合格时，可从该炉次中重新抽取5个试样进行复试。复试时，每个试样的测试值均应不小于表1的规定。图6试样尺寸图7层间剪切试验载荷加载方向10.1.4盘体的冲击韧性试验按照GB/T14389进行。试样尺寸B×W×L为10mm×10mm×55mm（如图8），试样的载荷加载方向如下图9规定。试验试样应取自试棒或本体，数量不少于5根，试验结果中五个测试值的算术平均值符合表1规定时为合格，允许不多于二个测定值低于规定值，但不能低于规定值的70%。如果试验的结果不合格时，可从该炉次中重新抽取5个试样进行复试。复试时，每个试样的测试值均应不小于表1的规定。图8试样尺寸图9冲击韧性试验载荷加载方向10.1.5盘体的抗拉试验按照GB/T33501进行。试样尺寸B×W×L为10mm×15mm×150mm9（如图10），试样的载荷加载方向如下图11规定。试验试样应取自试棒或本体，数量不少于5根，试验结果中五个测试值的算术平均值符合表1规定时为合格，允许不多于二个测定值低于规定值，但不能低于规定值的70%。如果试验的结果不合格时，可从该炉次中重新抽取5个试样进行复试。复试时，每个试样的测试值均应不小于表1的规定。图10试样尺寸图11抗拉试验载荷加载方向（夹持方向）10.1.6盘毂的抗拉强度试验按GB/T228.1的规定进行。试验试样应取自试棒或本体，按照GB/T228.1的规定进行试样的制备。试验结果的评定及试验的有效性按GB/T228.1的规10.2盘体密度及开孔率盘体的密度和开孔率按GB/T1966的规定进行。采用精度为0.001g的电子分析天平称量试样质量。通过公式式(1)和公式(2)计算试样的密度和开孔率。式中：P-材料开孔率，单位为百分比（%）；D-密度，单位为克/立方厘米（g/cm3d-水的密度，单位为克/立方厘米（g/cm3m1-试样的干燥质量，单位为克（gm2-饱和试样在水中的质量（试样在水中抽真空至试样上无气泡出现后取出，放入静水天平金属网篮中称量在水中的重量），单位为克（g）；m3-饱和试样在空气中的质量（试样在水中抽真空至试样上无气泡出现后取出，将表面水擦干净后称量在空气中的重量），单位为克（g）。试验试样应取自试棒或本体，试样尺寸不小于10mm×10mm×10mm，数量不少于5根，试验结果中五个测试值的算术平均值符合表1规定时为合格，允许不多于二个测定值偏离规定值，但偏离不能高于规定值的10%。如果试验的结果不合格时，可从该炉次中重新抽取5个试样进行复试。复试时，每个试样的测试值均应不小于表1的规定。10.3物相检验盘体物相采用重量分析法对试样进行分析。首先采用80%HNO3+20%HF(体积比)的混合溶液对试样腐蚀48h除掉残留Si，然后在马弗炉静态空气气氛和700℃条件下氧化24h，除掉碳纤维和基体碳。每步处理后烘干称重，测得Si、C和SiC的质量百分比。试验试样应取自试棒或本体，尺寸为10mm×10mm×5mm，数量不少于3个。10.4尺寸公差和形位公差10.4.1制动盘周向DTV的检测位置参考图12，分别在1-1’、2-2’、3-3’三个位置进行检测（特殊情况由供需双方约定）。10.4.2制动面轴向跳动检测位置参考图12，分别在3、3’两个位置进行检测。图12DTV及制动面跳动检测位置10.4.3DTV与跳动检测时，工件旋转需大于2圈。10.4.4基准孔直径，通风盘单边壁厚变化量的检测方法按GB/T3177的规定。10.4.5制动面平面度、安装面平面度的检测方法按GB/T3177的规定。10.4.6测量方法：按供需双方约定进行。10.5制动面粗糙度制动面粗糙度的检测方法按GB/T1031的规定。10.6剩余不平衡量剩余不平衡量的检测方法按GB/T9239的规定。（规范性）制动盘台架试验A.1范围本附录规定了静扭强度、振动耐久性、扭转疲劳强度、热疲劳、热裂纹、AMS、高负载、热变形的台架试验方法、技术要求和失效判定准则。A.2试验相关要求A.2.1试验惯量试验惯量的设置应尽可能接近理论惯量。理论惯量是指，在车辆制动时产生的总惯量在相应车轮上分配的惯量。按式(A.1)计算。式中：I——理论转动惯量，单位为千克二次方米(kg·m²)；M——试验质量(制动时，车辆总质量在相应车轮上分配的质量)，单位为千克rdyn——轮胎动态滚动半径，单位为米(m)。A.2.2试验质量前制动器的试验质量M的计算方法如下：后制动器的试验质量M的计算方法如下：L——汽车轴距（m）；ℎg——汽车满载时重心高度（m）；a——满载时重心至前轴的水平距离（mb——满载时重心至后轴的水平距离（mT——试验所需最大制动强度如无其他规定，所有试验计算前制动器的试验质量时，取减速度1g。计算后制动器的试验质量时，取减速度0.45g,g=9.8m/s2）。A.2.3环境要求A.2.3.1试验时不带车轮，在试验阶段，若试验无明确规定，则被试制动器处冷却风速应当限定为11m/s，其他情况下的风速不做限定。A.2.3.2若试验无明确规定，出风口的冷却空气温度为：室温。A.2.3.3若试验无明确规定，冷却风量要求≥2500m³/h。A.2.4试验设备要求除另有规定外，试验设备应满足QC/T564中试验设备要求的规定。A.2.5采样率下列自动数据采集系统取样频率最小100Hz；a)制动等效线速度测试；b)制动管路压力；c)制动输出力矩；d)制动盘温度；e)制动液波动量（可选）；f)冷却风速。A.2.6温度测量热电偶安装位置为制动面与摩擦片接触面的摩擦轨迹中心半径处，温度测量应符合QC/T556的规定。A.3样品失效判定准则A.3.1整体式碳陶制动盘样品失效判定准则台架试验过程中，当碳陶制动盘出现如下现象之一时，即判定碳陶制动盘样品失效。a)制动面的径向裂纹长度超过制动面宽度的三分之二；b)制动面有连带面积大于1cm2的剥落；c)制动面的裂纹达到了制动盘制动面内径或外径；d)制动面上有贯穿性径向裂纹；e)制动面外的任何区域出现变形、结构损坏或裂纹。A.3.2非整体式碳陶制动盘样品失效判定准则台架试验过程中，当碳陶制动盘出现如下现象之一时，即判定碳陶制动盘样品失效。a)制动面的径向裂纹长度超过制动面宽度的三分之二；b)制动面有连带面积大于1cm2的剥落；c)制动面的裂纹达到了制动盘制动面内径或外径；d)制动面上有贯穿性径向裂纹；e)碳陶制动盘从连接部位延伸至制动盘内径或外径的裂纹；f)制动面外的任何区域出现变形、结构损坏或裂纹；g)紧固件出现松动、损坏现象，螺栓拧紧力矩变化量≥25%。A.4试验样件准备A.4.1总则若试验无特殊要求，试验使用随机抽取的正常生产工艺生产的新碳陶制动盘进行。A.4.2碳陶制动盘要求A.4.2.1若试验无特殊要求，每个试验应测试3个样本。A.4.2.2试验前后，应对碳陶制动盘的厚度、跳动、DTV、