Метод механических испытаний чугунных тормозных колодок, используемых в подвижном составе (выбор твердомера для тормозных колодок).

Выбор оборудования для механических испытаний чугунных тормозных колодок должен соответствовать стандарту ICS 45.060.20. Этот стандарт определяет, что испытания механических свойств делятся на две части:

1. Испытание на растяжение

Испытания должны проводиться в соответствии с положениями ISO 6892-1:2019. Размеры и качество обработки образцов для испытаний на растяжение должны соответствовать требованиям ISO 185:2005.

2. Метод измерения твердости

Процедура должна проводиться в соответствии с ISO 6506-1:2014. Образцы для измерения твердости следует вырезать из нижней половины отдельно отлитого испытательного образца; если испытательного образца нет, следует взять одну тормозную колодку, срезать с ее стороны 6–10 мм, и измерить твердость в 4 точках, при этом среднее значение будет считаться результатом испытания.

Основа метода измерения твердости

Стандарт ISO 6506-1:2014 «Металлические материалы – Испытание на твердость по Бринеллю – Часть 1: Метод испытания» определяет принцип, обозначения и пояснения, испытательное оборудование, образцы, процедуры испытаний, неопределенность результатов и протокол испытаний для определения твердости по Бринеллю металлических материалов.

2.1 Выбор измерительного оборудования: твердомер Бринелля (рекомендуется в первую очередь)

Преимущества: Большая площадь вдавливания позволяет оценить общую твердость чугунного материала (чугун может иметь неравномерную структуру), а результаты являются более репрезентативными.

Подходит для чугуна средней и низкой твердости (HB 80 – 450), что полностью охватывает диапазон твердости чугунных тормозных колодок.

Операция относительно проста, а требования к чистоте поверхности образца сравнительно низкие (обычно достаточно Ra 1,6 – 6,3 мкм).

2.2 Принцип определения твердости по Бринеллю

Принцип можно кратко описать следующим образом: шарик из твердого сплава (или закаленный стальной шарик) диаметром 10 мм вдавливается в поверхность образца под действием определенной испытательной силы (например, 3000 кгс). После измерения диаметра отпечатка рассчитывается значение твердости (HBW), характеризующее способность материала сопротивляться пластической деформации. Основное преимущество метода заключается в высокой репрезентативности результатов, которые отражают макроскопические характеристики твердости материала. Это классический метод, широко используемый при испытании металлических материалов на прочность.

2.3 Символы и пояснения к значению твердости по Бринеллю

Основное определение твердости по Бринеллю (HBW) — это отношение силы испытания (F) к площади поверхности вдавливания (A), в единицах измерения МПа (но обычно единица измерения не указывается, и используется только числовое значение). Формула расчета выглядит следующим образом: HBW = πD(D−D2−d2)2 × 0,102 × F
Где:

F — испытательная сила (единица измерения: Н);

D — диаметр индентора (единица измерения: мм);

d — средний диаметр отпечатка (единица измерения: мм);

Коэффициент «0,102» — это коэффициент пересчета, используемый для преобразования единиц измерения испытательной силы из кгс в Н (при прямом вычислении в Н формулу можно упростить).

Из формулы видно, что при одинаковой силе вдавливания и диаметре индентора, чем меньше диаметр вдавливания, тем выше способность материала сопротивляться пластической деформации и тем выше значение твердости по Бринеллю; и наоборот, чем ниже значение твердости.

В зависимости от характеристик материала чугунных тормозных колодок (серого чугуна) параметры измерения твердости по Бринеллю обычно следующие:

Испытательная сила (F): Обычно используется 3000 кгс (29,42 кН), а соответствующее обозначение твердости — «HBW 10/3000».

Примечание: Если образец тонкий или материал мягкий, испытательную силу можно отрегулировать (например, до 1500 кгс или 500 кгс) в соответствии с ISO 6506-1:2014, но это должно быть указано в протоколе испытаний.