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. В этом стандарте указано, что испытания механических свойств делятся на две части:

1. Испытание на растяжение

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

2. Метод испытания на твердость

Испытание должно проводиться в соответствии со стандартом ISO 6506-1:2014. Образцы для определения твёрдости вырезаются из нижней половины отдельно отлитого испытательного бруска; при отсутствии испытательного бруска берётся одна тормозная колодка, срезается 6–10 мм с её боковой стороны и измеряется твёрдость в четырёх точках; результатом испытания является среднее значение.

Основы метода испытания на твердость

Стандарт ISO 6506-1:2014 «Металлические материалы. Определение твердости по Бринеллю. Часть 1. Метод испытания» определяет принцип, символы и пояснения, испытательное оборудование, образцы, процедуры испытаний, неопределенность результатов и отчет об испытании на твердость по Бринеллю металлических материалов.

2.1 Выбор испытательного оборудования: твердомер по Бринеллю (рекомендуется в первую очередь)

Преимущества: большая площадь отпечатка может отражать 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 перекрывает диапазон твердости чугунных тормозных колодок.

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

2.2 Принцип определения твердости по Бринеллю

Принцип можно кратко описать следующим образом: шарик из твёрдого сплава (или закалённой стали) диаметром 10 мм вдавливается в поверхность образца с определённым испытательным усилием (например, 3000 кгс). После измерения диаметра отпечатка рассчитывается значение твёрдости (HBW), характеризующее способность материала сопротивляться пластической деформации. Его основное преимущество заключается в высокой репрезентативности результатов, которые могут отражать макроскопические характеристики твёрдости материала. Это классический метод, широко используемый при испытаниях металлических материалов.

2.3 Символы и пояснения значения твердости по Бринеллю

Основное определение твёрдости по Бринеллю (HBW) – это отношение испытательной силы (F) к площади поверхности отпечатка (A), выраженное в МПа (но обычно единица измерения не указывается, и используется только числовое значение). Формула расчёта следующая: HBW = πD(D−D2−d2​)2×0,102×F
Где:

F — испытательная сила (единица: Н);

D — диаметр индентора (единица измерения: мм);

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

Коэффициент «0,102» — это переводной коэффициент, используемый для перевода единицы испытательной силы из кгс в Н (если рассчитывать непосредственно в Н, формулу можно упростить).

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

В зависимости от характеристик материала тормозных колодок из чугуна (серого чугуна) параметры испытания на твердость по Бринеллю обычно следующие:

Испытательная сила (F): Обычно используется 3000 кгс (29,42 кН), а соответствующий символ 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 отчете об испытании.