خوردگي ديسك سراميكي(ترمز)

[مربوب]

سلام......
پروژه حاضر مربوط بهخوردگي ديسك سراميكي براي واحد علم مواد ميباشد كه اميدوارم كه به دردتون بخوره!!!

مقدمه‌اي در مورد خوردگي

بر طبق آمارهاي وال استريت جورنال (11 سپتامبر 1981) هزينة خوردگي در صنعت نفت و گاز آمريكا حدود 2 بيليون دلار بوده است و مدام اين هزينه‌ها در حال افزايش هستند. خوردگي پلها، هزينه‌هاي خوردگي در اتومبيل‌ها در حد بيليونها دلار است. خوردگي در همه جا وجود دارد، در داخل و خارج از منزل، در جاده، در دريا، در كارخانه و در وسائل هوا – فضا.
كل هزينة سالانة سيلها، گردبادها، آتش‏سوزيها، رعد و برقها و زمين لرزه‌ها كمتر از هزينة خوردگي مي‌باشند.
در حقيقت اگر خوردگي وجود نداشت، اقتصاد جوامع مختلف بشدت تغيير مي‏كرد. اگرچه خوردگي اجتناب‌ناپذير است، ولي هزينة آنرا مي‏توان كاهش داد. مثلاً يك آند ارزان قيمت منيزيم مي‏تواند عمر تانك آب گرم خانگي را دو برابر كند. انتخاب صحيح مواد و طراحي خوب، هزينه‌هاي خوردگي را كاهش مي‏دهد. يك برنامة صحيح تعميرات و نگهداري رنگ چندين برابر مخارجش را صرفه‌جوئي مي‏كند.
با توجه به نكاتي كه گفته شد اهميت بسيار بالاي خوردگي و راههاي پيشگيري از خوردگي معلوم مي‏شود كه اين كار بر عهدة مهندسي خوردگي است. در مهندسي خوردگي، خوردگي چنين تعريف مي‌شود: تخريب يا فاسد شدن يك ماده در اثر واكنش با محيطي كه در آن قرار دارد.
اين تعريف شامل فلزات و غيرفلزات مي‏شود. (مهندسي خوردگي، صص 6و7)
هر جامعه‌اي كه به مفهوم خوردگي پي ببرد، افراد آن جامعه كامل، بالغ و متفكر خواهند بود و آن جامعه چنان پيشرفت خواهد كرد كه مي‏توان گفت در بعد ديگري از زمان هستند.




سراميكها



مواد سراميكي طي سالها بدليل مقاوت الكتريكي زياد در صنايع برقي مورد استفاده قرار گرفته‌اند، و امروزه حائز اهميت فراوان در ديگر مصارف مهندسي مي‏باشند. غالب اين كارها مربوط به خواص فيزيكي برجسته از قبيل تحمل دماي زياد (عايقها و پوششهاي عايق) و مقاومت در برابر سايش (ابزار برش پوشش‌دار) در سراميكهاست. بطور كلي سراميك‌ها مواد سخت، ترد، با نقطة ذوب بالا و هدايت الكتريكي و حرارتي كم، پايداري شيميايي و حرارتي، مقاوم در برابر خزش، و محكم در برابر بارهاي فشاري هستند. اخيراً گروه جديدي از سراميكها با خواص برجسته مكانيكي براي مصارف مهمتر توليد شده‌اند.
تفاوت بين مواد سراميكي و فلزي را مي‏توان به خوبي به كمك تغييرات ضريب هدايت حرارتي و الكتريكي بر حسب درجة حرارت تعيين كرد، اين ضريب در فلزات عدد مثبت و در مواد سراميكي منفي خواهد بود. (مواد و فرآيندهاي توليد، جلد يك، ص 291)

 

[مربوب]

تقسيم‌بندي مواد سراميكي

مواد سراميكي را از نقطه نظر كاربردهاي صنعتي مي‌توان به دو گروه تقسيم نمود:
مواد سراميكي متداول (سنتي) و مواد سراميكي مهندسي (صنعتي). گروه نخست عمدتاً از سه جزء اصلي خاك رس، سيليس، و فلدسپار (با مقاديري ناخالصي) تشكيل يافته‌اند و بطور معمول در ساخت آجر و كاشي و لعابهاي صنعتي و امثال آن مورد استفاده قرار مي‏گيرند. از طرف ديگر، سراميكهاي مهندسي شامل تركيبات خالصي، مانند اكسيد آلومينيم (AL2O3)، كاربيد سيليسيم (SiC)، و نيتريد سيليسيم (Si3N4) هستند كه در تكنولوژي پيشرفته و توربينهاي گازي و ديگر مواردي كه درجه حرارت بالا مطرح است نقش تعيين كننده دارند. درجه حرارت اكسيداسيون و سختي تعدادي از مواد سراميكي در جدول ذيل آمده است. اكسيد آلومينيم (آلومين) كه در ابتدا به منظور ساخت بوته و تيوب‌هاي دير ذوب توليد مي‌شده اكنون در سطح وسيع‌تري به كار گرفته مي‌شود. يك مثال كلاسيك آلومين در عايق شمع است و اكنون در مصارف سايشي و الكترونيك كه ضريب مقاومت بالا مدنظر باشد استفاده مي‏گردد. ديگر سراميكهاي مهندسي مانند زيركن و ساير اكسيدها، كاربيدها، نيتريدها، نير هر كدام خصوصيات ويژه‌اي دارند كه آنها را براي كاربردهاي پيشرفته در تكنولوژي مدرن وفق داده است. (متالوژي سطح و تريبولوژي، مقالة پوشش دادن با مواد سراميكي، صص 154-155)
ماهيت و ساختمان ملكولي سراميكها:
مواد سرامكي تركيبي از عناصر فلزي و غيرفلزي (اغلب بشكل اكسيدها، كاربيدها و نيتريدها) و در تركيبات و شكلهاي گوناگون در دسترس هستند. بيشتر سراميكها ساختمان بلورين دارند، اما برخالاف فلزات داراي الكترونهاي آزاد زيادي نيستند و پيوند بين اتمها بيشتر به صورت اشتراكي يا يوني است.
به سبب نداشتن الكترونهاي آزاد، سراميكها هاديهاي خوبي نيستند و قطعات نازك آنها شفاف است. بدليل استحكام پيوندهاي اوليه بيشتر سراميكها داراي نقطة ذوب بالايند.
ساختمان بلورين مواد سراميكي با ساختمان بلورين فلزات بسيار متفاوت است. در بيشتر سراميكها بايد اتمهايي كه داراي اندازه‌هاي كاملاً متفاوت هستند. در ساختمان ماده جي گيرند (مانند بلور كلريد سديم)، و بدين سبب مكانهاي بين نشيني حائز اهميت فراواني هستند. ساختمان مواد يوني بايد از نظر بار الكتريكي خنثي نگهداشته شود. در مواد اشتراكي هر اتم تنها تعداد محدودياتمهاي همساية نزديك دارد كه تابع تعداد الكترونهاي به اشتراك گذاشته شده است. اين پديده منجر به كاهش فشردگي (و يا كاهش چگالي) نيست به مواد فلزي مي‏شود. همان گونه كه در فلزات مشاهده مي‏شود، مادة شيميايي مشابه مي‏تواند در بيش از يك ساختمان وجود داشته باشد (چند گونگي). مثلاً اكسيد سيليسيم (SiO2) مي‏تواند به سه شكل مختلف كوارتز، ترديميت و كريستوباليت بسته به ميزان دما و فشار ظاهر شود.
مواد سراميكي به شكل زنجير نيز ظاهر مي‏شوند (مشابه ملكول‌هاي خطي در پلاستيكها).
در اين مواد همانند تركيبات پليمري با ساختمان بلورين پيوند بين اتمها به محكمي بين ملكولها نيست. در نتيجه زنجير در اثر اعمال نيرو گسسته مي‏شود.
در سراميكهاي ديگر اتمها بشكل ورقه به هم پيوند مي‏خورند و ساختمان لايه‌دار تشكيل مي‏دهند. پيوند بين ورقه‌ها نسبتاً ضعيف است، و اين سطوح بصورت مكان مناسبي براي پيشروي ترك در مي‏آيند. ميكا مثلي از اين گونه مواد است.
سراميكهاي جامد داراي ساختمان غيربلورين نيز هستند. اين وضعيت حالت شيشه‌اي نام دارد و مادة حاصله، شيشه ناميده مي‏شود.

 

[مربوب]

فرآورده‌هاي رسي:
بسياري از فرآورده‌هاي سراميكي بر پاية رس هستند، كه مقادير مختلفي كوارتز و فلدسپات به آنها افزوده شده است. اين مواد را با نسبتهاي خاصي با آب مخلوط مي‏كنند و پس از شكل دادن خشك مي‏كنند و حرارت مي‏دهند تا در نهايت به فرآورده‌هايي چون آجر، كاشي، ظروف سراميكي، لولة فاضلاب و چيني تبديل شوند.

مواد ديرگداز:
مواد ديرگداز سراميكهايي هستند كه خواص مكانيكي يا شيميايي خود را در دماي بالا حفظ مي‏كنند. غالب اين مواد تركيبات پايدار اكسيدي هستند، كه در آنها ذرات درشت اكسيد توسط مواد نسوز ريزتر به هم پيوند مي‏خورند. انواع كاربيدها، نيتريدها و بريدها به عنوان نسوز مورد استفاده قرار مي‏گيرند. (مواد و فرآيندهاي توليد،جلد يك، صص 291 و 293)

سراميكهاي پيشرفته
سراميكهاي پيشرفته شامل كاربيدها. بريدها، نيترايدها و اكسيدها هستند، اين سراميكها اغلب به دليل مقاومت سايش و مقاومت به خوردگي بالايي كه در دماهاي بالا دارند، در ساخت قطعاتي از موتورهاي جت و توربينها به كار مي‌روند. گروهي از سراميكهاي پيشرفته به دليل داشتن خواص فيزيكي ممتاز (مغناطيسي، الكترونيكي و اپتيكي) در ساخت قطعات الكتريكي و الكترونيكي، عايقهاي الكتريكي با ولتاژ بالا و پائين، خازنها، مبدلهاي سيگنالهاي الكتريكي و بر عكس در تجهيزات اكتراسونيك، و به عنوان سراميكهاي مغناطيسي در كامپيوترهاي بزرگ ديجيتالي براي ذخيره سازي داده‌ها، همچنين با داشتن مقاومت به خوردگي بالا در دماهاي بالا به عنوان كاتاليزورهاي واكنشهاي شيميايي، قابليت به كارگيري به عنوان سنسور براي رديابي گازهاي خطرناك و به دليل سازگاري با بدن‌شان به عنوان تجهيزات و اجزايي از بدن انسان به كار مي‌روند. سراميكهاي پيشرفته همچنين در سيستمهاي قطع و وصل الكترونيكي، سيستمهاي نوري فلورسنتي با فركانس بالا، *****هاي تداخل مخابراتي و كاربردهاي مختلف ديگر اهميت خاصي دارند. (اصول علم مواد، ص 379)




سراميكها در مصارف مغناطيسي و برقي:
مواد سراميكي كاربرد فراواني در مصارف برقي و مغناطيسي پيدا كرده‌اند.
سراميكهايي چون كاربيدسيليسيم به عنوان مقاومت و المنت حرارتي در كوره‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. سراميكهاي ديگر داراي خواص نيمه هادي‌اند و در ترميستورها و يكسو كننده‌ها مورد استفاده قرار مي‏گيرند. در شماري از مصارف از خواص دي‌الكتريك، پيزو الكتريك و فزو الكتريك سراميكها استفاده به عمل مي‌آيد. مثلاً برخي از خازنها و ترانسد و سرها از تيتانات باريم ساخته مي‏شوند، سراميكهاي رسي با جرم ويژة زياد و اكسيد آلومينيم عايقهاي فوق‌العاده‌اي در برابر ولتاژ زياد به شمار مي‌آيند.

شيشه:
بيشتر شيشه‌هاي تجارتي از اكسيد سيليسيم (SiO2) و مواد افزودني كه ساختمان آنها را تنظيم مي‏كنند يا نقطة ذوب آنها را كاهش مي‌دهند تشكيل مي‏شوند. تركيبات شيميايي مختلف به تقويت خواص رنگي و نوري، پايداري حرارتي، مقاومت در مقابل شوك حرارتي كمك مي‏كنند.

شكل دادن سراميكها
روشهاي متداولي براي شكل دادن عبارتند از: ريخته‌گري خميري يا دوغابي، روشهاي شكل دادن گل، فشردن پودر، فشردن ايزواستاتيك، فشردن گرم (داغ)، فشردن ايزواستاتيك داغ (HIP)، ريخته‌گري تحت فشار، شكل دادن نواري، قالب‌گيري تزريقي و روشهاي پوشش‌دهي. بعد از شكل‌دهي، قطعه سراميك توليد شده هنوز محكم نيست و شامل آب و روانكارهاي افزوده شده بوده و متخلخل است. سپس با فرآيند خشك كردن و احتراق تخلخلها كاهش يافته، چگالي و نتيجتاً استحكام قطعه سراميكي افزايش مي‏يابد. (اصول علم مواد، ص 397)

 

[مربوب]

ديسكهاي ترمز
سابقةتاريخي از ساخت ديسكهاي ماشين:
در صنعت خودروسازي غالباً ماشين‌هاي مسابقه‌اي بستري مناسب براي پيشرفت فن‌آوري نوين هستند. ديسكهاي ترمزي كه در حال حاضر آنها را مي‏شناسيم، براي نخستين بار توسط برادران كونز (Conze) در سال 1051 در مسابقات ايندياناپوليس 500، در ايالات متحده آمريكا مورد استفاده قرار گرفتند. ذكر اين نكته لازم است كه اين دسكها اصولاً براي استفاده در هواپيما طراحي شده بودند.
در سال 1964 كمپاني فراري توانست براي نخستين بار ديسكهاي هوا خنك (Ventilated) را معرفي كند. اين ديسكها توسط شركت دنلپ ساخته شده بودند. ديسكها 12 اينچ قطر، نيم اينچ ضخامت و 60 سوراخ به قطر 5/3 ميليمتر داشتند كه به ضرورت يكساني در سطح ديسك پخش شده بودند. از آن زمان تا كنون ديسكها در بسياري از خودروها جايگزين كاسه چرخ شده‌اند.
تا پيش از ظهور ديسكهاي ترمز، كليه خودروها براي سيستم ترمز خود داراي كاسه چرخ بودند. جنس بيشتر اين كاسه چرخ‌ها چدن و يا از آلومينيمي بود كه لايه‌اي از چدت آن را پوشش مي‏داد. مشكل اساسي اين گونه سيستم‌هاي ترمز مربوط به كارآيي كاسه چرخ، يعني ضعف (Fade) پيچش (distortion) و قفل كردن (grabbing) بود كه به ويژه در درجه حرارتهاي بالا اتفاق مي‏افتاد.
مشكلات فوق باعث شد كه كارشناسان خودرو، همزمان با پيشرفت خودروها، سيستم‌هاي ترمز را نيز بهبود بخشند.

 

[مربوب]

تئوري سيستم ترمز:
در عملكرد سيستم‌هاي ترمز جديد چند عامل نقش مهمي دارند:
= خودرو در هنگام حركت مقداري انرژي جنبشي ايجاد مي‏كند كه با وزن و سرعت آن متناسب است. براي نگه داشتن خودروي در حال حركت، لازم است اين انرژي به شكل ديگري از انرژي مثل حرارت تبديل شود.
= سيستم‌هاي جديد ترمز خودروها هيدروليكي هستند و مطابق قانون پاسكال عمل مي‏نمايند، يعني فشار وارده به يك سيستم مايع بسته، به طور يكنواخت و در تمام جهات منتقل مي‏شود.
= سيستم‌هاي امروزي ترمز خودروها مطابق با مشخصه‌هاي زير به نحو مؤثري باعث توقف خودرو مي‏شود:
ـ نيروي وارده به پدال مستقيماً با نيروي ترمز متناسب است.
ـ مقدار زيادي از انرژي جنبشي به حرارت تبديل مي‌شود.
ـ سيستم به صورت خودكار تنظيم است.
ـ سيستم به سادگي قابل كنترل و تعمير و نگهداري است.
تغيير يا تبديل كاسه چرخ به فن‌آوري ديسك در چهل سال اخير مهمترين نوآوري در زمينه ايمني و قابليت اعتماد در صنعت خودرو است.

نيازمنديهاي ديسك ترمز:
نقش ديسك، واكنش (اصطكاك) با لنت‌ها در سيستم ترمز است، كه در اين صورت انرژي جنبشي به انرژي حرارتي يا گرمايي تبديل مي‏شود. مقدار حرارت ايجاد شده به وزن خودرو و سرعت آن در هنگام عمل ترمز بستگي دارد. سيستم ترمز خودرويي كه در حدود 1500 كيلوگرم وزن دارد، در صورتي كه سرعت آن در ظرف چند ثانيه از 90 به صفر مايل در ساعت برسد حدود 240 كيلووات انرژي جنبشي را به حرارت تبديل مي‌كند.
ايحاد اين مقدار حرارت زايد به معني آن است كه درجه حرارت در زمان كوتاهي مي‏تواند به 800 درجه سانتيگراد برسد. اين كار باعث ايجاد شيب حرارتي بسيار زيادي بين سطح در تماس با لنت‌ها و مركز ديسك مي‏گردد. در اين صورت، جنس ديسك بايد توانايي تحمل تستهاي حرارتي بالايي كه در خلال ترمزهاي مكرر اتفاق مي‏افتد را داشته باشد. مقدار زيادي از حرارت ايجاد شده در هنگام ترمز بايد سريعاً جذب و پراكنده گردد. ساير مشخصه‌هاي ديسك عبارتند از: استحكام خوب، قابليت ماشين‌كاري سريع، وزن سبك، ارزاني و قابليت ريخته‌گري مناسب.

 

[مربوب]

جنس ديسكهاي ترمز:
سالهاي طولاني در توليد ديسكهاي ترمز مواد مختلفي مثل فولاد، چدن با گرافيت ورقه‌اي، چدن با گرافيت كروي، چدن با گرافيت فشرده. مواد تركيبي آلومينيوم و كربن استفاده و آزمايش شدند و هيچكدام از اين مواد نتوانستند مثل چدن با گرافيت ورقه‌اي يا با نام مشهور آن چدن خاكستري مقبوليت يافته و سهولت لازم در توليد را ايجاد نمايند، اما امروزه با پيشرفتهاي كه در ساخت ديسك ترمز آلومينيم كامپوزيت شده است استفاده از آن مقبول شده است. البته اين موضوع تا قبل از كشف تكنولوژي ساخت ديسكهاي سراميكي صادق بوده است.

چرا خواص چدن خاكستري تا اين اندازه مفيد است؟
پاسخ به اين سؤال را تا اندازه‌اي با مطالعه خود ماده مي‏توان يافت. چدن خاكستري ماده‌اي ارزان است كه با رعايت مشخصات دقيق مي‏توان آن را در مقادير انبوه توليد كرد. چدن خاكستري سبك و مستحكم است و در حجم‌هاي زياد مي‏توان آن را به سهولت ماشين‌كاري كرد و مهمتر از همه آنكه داراي هدايت حرارتي خوبي است. يكي ديگر از مزاياي چدن خاكستري آنست كه با افزايش درجه حرارت گرماي ويژه آن افزايش مي‏يابد، بنابراين توانايي جذب انرژي حرارتي كه ناشي از عمل ترمز است، بهبود مي‏يابد و در نهايت به دليل ساختار خاص خود داراي قابليت جذب ارتعاش خوبي است.
چدن‌هاي با گرافيت كروي و فشرده داراي استحكام و نرمي بيشتري هستند، ولي اين دو مشخصه براي ديسكهاي ترمز اهميت زيادي ندارند بلكه اين هدايت حرارتي چدن خاكستري است كه آنرا ماده‌اي مناسب براي كاربرد در سيستم‌هاي ترمز خودرو مي‌سازد. اين موضوع در جدمل يك كه مقايسه‌اي بين هدايت حرارتي چدن خاكستري با گرافيت كروي است به خوبي مشاهده مي‏شود.

 

[مربوب]

چدن خاكستري نوع 200 و 300 درجه سانتيگراد = W/mk 1/48
چدن نشكن نوع 18/400 و 300 درجه سانتيگراد = W/mk 2/36
چدن خاكساري داراي 33% هدايت حرارتي بهتر نيست به چدن با گرافيت كروي در يك درجه حرارت حدود 300 درجه سانتيگراد است.




چرا چدن خاكستري داراي اين مزيت است؟
شكل گرافيت در ساختار چدنهاي خاكستري و گرافيت كروي جوابگوي اين سؤال است. مطالعات نشان مي‏دهند كه سطح بيشتر گرافيتهاي ورقه‌اي و شكل آنها باعث انتقال سريع‌تر حرارت در ساختار و زمينه چدن خاكستري و در نهايت قطعه مي‌گردد. اين خاصيت، به ويژه در چدنهاي خاكستري پر كربن كه داراي كربن بيشتر از 6/3% هستند، آشكارتر است. به همين دليل از اين جنس در ديسك خودروهاي مسابقه‌اي استفاده مي‏شود.

هدايت حرارتي در مقابل استحكام كششي:
هر چند استحكام كششي مهم است اما انتخاب جنس براي ديسك ترمز اهميت چنداني ندارد. ديسكهاي ترمز اوليه را معمولاً از جنس 26/25 GG انتخاب مي‏كردند كه به خوبي كارآيي لازم را داشتند. به هر حال، به تدريج كه كارآيي ديسكها و سرعت خودروها افزايش يافت. اين عوامل باعث بروز افزايش مشكلات عملياتي در ديسكها، مثل پيچش و ترك‌هاي حرارتي شدند و در نتيجه موجب بروز عيب‌هايي چون ارتعاش و لرزش در سيستم ترمز شد كه در پاره‌اي از موارد باعث خرابي كامل سيستم ترمز گرديد. مشكلات فوق باعث شد تا متخصصان براي افزايش كارآيي و بهبود سيستم‌هاي ترمزتا حد ممكن و سريعاً از سيستم خارج شود.
از نقطه نظر بهبود سيستم ترمز، تلاش‌ها معطوف افزايش هدايت حرارتي ديسك شده است.

توليد ديسك:
براي شروع بحث مقايسه‌اي مواد مورد استفاده در ديسك، از نظر متالوژيكي تماس مواد مورد بحث از نظر عناصر آلياژي به جز كربن و سيليسيم ثابت هستند.

 

[مربوب]

چدنهاي كم كربن:
چدنهاي كم كربن داراي استحكام و سختي نسبتاً بالاتري هستند و در مواردي كاربرد دارند كه مقاومت به سايش و ترك و پيچش اهميت داشته باشد. كاربرد چدنهاي كم كربن محدود به ديسكهاي با قطر كم است كه در خودروهاي سواري كاربرد دارند. از نقطه نظر ريخته‌گري، چدن‌هاي كم كربن داراي عيوب خاص خود هستند.




چدن‌هاي متوسط كربن
حجم زيادي از ديسكهايي كه امروزه در خودروها مصرف مي‏شوند از جنس چدن‌هاي متوسط كربن هستند كه مطابق با استاندارد GG20 (آلمان) يا Gh190 (ايتاليا) و يا نوع 220 انگلستان) توليد مي‏شوند. افزايش مقدار كربن باعث بهبود قابليت ريخته‌گري و افزايش هدايت حرارتي مي‏شود. چدن‌هاي متوسط كربن به خوبي ماشينكاري مي‏شوند، به طوري كه ضمن داشتن مقاومت سايشي خوب از پرداخت سطحي خوب و مطابق استاندارد نيز برخوردارند.

چدن‌هاي پركربن:
ديسكهاي ترمز از جنس چدن پركربن هدايت حرارتي خوبي دارند. اين چدنها داراي مشخصات ريخته‌گري خوب، فشردگي ساختاري هستند. به دليل هدايت حرارتي خوب، ديسكهاي از جنس چدن پر كربن، مقاومت خوبي در مقابل بروز ترك و پيچش دارند به رغم بالا بودن مقدار كربن، سختي آنها در مقايسه با انواع كم يا متوسط كربن اختلاف زيادي ندارند. اگرچه مقاومت سايشي آنها به مقدار جزيي تفاوت مي‏كند، ولي از نظر خواص ساختار يكنواخت هستند.


چدن‌هاي آلياژي
عناصر آلياژي را براي مقاومت در مقابل ترك و پيچش به تمام انواع چدن‌ها مي‏توان افزود. اما از نقطه نظر ريخته‌گري و نتايج عملي، از افزودن پاره‌اي از عناص بايد اجتناب كرد.
از طرف ديگر مس از نقطه نظر مسايل ريخته‌گري، عنصر آلياژي مناسبي است. براي ثابت نگه داشتن استحكام در چدن‌هاي پر كربن مي‏توان تا يك درصد مس به آلياژ افزود، كهدر اين صورت بدون افزايش سختي و اثر منفي بر ماشينكاري عمر كاري ديسك افزايش مي‌يابد.

مواد جايگزين
تمايل به كاهش وزن خودرو و بهبود كارآيي سيستم ترمز منجر به تحقيق براي جايگزيني مواد ديگر به عنوان جنس ديسك ترمز گرديده است. در همين راستا تا امروز و ماده جايگزين. كمپوزيت كربن، كربن و كامپوزيت‌هاي با زمينه آلومينيوم فلزي (MMC’S) كاربردهاي محدودي يافته‌اند. (مجله صنعت خودرو، شماره 18 و 19)

 

[مربوب]

كامپوزيت‌هاي كربن-كربن:
كامپوزيت‌هاي كربن-كربن در خودروهاي مسابقه‌اي بهويژه در فرمول 1، به عنوان ماده‌اي با كاركرد بسيار عالي كاربرد گسترده‌اي يافته‌اند. اين ديسكها فوق‌العاده گران هستند ولي كاهش وزني خوبي در خودرو ايجاد مي‏كنند. به هر حال آزمايش‌هاي جديد در سيستم‌هاي گراندپري نشان داده ست كه اين ديسكها به جز كاهش وزن، تغييرات زيادي در كارآيي ديسك كه بهدرجه حرارت‌هاي 1000 درجه سانتيگراد نيز مي‌رسد ايجاد نكرده است. استفاده از اين مواد در خودروهاي معمولي به دليل قيمت بالاي آنها و كارآيي نامناسب در درجه حرارت‌هاي پائين، بسيار غيرمتحمل است.

مواد MMc آلومينيومي
به نظر مي‏رسد ماده‌اي كه بتواند ديسكهاي ترمز چدني را به مبارزه بطلبد، محصولات MMc آلومينيومي هستند. خصوصيات مواد MMc به نحو گسترده‌اي بررسي شده‌اند و بهنظر مي‏رسد كه مزاياي جالب به شرح ذيل را دارا باشند:
= هدايت حرارتي آنها مي‏تواند دو تا سه برابر چدن باشد.
= يك ديسك MMc مي‏تواند تا 60% از نوع چدن مشابه خود سبكتر باشد.
= نفوذ حرارتي كه عبارت است از نرخ پخش حرارت، در مقايسه با جذب آن، چهار برابر ديسك چدني است.
با توجه به نكات فوق MMc ماده‌اي مؤثر است كه كارآيي آن به نحوه پخش ماده كمپوزيت بستگي دارد.
به هر حال، گزارش‌ها بيانگر آن است كه تاكنون مشكلات متعدد باعث كاربرد محدود اين نوع ديسكها شده است بهنظر مي‏رسد كه ديسكهاي MMc به متغيرهاي شرايط كاربردي بسيار حساس هستند و در درجه حرارتهاي بالا كارآيي خوبي ندارند.
در حال حاضر سؤال اين است كه آيا آينده‌اي براي ديسكهاي چدني وجود دارد؟
پايخ به اين سؤال با توجه به تمامي تلاش‌ها بايد بله باشد. ولي لازم است كه در مورد ديسكهاي چدني اصلاحات بيشتري صورت گيرد. براي رقابت با مواد MMc بايد وزن ديسكهاي چدني كاهش يابد. اين موضوع بايد از طريق بررسي روش‌هاي توليد، تغيير در تركيب آلياژ و فشردگي ريز ساختاري قطعه صورت گيرد. براي توليد ديسكهايي با ابعاد نزديك به اندازه بايد از روش‌هاي توليد جديدتري استفاده كرد.
به نظر مي‌رسد كه ديسكهاي مركب، از يك هسته اصطكاكي چدني كه به يك پوسته از آلياژي سبك متصل است. تشكيل شده باشد و امروز استفاده از آنها گسترش مي‌يابد. به هر حال، تا آنروز كه خودروها داراي چرخ هستند و به سيستم ترمز نياز دارند، بسيار بعيد به نظر مي‏رسد كه ماده ديگري بتواند جايگزين تركيب آهن كربن يا چدن خاكستري شود و اين ماده مي‏تواند بهترين ماده براي كاربرد در بسياري از سيستم‌هاي ترمز باشد.
ولي به تازگي يك رقيب سرسخت براي آن پيدا شده است و آن ديسكهاي سراميكي است. (مجله صنعت خودرو، شماره‌هاي 18-19و27-28)

 

[مربوب]

سابقه تاريخي ديسكهاي سراميكي ترمز
تكنولوژي ساخت ديسكهاي ترمز از جنس سراميك در سال 1999 توسط پورشه معرفي شد و در همان سال برنده جايزه تكنولوژي گرديد.

توضيحات جامع و كاملي از ديسكهاي سراميكي ترمز:
ديسكهاي ترمز سراميكي در پروشه توربو عليرغم آنكه قطر آنها افزايش پيدا كرده و از 330 ميليمتر به 350 ميليمتر رسيده، منتهي وزن آن به نصف كاهش پيدا كرده است و اين موضوع نظر مهندسين و متخصصان را بسيار جلب كرده چون مجموعاً باعث كاهش وزني معادل 5/16 كيلوگرم در خودرو شده و اين در حالي است كه سازندگان و طراحان همواره در تلاش هستند تا از هر قسمتي از خودرو حتي چنانچه امكان داشته باشد چند گرم از وزن آن بكاهند.
يكي از خصوصيات و ويژگيهاي منحصر بفرد ديسكهاي سراميكي نوع ساختار سطح آن است كه ميزان اصطكاك آن 25 درصد بيش از ميزان اصطكاك بر روي صفحات ديسك فولادي رايج است كه اين موضوع در لحظات آغازين ترمزگيري از اهميت زيادي برخوردار است بنابراين در شرايط توقف‌گيري‌هاي اضطراري حداكثر توان ترمز در همان لحظات اوليه در دسترس راننده قرار دارد و ديگر نيازي به استفاده از تكنولوژي‌هاي كمكي ترمز نيست.
ديسكهاي ترمز سراميكي براي اطمينان از استحكام و پايداري تحت سخت‌ترين و دقيق‌ترين آزمايشات قرار گرفته‌اند. در يكي از اين آزمايشات متخصصين پورشه مجموعاً 25 بار سرعت توربو را از 275 كيلومتر در ساعت به 100 كيلومتر در ساعت رساندند. در مرتبه يازدهم از ميزان اصطكاكي كه اندازه‌گيري شد، مشخص شد كه تا 90 درصد اصطكاك اوليه است كه بايد گفت چنين رويدادي در حد معجزه در دنياي ترمز بوده چرا كه در ديسكهاي ترمز معمولي در چنين شرايطي كارآيي آنها تا بيش از 50 درصد از بين مي‏رود.
بر روي ديسكهاي ترمز پورشه توربو شش پيستون قرار گرفته كه در حد فاصله بين آنها و لنت‌هاي ترمز يك سري عايق‌هاي سراميكي جاسازي شده از ديسكها به قطعات هيدروليك و روغن ترمز شود.
صفحات ديسك سراميكي قادر به انجام كار و وظايف خود تا دماي 800 درجه سانتيگراد براحتي هستند و اين به لطف پروسه عمل‌آوري الياف كربن است كه قبلاً در اتومبيلهاي فرمول يك با موفقيت انجام شده و حال وارد دنياي خودروهاي غيرمسابقه‌اي شده است و بدليل پائين بودن وزن مخصوص مواد بكار رفته ميزان حرارتي كه ايجاد مي‏شود كمتر است.
صفحات ديسك سراميكي تشكيل شده از الياف كربن و چند نوع رزين هستند كه در سازه آنها از مجاري مارپيچي برا امر خنك كردن استفاده شده است. بعد از فشرده شدن و مورد استفاده قرار گرفتن در دماي خيلي بالا، صفحات ديسك در شرايط اتمسفر و وجود ازت در آن و قرار گرفتن در دماي نزديك 1000 درجه سانتيگراد كربنيزه شده و تمام اجزاء غيركربن موجود در صفحه ديسك تبديل به كربن مي‏شوند.
پروسه‌اي كه ذكر آن آمد، مربوط به سيستم ترمز اتومبيل‌هاي فرمول يك بوده و با تبديل شدن تمام اجزاء غيركربن به كربن خاتمه پيدا مي‏كند اما در خصوص سيستم ترمزهاي سراميكي پروشه يك مرحله بيشتر انجام مي‏گيرد.
بعد از اينكه صفحات ديسك بصورت مورب سوراخكاري مي‌شوند كه عمل خنك شدن بهتر انجام گيرد به ديسك ساخته شده از كربن اين امكان داده مي‏شود كه در دماي 1420 درجه سانتيگراد سيليكون كار بايد Silicon Carbide بر روي صفحه ديسك بوجود مي‌آيد كه از نظر سختي با الماس برابري مي‏كند. ساختمان كربني كه در زير اين لايه سيليكوني قرار گرفته باعث سختي و استحكام صفحه ديسك شده و آن را در مقابل ضربات مقاوم مي‏نمايد و از آنجايي كه چنين سازه‌اي در مقابل زنگ زدگي و فرسايش مقاوم بوده لذا ميزان عمر آنها حداقل 300 هزار كيلومتر است (مجله ماشين، شماره 222).

 

[سمیه نوروزی]

مرسي دوست عزيز.مطالبتون عالي بود.