PKW-Bremsscheiben - Nitrocarburieren & Automatisierung

In der Automobilbranche wird zunehmend darauf hingearbeitet, die Emission von Bremsstaubpartikeln zu reduzieren. Doch wie kann die Verschmutzung durch das Bremssystem effektiv gesenkt werden? Eine neu entwickelte Nitrocarburierungstechnologie von NITREX ermöglicht es, die durch den Bremsabrieb entstehenden Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig die Lebensdauer der Bremsscheiben zu verbessern.

Lesen Sie weiter, um mehr über diese innovative Technologie zu erfahren und zu Artikeln, Broschüren, Videos und anderen Ressourcen zu gelangen.

Die Technologie Smart ONC^® von Nitrex ist ein zweistufiges Wärmebehandlungsverfahren, bei dem das Nitrocarburieren mit einer prozessinternen Nachoxidation kombiniert wird. Auf diese Weise können die Korrosions- und Verschleißeigenschaften der Bremsen auf kostengünstige Weise optimiert werden. Entsprechend behandelte Bremsscheiben minimieren Bremsstaub und Feinstaub, was zu deutlich geringeren Partikelemissionen führt.

Laden Sie die Technologiebroschüre herunter und erfahren Sie mehr über Smart ONC^®.

Neue Richtlinien, wie Euro 7, verlangen vom Verkehrssektor eine Reduzierung der Partikelemissionen aus dem Abrieb von Bremsen.

Wie kann Nitrex helfen? Bremsscheiben, die mit unserer verbesserten Nitrocarburierungstechnologie behandelt wurden, weisen eine sehr geringe Korrosion auf. Das bedeutet auch, dass sie weniger abriebbedingte Partikelemissionen in die Luft abgeben - ein Gewinn für die Industrie und die Umwelt. Informieren Sie sich über die vielen Möglichkeiten, wie dieses ferritische Nitrocarburierverfahren zur Optimierung von Bremssystemen beitragen kann. Weitere Einzelheiten finden Sie im White Paper.

Welche Wärmebehandlungsverfahren gibt es, um die Korrosions- und Verschleißbeständigkeit von Bremsscheiben zu verbessern und gleichzeitig die neuesten Emissionsstandards zu erfüllen?

Inn dieser Videopräsentation, die während des SAE Brake Colloquium aufgezeichnet wurde, erfahren Sie mehr zu folgenden Themen:

Die verschiedenen Techniken zur Reduzierung von Korrosion und Verschleiß an Bremsscheiben sowie die kostengünstigste Alternative
Wie das Nitrocarburieren die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit von Grauguss-Bremsscheiben verbessert
Einblicke in die vollautomatische Wärmebehandlungszelle von Nitrex für die Serienproduktion von Grauguss-Bremsscheiben

DESIGN & PRODUKTION

Wird die Nachoxidation von den OEMs verlangt? Ist FNC für die Euro VII Anforderungen ausreichend?

Nachoxidation wird von manchen OEMs gewünscht. Es trägt nicht zur Bremswirkung bei, erhöht aber die Korrosionsbeständigkeit auf den nicht bremsenden Oberflächen. Es daher bei manchen Automodellen auch eine ästhetische Frage. Zink-basierte Deckanstriche werden auch auf FNC verwendet.FNC scheint die Anforderungen nach Euro VII nach heutigem Erkenntnisstand zu erfüllen. Die Haltbarkeit variiert je nach der konkreten Auslegung und Konstruktion des Bremssystems und den Anwendungsbedingungen.

Was ist der Vorteil der Nachoxidation?

Die Nachoxidation verbessert die Korrosionsbeständigkeit auf den nicht bremsenden Oberflächen und kann einen Zn-Deckanstrich bis zu einem gewissen Grad substituieren. Die Oxidschicht besteht vorzugsweise aus Magnetit, einem sehr dichten Eisenoxid. Die Oxidationsschicht hat normalerweise weniger als 2μm Dicke, d.h. es besteht kein Dauerschutz auf der Bremsfläche. Der Korrosionsschutz bezieht sich auf die nicht bremsenden Oberflächen, z.B. auch bei innen belüfteten Bremsscheiben.

Wie wirkt sich FNC auf die Bremsscheibenlebensdauer aus?

Die Lebensdauer der Bremsscheibe hängt wesentlich vom Reibbelagtyp ab. Die meisten und besten Erfahrungswerte liegen mit NAO (non-asbestos organics) Reibbelägen vor, womit deutliche Steigerungen der Lebensdauer und Senkung der Gewährleistungskosten von Bremsscheiben im normalen Straßenbetrieb, auch bei winterlichen Straßenverhältnissen erzielt wurden.Die FNC-Bremsscheibe ist auch widerstandsfähiger gegen thermischen Verzug nach kurzen Spitzenbelastungen, da der Gusskörper vor der FNC-Behandlung einem Spannungsarmglühen unterzogen wird.

Kann die FNC + Smart ONC® Technologie für alle Bremsanwendungen eingesetzt werden?

Nein. Nicht alle Reibbeläge eignen sich für FNC. Generell ist diese Technologie sehr gut für Elektroautos geeignet, da dort wegen des häufigen rekuperativen Bremsens der Flugrost auf der Bremsscheibe weniger häufig abgerieben wird und sich schneller festsetzt. Andererseits ist dadurch auch die mechanische Bremsscheibenbelastung niedriger. Beides zusammen ergibt ein passendes Anforderungsprofil für FNC + Smart ONC®.

Welche Unterschiede gibt es bei der Smart ONC® Technologie zwischen PKW und LKW?

Keine

Wird das Einfahren von FNC Bremsscheiben empfohlen wegen deren höherer Oberflächenrauigkeit?

Das ist nicht erforderlich. Die Rauigkeit ist vor allem eine Funktion des Graphitlamellenabstandes an der Graugussoberfläche und der Topologie der Bearbeitungsriefen Diese Einflussgrößen können optimiert werden. Die Rauigkeit reduziert sich schnell von selbst nach den ersten Bremsvorgängen.

METALLURGIE

Was ist die Verbindungsschicht?

Die Verbindungsschicht ist die harte Oberflächenschicht, die Eisen beim Nitrieren ausbildet. Sie besteht normalerweise aus zwei Typen von Eisennitriden: die γ’-Schicht mit einem Stickstoffgehalt von bis zu 6% Gew.% und die ε-Schicht mit einem Stickstoffgehalt von bis zu 10 Gew.%. Die Verbindungsschicht ist viel härter und spröder als der Grundwerkstoff, und hat bessere Gleitreibungseigenschaften und Korrosionsbeständigkeit.

Wieviel Dicke der Verbindungsschicht geht beim Einfahren der Bremsscheiben verloren?

Im Fall von NAO Reibbelägen handelt es sich um ein tribologisches System, bei dem in der Einlaufphase auf der Bremsscheibe eine Transferschicht mit Reibbelagmaterial aufgebaut wird.

Bei welcher Temperatur wird die Verbindungsschicht instabil?

Die Eisennitride werden theoretisch in dem oberen Temperaturbereich der Nitrierprozesstemperatur instabil, bei ca. 580°C. In der Anwendung treten so hohe Temperaturen aber nur bei kurzen Spitzenbelastungen auf.

Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Oberflächenrauigkeit und der Korrosionsbeständigkeit von FNC Bremsscheiben?

Ja und Nein. Bei Gusseisen führen Graphitlamellen an der Oberfläche sowohl zu Rauigkeit als auch Lokalelementbildung (Korrosion).

Gibt es einen Zusammenhang zwischen Mikrorissen und tiefer Diffusionsschicht bei Bremsscheiben?

Es ist eher unwahrscheinlich, dass eine zu starke Aufhärtung in der Diffusionsschicht in Gusseisen Mikrorisse verursachen könnte. Manche Autoren meinen aber, dass nitrocarburierte Bremsscheiben bei hartem Bremseneinsatz zu Mikrorissen neigen können, andere, dass die Hochtemperaturkorrosionseigenschaften des Guseisens beeinflusst werden. Es gibt insgesamt keine eindeutigen Resultate dazu. Klar ist, dass sowohl die spezifischen Legierungszusammensetzungen und sonstigen Werkstoffeigenschaften des Gusseisens wie auch die spezifische Ausführung der FNC-Behandlung zu verschiedenen Ergebnissen führen können.

Wie beeinflussen Unterbrechungen der Verbindungsschicht durch Graphitlamellen die Korrosionseigenschaften?

Hierin liegt der wesentliche Mechanismus des Korrosionsschutzes durch die FNC-Behandlung: die Graphitlamellen sind umgeben von und eingebettet durch oberflächennahe Nitride und die Verbindungsschicht. Die graphitische Korrosion ist im Vergleich zu unbehandeltem Gusseisen deutlich reduziert.

Wie verbessert FNC die Lochfraßbeständigkeit?

Theoretisch führen der höhere Stickstoffgehalt in der Eisenmatrix und auch die Reduktion der Oberflächenspannung des Gusseisens nach der FNC-Behandlung zu einer besseren Lochfrassbeständigkeit. Im konkreten Fall der Bremsscheiben ist auch das Anwendungsprofil mit dem regelmäßigen Abbremsen von beginnendem Lochfraß bedeutsam. Hier erweist sich die FNC-Bremsscheibe der unbehandelten Gussscheibe deutlich überlegen. Diese Eigenschaft der FNC-Schicht wird als „corrosion cleanability“ bezeichnet.

Hat die FNC Schicht ein anderes Verhältnis von statischem zu dynamischem Reibkoeffizient?

Bei Grauguss ist das der Fall. Grauguss wird als Werkstoff mit Eigenschmierung betrachtet, und der statische Reibwert ist relativ niedrig im Verhältnis zum dynamischen. Auf FNC-Schichten ist der statische Reibwert wegen der höheren Anfangsrauigkeit höher, die meistens von aufgerichteten Graphitlamellen herrührt. Der dynamische Reibwert ist aber wesentlich niedriger, nachdem die Oberfläche eingelaufen ist.

Beeinflusst die FNC-Behandlung das Streuband von Scheibendicke (DTV) und Planschlag (LRO) der Bremsscheiben?

DTV und LRO werden durch FNC nicht erhöht, sofern die Gussrohlinge vor der mechanischen Bearbeitung eine korrekt spannungsarm geglüht wurden.

ANWENDUNG

Was ist das Problem mit dem Bremsenabrieb?

Eigentlich besteht der Bremsenabrieb fast vollständig aus Eisen bzw. Eisenoxid, beide nicht toxisch und häufig in der Umwelt vorhanden. Das Problem besteht beim Einatmen von lungengängigen Feinstaubpartikeln von wenigen Nanometern Durchmesser, die tief in das Lungengewebe vordringen und Erkrankungen hervorrufen können.

Wie beeinflusst der Kohlenstoffgehalt die Eigenschaften von Gusseisen?

Gusseisen haben einen Kohlenstoffgehalt von 2.5-4%. Beim Grauguss führt z.B. Silizium als Legierungselement zur Bildung von Graphitlamellen. Höhere Kohlenstoffgehalte erleichtern die Vergießbarkeit erniedrigen aber die mechanischen Eigenschaften. Bei höheren Kohlenstoffgehalten ist es einfacher, eine dicke FNC-Verbindungsschicht zu erzeugen.

Sind alle Gusseisensorten vergleichbar?

Es gibt verschiedene Gusseisensorten mit verschiedenen mechanischen und tribologischen Eigenschaften, abhängig vom Kohlenstoff und anderen Legierungselementen. Wegen seiner günstigen Materialkosten, guten Vergießbarkeit, Beständigkeit gegen thermischen Verzug und hoher Wärmeleitfähigkeit wird Grauguss für PKW-Bremsscheiben verwendet.

Wäre die Oberflächenrauigkeit auf C22 Einsatzstahl nach der FNC-Behandlung gleich wie bei Grauguss?

Unter der Annahme gleicher Rauigkeit und Topologie der Bearbeitungsriefen wäre die Rauigkeit nach FNC mit Grauguss etwas höher, weil Graphitlamellen teilweise durch das Wachstum der Verbindungsschicht aufgerichtet werden. Diese werden aber beim ersten Gebrauch wegpoliert.

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