La situazione tipica: Vengono montate nuove pastiglie su una nuova coppia di dischi dei freni. Una settimana dopo c’è una vibrazione o un “judder” quando si applicano i freni. Una telefonata a un amico appassionato di meccanica e una ricerca online offrono la diagnosi: i rotori dei freni sono deformati.
Sentite delle vibrazioni sul volante quando applicate i freni? La saggezza convenzionale dice che i rotori sono deformati, ma in realtà potresti avere un problema di trasferimento del materiale d’attrito. Non preoccupatevi, però, perché la soluzione è relativamente semplice.
La diagnosi può essere ulteriormente verificata misurando la superficie dei dischi per vedere se variano di spessore. Alcuni clienti fanno tornire i dischi su un tornio per rimuovere i punti alti. Questo ferma la vibrazione, dimostrando apparentemente che i dischi erano deformati. Solo che i sintomi ritornano in un paio di settimane.
Ora il cliente frustrato e deluso ci chiama o semplicemente restituisce i dischi freno come difettosi.
Il fatto è: I dischi non sono mai stati deformati. Tutti i dischi freno deformati che abbiamo analizzato con l’aiuto dei nostri fornitori mostrano macchie irregolari di materiale d’attrito delle pastiglie dei freni sulla superficie del disco. Queste macchie causano una variazione di spessore (run-out) e la vibrazione durante la frenata. I produttori di freni hanno lottato per anni per affrontare questa situazione perché i dischi deformati sono così facilmente accusati delle vibrazioni legate ai freni.
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Per capire cosa sta succedendo, guardiamo cosa succede quando premiamo il pedale del freno. Le pastiglie premono contro la superficie del disco, convertendo l’energia del movimento in energia del calore attraverso l’attrito. Quello che forse non sapete è che ci sono due tipi di attrito all’opera: abrasivo e aderente.
Attrito abrasivo: Secondo Carroll Smith, autore di “The Warped Brake Disc and Other Myths of the Braking System”, l’attrito abrasivo comporta la rottura dei legami cristallini sia del materiale delle pastiglie che della ghisa del disco. La rottura di questi legami genera il calore dell’attrito. Nell’attrito abrasivo, i legami tra i cristalli del materiale delle pastiglie (e, in misura minore, del materiale del disco) si rompono permanentemente. Il materiale più duro consuma quello più morbido, cioè il disco consuma la pastiglia. Quando vediamo la parola attrito, è l’attrito abrasivo che ci viene in mente.
Attrito aderente: Quando le pastiglie dei freni premono contro la superficie del disco in acciaio, parte del materiale della pastiglia si trasferisce direttamente sulla superficie del disco formando uno strato sottile e uniforme. La superficie del disco d’acciaio e la superficie della pastiglia del freno diventano identiche nella composizione. Mentre il disco si muove tra le pastiglie, il materiale di attrito si trasferisce in entrambe le direzioni, rompendo e riformando i legami a livello molecolare. Questo trasferimento di materiale in entrambe le direzioni è una parte normale ed essenziale dell’attrito dei freni.
L’utilizzo delle giuste pastiglie dei freni e il loro corretto assestamento spesso curano qualsiasi sussulto. Questo può essere facilmente un progetto pomeridiano.
Materiale delle pastiglie: Le pastiglie dei freni utilizzano tutte una combinazione di attrito abrasivo e aderente durante la frenata. Il materiale delle pastiglie differisce in base alle specifiche del produttore, che cerca sempre di bilanciare prestazioni, usura, rumore e, in misura minore, polvere. Ci devono essere abbastanza elementi abrasivi per mantenere pulita la superficie del disco, e le pastiglie devono fornire un trasferimento uniforme di materiale d’attrito aderente al disco entro l’intervallo di temperatura previsto.
Trasferimento irregolare del materiale d’attrito: Le pastiglie che sono usate oltre il loro intervallo di temperatura previsto causeranno problemi. Le pastiglie possono essere riscaldate fino al punto in cui trasferiscono il materiale d’attrito al disco in macchie casuali e non uniformi. Gli strati spessi e sottili non sono generalmente visibili, ma il guidatore può sentire le vibrazioni e misurarle con un comparatore. Le moderne pastiglie dei freni sono progettate con la migliore combinazione possibile di caratteristiche, ma sono ancora limitate alla loro gamma prevista di temperature operative.
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Selezione pastiglie: In generale, ci sono pastiglie per freni da strada, da prestazione e da corsa, e la maggior parte delle pastiglie di qualità hanno intervalli di temperatura più ampi rispetto alle pastiglie prodotte 10 anni fa. Tuttavia, nessuna pastiglia da strada è adatta alle corse, e nessuna pastiglia da corsa è adatta alla strada. Le pastiglie da strada sono un compromesso: sono più efficaci a basse temperature rispetto alle pastiglie da corsa e possono funzionare a temperature più elevate rispetto alle pastiglie da strada.
Da dove cominciare: Se avete vibrazioni in frenata con dischi e pastiglie nuove, per prima cosa eliminate l’ovvio assicurandovi che il mozzo e la flangia della ruota siano piatti, puliti e senza ruggine. Una quantità minuscola di run-out qui sarà amplificata sul bordo del disco del freno. Verificare che l’hardware di montaggio del disco sia in buone condizioni, installato correttamente e serrato nell’ordine corretto secondo le specifiche di coppia raccomandate.
Impiantare i freni
Quando si montano nuove pastiglie e dischi freno, la cosa più importante che si può fare per prevenire i problemi è impiantare correttamente i freni. Questo passo critico è il trasferimento iniziale del materiale d’attrito dalla pastiglia al disco formando uno strato liscio e uniforme. Stabilisce una base che è essenziale per una corretta prestazione dei freni. Riduce al minimo la possibilità di depositare macchie irregolari e casuali di materiale d’attrito che saranno avvertite come vibrazioni quando i freni sono applicati.
Tutti i dischi e le pastiglie ad alte prestazioni dovrebbero venire con istruzioni di installazione e rodaggio. Le procedure sono simili per tutti i principali produttori.
Siccome non ci si ferma completamente durante il rodaggio delle pastiglie o dei dischi, bisogna pianificare dove e quando si fa questa procedura per motivi di sicurezza. Se ci si ferma completamente prima che il processo di rodaggio sia completato, c’è la possibilità che si verifichi un trasferimento non uniforme del materiale della pastiglia o un’impronta della pastiglia, con conseguente vibrazione irritante durante la frenata.
Procedura base di rodaggio
1. Dopo aver installato nuovi dischi e/o pastiglie dei freni, eseguire da otto a dieci rallentamenti applicando una pressione moderata da circa 30 a 40 mph (50-60 kph) senza fermarsi.
2. Effettuare altri due o tre rallentamenti applicando una pressione elevata da circa 40 a 45 mph (60-70 kph) senza fermarsi.
3. NON DRAGARE I FRENI.
4. Attendere almeno 15 minuti per il raffreddamento del sistema frenante.
5. Mentre l’auto è a riposo durante il raffreddamento, NON APPLICARE I FRENI. Se lo fate, il materiale si trasferirà dalle pastiglie al rotore e probabilmente vi darà delle vibrazioni in frenata.
Dopo che i freni si sono assestati
I rotori scanalati riducono il fading dei freni e l’accumulo di materiale delle pastiglie sulla superficie del rotore.
A questo punto, i vostri nuovi dischi e/o pastiglie sono pronti per un uso normale con un sottile e uniforme rivestimento di materiale d’attrito sui rotori. Ma il processo completo di costruzione dello strato di attrito può richiedere dalle 190 alle 300 miglia (da 300 a 500 km) a seconda del vostro stile di guida. Ci sono due situazioni che dovreste cercare di evitare durante questo periodo, in quanto possono rovinare quel fragile rivestimento d’attrito, richiedendo un altro giro di rodaggio.
In primo luogo, se si guida delicatamente per un periodo di tempo con poche frenate pesanti, si può effettivamente strappare il necessario strato sottile di materiale d’attrito sulla superficie del disco. Questo rende i vostri freni di nuovo vulnerabili ai problemi. Potete ripristinarlo ripetendo la procedura di rodaggio.
In secondo luogo, se avete un incidente in cui state guidando ad alta velocità e dovete frenare con forza arrivando a un arresto completo con il piede sul pedale del freno, le pastiglie si imprimeranno sulla superficie del disco, trasferendo quello che sembra un pezzo di materiale d’attrito. Questo materiale irregolare causerà delle vibrazioni.
Si può generalmente sbarazzare del materiale in eccesso con l’attrito abrasivo ripetendo il processo di assestamento. Se si tratta di una brutta impronta e non potete liberarvene in questo modo, portate la vostra auto in un negozio con un tornio per freni. Questo processo riporta i dischi ad essere piatti e poi si può rifare il rodaggio.
Quindi il rodaggio non può essere una cosa da fare una volta sola, ma funzionerà con pazienza
Se si lascia che il deposito irregolare della pastiglia continui per troppo tempo, alla fine il rotore si “deforma” nel senso che si usura ad un ritmo diverso. Una sostanza più dura chiamata “cementite” si accumulerà su alcune sezioni e non si consumerà così velocemente perché è molto più dura del ferro standard. Come risultato, la sezione cementata si usura più rapidamente, sviluppando punti alti e bassi. Il ferro stesso non è deformato, è solo consumato in modo non uniforme.