Чугун и сталь их применение в автомобилестроении

Обновлено: 07.01.2025

Чугунные сплавы, как и стальные, состоят из железа и углерода. Функция углерода, в данном случае, заключается в придании металлу твердости и прочности. Но в отличие от стали, содержащей не более 2% углерода, чугунные сплавы им более насыщены. Максимальное содержание углерода в чугуне может достигать 6%. Но на практике используются соединения, содержащие 3%-3,5% этого вещества.

Благодаря насыщению углеродом этот сплав обретает высокую прочность и твердость. Но эти же качества придают чугуну хрупкость. Чугунные изделия не выдерживают ударных нагрузок. При ударах они трескаются. Поэтому этот металл не поддается никаким видам обработки, кроме литья. Все изделия, включая детали для машин, посуду и предметы интерьера, отливаются.

Серый чугун

Для машиностроения в основном применяется серый чугун, имеющий в своем составе графит. Детали, изготовленные из такого материала, не реагируют на возникающие напряжения, они поглощают колебания, появляющиеся в случае вибрации механизмов. Из него изготавливают детали ответственного назначения:

В качестве конструкционного материала его стали применять практически на всех предприятиях машиностроительной отрасли. Самыми большими потребителями серого чугуна стали следующие отрасли промышленности:

Детали тракторов, материалом которых стал серый чугун, достигают 20% от всего количества его деталей. Такое использование этого сплава связано с высокой износостойкостью. Он не задирается в случае большого трения и отсутствии смазки, иными словами, обладает демпфирующей способностью. Из него изготавливают:

Для изготовления головки блока различных двигателей, используют низколегированный сплав следующих марок:

Главными требованием, предъявляемыми к СЧ, при производстве гильз, стали:

Для моторов автомобилей любой конструкции используются гильзы цилиндров, изготовленные из специального легированного сплава. В большинстве случаев используется его фосфористая фракция.

Дизельные двигатели при работе создают большую нагрузку на блок цилиндров, поэтому для них используют легированные чугуны. Головки цилиндров изготавливают из высокоуглеродистых легированных марок,

Такие же требования соблюдаются при изготовлении отливок гильз, материалом которых является низколегированный сплав. Химический состав этого материала зависит от нескольких технологических характеристик:

На автомобилях устанавливают чугунные распределительные валы, отличающиеся высокой износостойкостью. Этот параметр достигается благодаря поверхностной закалке, которой подвергают металл.

Когда деталь эксплуатируется на больших скоростях, когда имеет место сухое трение, необходимо чтобы была повышенная износостойкость материала и высокий коэффициент трения. Именно в таких условиях данный сплав просто незаменим.

Тормозные барабаны, работающие в таких условиях, изготавливают из СЧ20. Когда деталь испытывает высокие нагрузки, и возможно появление термических трещин, используют специальный термостойкий сплав с высоким содержанием углерода и высоким уровнем легирования.

Вращение маховика при работе достигает 7000 об/мин. Такая скорость вызывает появление растягивающих напряжений. Вращающаяся поверхность маховика постоянно касается рабочей поверхности другой детали. Такое трение вызывает сильное выделение тепла в результате возникают термические трещины, которые отрицательно влияют на прочность детали.
Чтобы повысить прочность, учитывая большой вес маховика и размер его сечения, он изготавливается из различных марок:
Он должен обеспечивать прочность заготовки выше 250 Н/мм2. Иногда СЧ 35 имеет прочность, которой не хватает для обеспечения нормальной работы маховика. В этом случае используют чугун, куда добавляют шаровидный графит.

Легковые автомобили могут похвастаться чугунными крышками, закрывающими коренные подшипники. Эта конструкция встречается в большинстве случае на машинах с карбюраторным двигателем. Чтобы обеспечить перлитную структуру, а также высокую твердость, превышающую 200 НВ, для изготовления крышек подшипников, применяют СЧ25.

Изготовление коллекторов

В автомобиле на выпускные коллекторы действуют выхлопные газы, температура которых доходит до 90 градусов. Коллекторы под воздействием агрессивной среды окисляются, деформируются и трескаются.

Использование серого чугуна обеспечивает долговечность таким деталям и высокую экономичность. В связи с тем, что толщина стенок коллектора очень мала, менее 7 мм, для их изготовления применяют СЧ15. Чтобы повысить его жаростойкость, проводят легирование чугуна хромом, или никелевыми добавками.

Для изготовления коллекторов, испытывающих большие термические нагрузки, используют:

Все вышеперечисленные материалы обладают высокой термостойкостью и устойчивостью к агрессивным средам, щелочам и окислам.

Станкостроение

Из серого чугуна в станкостроении изготавливается большое количество литых деталей, работающих во всевозможных условиях, масса которых может достигать 100 тонн, при максимальной толщине стенки 200 миллиметров.
Классификация таких литых деталей в станкостроении, в зависимости от конструкций, от создавшихся условий эксплуатации соответствует действующему стандарту.

Для каждой детали подбирается специальная марка чугуна. Она зависит от следующих параметров:

Учитывая специфику многих станкостроительных деталей, которые работают в основном на жесткость, для их изготовления предпочитают использовать чугун, имеющий повышенную твердость, достаточно низкую пластичность.

У таких чугунов химический состав отличается высоким содержанием марганца, и низким количеством углерода. Чтобы получить высокую твердость чугуна, используют легирование и другие технологические процессы.

Заготовки из СЧ нашли широкое применение в металлургическом оборудовании:

Сантехника

Очень много чугунных изделий применяется в сантехнике. Из чугуна изготавливают:

И сегодня остаются востребованными чугунные ванны, которых отличает высокая прочность, долговечность и надежность. Такие изделия можно эксплуатировать десятки лет. Они сохраняют свой первоначальный вид и не требуют замены.

Из чугуна мастера изготавливают художественные шедевры. К примеру, набережные Санкт-Петербурга, украшены чугунными литыми деталями. Гуляя по улицам города можно встретить ажурные ворота, оригинальные чугунные ограждения. В скверах можно увидеть чугунные памятники.

Виды сплавов

Углерод в чугунах может содержаться в двух видах:

в виде цементита – химического соединения;
в виде графита – природного минерала, являющегося аналогом углерода.

Цементит придает сплаву белый цвет, а графит – серый. За счет такой особенности выделяют две разновидности чугунов – белый и серый. Серый чугун содержит крупные включения графита, которые значительно повышают его хрупкость.

Применение белой разновидности очень ограничено. Из-за чрезмерной твердости и хрупкости он плохо поддается резке. Поэтому чаще всего его используют для создания поверхностного слоя, требующего повышенной твердости. Также из белого чугунного соединения отливают шары, предназначенные для перемалывания промышленного сырья.

Графит добавляет материалу пластичности. Но серая разновидность содержит больше вредных примесей в виде серы и фосфора, от которых не удается избавиться в процессе производства.

С целью повышения пластичности чугуна и снижения его хрупкости в сплавы добавляют магний и церий. С помощью эти веществ удается изменить форму графита и, соответственно, устранить хрупкость металла. В результате производители получают высокопрочный чугун, качество которого не уступает стали.

Также современные методы производства позволяют получить ковкий чугун и легированный. Название первой модификации не указывает на возможность обработки металла методом ковки. Оно лишь указывает на высокую прочность, пластичность и вязкость сплава.

Какие детали автомобиля изготовлены из чугуна

Все стали в зависимости от химического состава разделяют на углеродистые и легированные. К углеродистым относят те, в которых основным элементом, влияющим на свойства, является углерод. Легированные стали содержат добавки различных цветных металлов и неметаллических веществ (кремний, бор), которые изменяют свойства стали в нужном направлении, придавая ей специальные свойства.

Г1о назначению стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и специальные. При производстве и ремонте автомобилей применяют стали углеродистые и легированные всех трех групп, причем сортамент их включает более 250 марок: углеродистые конструкционные обыкновенного качества, углеродистые конструкционные качественные, литейные углеродистые, низколегированные и легированные конструкционные, автоматные, рессорно-пружинные, высоколегированные корро-зионностойкие, жаростойкие и жаропрочные, инструментальные стали и др.

Для обозначения различных марок стали установлена буквенно-цифровая система маркировки сталей.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества применяют для автомобильных деталей, изготовленных с помощью сварки и работающих при небольших нагрузках.

В зависимости от гарантируемых характеристик качества стали Делятся на группы А, Б и В. Стали группы А поставляются по механическим свойствам и маркируются СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб. Стали группы Б посталяются по химическому составу и маркируются БСтО — БСтб. Стали группы В поставляются по механическим свойствам и химическому составу и маркируются ВСт1— ВСтб. Во всех марках буквы Ст обозначают «сталь», а цифры — номер стали. Чем выше номер, тем больше в стали углерода и тем выше ее твердость.

Область применения сталей обыкновенного качества: СтО — Lt4 — малонагруженные детали конструкции кузова автомобиля, кРепежа, гнутые профили; Ст5, Стб — средненагруженные оси, малоответственные болты и гайки, клинья, планки, профили и т. д.

При производстве сталей данного назначения получают два рода сталей: полуспокойную и кипящую. Кипящая сталь при застывании в изложнице обильно выделяет газы — кипит. Для отличия этих сталей в марку стали добавляют буквы «кп» или «пс» например, БСт1пс, Ст2кп.

Виды запчастей из чугуна

Чаще всего заказывают следующие литые изделия:

крышки и корпусные детали для насосов;
редукторы;
решетки;
поддоны и плиты;
колосники;
цветное литье;
тормозные барабаны.

Но это далеко не полный список доступных вещей. При желании вы сможете заказать любую заготовку по вашим чертежам.

«Белый» чугун

Белый чугун – железоуглеродный сплав, в котором весь углерод находится в связанном состоянии (в виде цементита Fe3C). Содержание данного неметалла – до 3,8%. И это значительно изменяет эксплуатационные свойства материала. Других примесей, к слову, практически нет.

Белый чугун характеризуется твёрдостью – и при этом он очень хрупкий. Разрушение или деформация изготовленного из него изделия может произойти вследствие как механических, так и термических внешних факторов. Кроме того, данный сплав практически не обладает важными для производства конечных продуктов качествами.

Так, он не пластичен, плохо поддаётся литью, устойчив к резанию и ковке. Из-за этого изготовить из него предметы сложной геометрии или малых размеров не представляется возможным.

Да и сам по себе «белый материал» практически не используется в производстве. Он служит основой для других сплавов – включая высокопрочный и ковкий. Кроме того, его очень часто переделывают в сталь – соединения железа с углеродом в малых количествах (до 0,6%) и другими постоянными либо легирующими примесями.

Итак, подведём итоги.

Достоинства

Чистота материала (малое содержание сторонних примесей);
Прочность, не поддаётся резанию и другим деформирующим воздействиям;
Износоустойчивость.

Недостатки

Крайне низкие эксплуатационные качества, практически не поддаётся обработке;
Малая текучесть, вследствие чего сложен в литье;
Хрупкость, легко трескается и разрушается даже при незначительных ударных воздействиях.

Все эти недостатки делают белый чугун неподходящим для использования ни в машиностроении, ни в других сферах. Поэтому он практически нигде и не применяется. Зато на его основе с легированием сторонними примесями или, напротив, очисткой получают другие практичные и широко использующими сплавы.

Тема 6: Область применения материалов.

Все материалы по химической основе делятся на две основные группы — металлические и неметаллические. К металлическим относятся металлы и их сплавы. Металлы составляют более 2/3 всех известных химических элементов.

В свою очередь, металлические материалы делятся на черные и цветные.
К черным относятся железо и сплавы на его основе — стали и чугуны. Все остальные металлы относятся к цветным. Чистые металлы обладают низкими механическими свойствами по сравнению со сплавами, и поэтому их применение ограничивается теми случаями, когда необходимо использовать их специальные свойства (например, магнитные или электрические).

Практическое значение различных металлов не одинаково. Наибольшее применение в технике приобрели черные металлы. На основе железа изготавливают более 90% всей металлопродукции. Однако цветные металлы обладают целым рядом ценных физико-химических свойств, которые делают их незаменимыми. Из цветных металлов наибольшее промышленное значение имеют алюминий, медь, магний, титан и др.

Кроме металлических, в промышленности значительное место занимают различные неметаллические материалы — пластмассы, керамика, резина и др. Их производство и применение развивается в настоящее время опережающими темпами по сравнению с металлическими материалами. Но использование их в промышленности невелико (до 10%) и предсказание тридцатилетней давности о том, что неметаллические материалы к концу века существенно потеснят металлические, не оправдалось.

Применение чугуна в машиностроении
На машиностроительных заводах по большей части производится ковкий ферритный чугун, и в незначительных количествах перлитный, несмотря на то, что последний отличается более высокой износоустойчивостью, прочностью, отлично работает при высоких температурах, имеет высокую усталостную прочность, глушит вибрации и т. д.
Из ковкого перлитного чугуна изготовляются такие детали, как распределительные и коленчатые валы, поршни дизельных моторов, клапанные коромысла, элементы сцепления и многое другое.

Материал с шаровидным графитом нашел применение в автопромышленности в качестве современного конструкционного чугуна и заменителя углеродистой стали, а также серого и ковкого чугуна.

Области использования такого материала определяются его высокими эксплуатационными, конструкционными и технологическими характеристиками и в большинстве случаев прекрасным сочетанием данных свойств.

Главной отличительной чертой чугуна является его применение в изготовлении как небольших деталей, вес которых составляет несколько сот граммов (к примеру, поршневые кольца), так и довольно крупных деталей, вес которых может достигать до 150 т; как толстостенных (до 10 см), так и тонкостенных (от 3 до 5 мм) деталей. Детали используются не только в литом состоянии, но и после необходимой термической обработки. Все мы прекрасно помним из повседневного быта чугунные ванны, которые отличаются от прочих прекрасными эксплуатационными характеристиками, при этом их вес очень велик. В автомобилестроении же, такой вид чугуна применяют для изготовления блока цилиндров мотора.

Ярким примером использования такого вида чугуна, заменившего стальные поковки, считаются коленчатые валы для моторов крупных дизельных тракторов и автомобилей. Такие чугунные детали кроме того что дешевле кованых стальных, еще и превосходят их по качествам эксплуатации.

Применение сталей в машиностроении
Для изготовления автомобильных деталей применяют многие марки малоуглеродистых и среднеуглеродистых легированных и низколегированных сталей, предусмотренных ГОСТ 4543-71 и ГОСТ 19282-73. Иногда применяют также стали, не включенные в настоящее время в ГОСТ и производящиеся по ТУ заводов автомобильной промышленности. В табл. 5 приводятся наиболее распространенные группы и марки легированных сталей (ГОСТ 4543-71), примеры их применения при производстве автомобильных деталей и характерные варианты их термической обработки. Легированные стали, как правило, подвергаются термической или химико-термической обработке.

Низколегированные стали (ГОСТ 19282-73) обычно содержат до 0,25 % недефицитных, но достаточно сильно действующих легирующих элементов. Использование этих сталей вместо углеродистых позволяет уменьшить массу и сечение деталей при обеспечении прежних или более высоких механических качеств. По сравнению с качественными углеродистыми сталями эти стали отличаются повышенной прочностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью благодаря увеличенному содержанию в них марганца, хрома, меди, других присадок. Вместе с тем они обычно дешевле легированных сталей, поэтому использование их в автостроении с годами увеличивается. Особенно большое применение низколегированные стали получили при изготовлении деталей рам грузовых автомобилей (лонжеронов и поперечин), дисков и других деталей колес, картеров задних мостов.

Применение цветных металлов и их сплавов в машиностроении
Многие цветные металлы и их сплавы обладают рядом ценных свойств: хорошей пластичностью, вязкостью, высокой электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью и другими достоинствами. Благодаря этим качествам цветные металлы и их сплавы занимают важное место среди конструкционных материалов.

Из цветных металлов в автомобилестроении в чистом виде и в виде сплавов широко используются алюминии, медь, свинец, олово, магний, цинк, титан.

Чугун и сталь их применение в автомобилестроении

Автомобильные металлы и сплавы

Чугун —это сплав железа (до 93%), углерода (2—4%) и примесей: кремния, марганца, фосфора и серы.

Чугун называется серым, если углерод в нем находится в свободном состоянии в виде пластинчатого или шаровидного графита. Такой чугун хорошо заполняет литейную форму, легко обрабатывается резанием и поддается сварке.

Чугун называется белым (передельным), если углерод в нем химически связан с железом, образуя цементит, который придает чугуну в изломе особый блеск. Белый чугун очень твердый и хрупкий и идет главным образом на переделку в сталь и ковкий чугун.

Дополнительные материалы по теме:

По ГОСТ 1412—85 установлено несколько марок отливок нз серого чугуна. Например, СЧ 20. Буквы обозначают: серый чугун, цифровое обозначение показывает величину минимального временного сопротивления при растяжении.

Ковкий чугун получают нагревом и длительной выдержкой отливки из белого чугуна при температуре 900—1000 °С с последующим медленным охлаждением. Ему присущи повышенные по сравнению с серым чугуном прочность и пластичность. Марки ковкого чугуна ( ГОСТ 1215—79) обозначаются буквами и цифрами, например КЧ35—10: КЧ — ковкий чугун; первое число — минимальное временное сопротивление разрыву (МПа Ю-1), а второе — минимальное относительное удлинение в процентах.

Из серого чугуна изготавливают маховики, корпуса сборочных единиц, гильзы блок-картеров и другие детали, а из ковкого чугуна— детали повышенной прочности и вязкости.

Кроме этих чугунов для изготовления ряда деталей (блок-картеры двигателей ЗИЛ -130, КамАЗ-740) применяют легированные серые чугуны, которые содержат легирующие элементы (хром, никель и др.), улучшающие прочность, твердость, износостойкость и коррозионную стойкость чугунных деталей.

Стали содержат до 1,3% углерода. По химическому составу их разделяют на углеродистые и легированные, по назначению — на конструкционные, инструментальные и специальные, по качеству — на сталь обыкновенного качества, качественную и высококачественную.

Виды и сорта стали различают по маркам, установленным ГОСТ ами. Стали каждой марки присущи свой химический состав и определенные свойства.

Углеродистая конструкцонная сталь обыкновенного качества обозначается буквами Ст, после которых стоит порядковый номер стали (от 0 до 6). Нем выше номер стали, тем она прочнее и тверже.

Углеродистая конструкционная сталь качественная имеет меньше вредных примесей (серы, фосфора). Маркируют ее двузначной цифрой, характеризующей среднее содержание углерода (в сотых долях процента). Например, в стали марки 20 находится в среднем 0,20% углерода. Эту сталь применяют для изготовления шатунов, осей, валов, болтов.

Углеродистая инструментальная сталь получила буквенно-цифровой шифр от У7 до У13. Буква У означает, что сталь углеродистая, а цифра — среднее содержание углерода в десятых долях процента. В маркировке высококачественной инструментальной стали после цифры ставят букву А.

Легированные стали отличаются от углеродистых добавкой в разных сочетаниях и количествах таких элементов, как никель, хром, марганец, кремний, вольфрам, молибден и др., улучшающих свойства стали (жаростойкость, износостойкость, упругость, прочность и т. д.).

В марке легированной стали на первом месте стоят две цифры, характеризующие содержание в стали углерода (в сотых долях процента). Буквами после цифр зашифрованы легирующие элементы: Р — бор, Ю — алюминий, С — кремний, Т — титан, Г —марганец, Ф — ванадий, X — хром, Н — никель, В — вольфрам, М — молибден, К — кобальт и т. д. Цифры после этих букв указывают содержание легирующего элемента ( ). Если оно равно или менее 1 , то цифру не ставят. Буква А справа показывает, что сталь высококачественная. Например, легированная сталь 12ХН2А — высокого качества, содержит 0,12% углерода, до 1% хрома и около 2% никеля.

В автомобилестроении многие детали, имеющие сложную форму, отливают из углеродистой и легированной стали. Буква Л в конце обозначения марки стали указывает, что она предназначена для литья.

Цветные металлы в автомобилестроении применяют главным образом в виде сплавов.

Детали из алюминиевых сплавов приблизительно в три раза легче стальных, имеют достаточную прочность, высокую электро-и теплопроводность, хорошо обрабатываются резанием. Широко применяют сплавы алюминия с кремнием, медью и магнием.

Алюминиевые сплавы делят на литейные и деформируемые (обрабатываемые давлением, прокаткой, сваркой). Первые применяют для изготовления поршней, головок цилиндров, выпускных трубопроводов и других деталей, вторые — для деталей кузова, заклепок, прокладок, винтов.

Латуни — сплавы меди с цинком (до 38%). Они хорошо штампуются, отливаются и обрабатываются резанием. Для повышения механических свойств в латунь могут входить легирующие элементы. Для

маркировки латуней приняты следующие обозначенияз буква Л — латунь, следующие за ней буквы — легирующие элементы, первые две цифры — процентное содержание меди, последние— легирующих элементов. Например, ЛС74—3: латунь содержит 74% меди, 3% свинца, а остальное — процентное содержание цинка.

Латуни применяют для изготовления бачков и трубок радиаторов, деталей электрооборудования, различных втулок, уплотнитель-ных колец.

Бронзы — сплавы меди с оловом, свинцом, алюминием и другими элементами. Первые две буквы маркировки Бр обозначают бронзу, далее идут буквенные обозначения элементов, входящих в состав сплава, и за ними цифры, которые указывают среднее содержание элементов в процентах. Например, БрСЗО — это свинцовистая бронза, содержащая 30% свинца. В автомобилестроении применяют главным образом свинцовистые бронзы для подшипников коленчатого вала и некоторых втулок двигателей. Они обладают хорошими антифрикционными и литейными качествами, стойки против окисления и хорошо обрабатываются резанием.

Антифрикционные сплавы изготавливают на основе олова, свинца или алюминия. Это сплавы оловянистые Б88 и Б83, алюминиевые: АСМ , содержащий сурьму (до 6,5%) и магний (0,3— 0,7%); А020—1 (олова 20% и меди 1%); А09 —2 (олова 9% и меди 2%), их используют в подшипниках скольжения (вкладышах) коленчатых валов и опорных втулках распределительных валов.

Основные марки сталей и чугунов, применяемых при производстве и ремонте автомобилей

Углеродистые конструкционные сталп качественные идут на изготовление деталей кузовов, двигателей и нормалей. Стали этой группы подразделяются на подгруппы: малоуглеродистые высокой пластичности марок 08—10, малоуглеродистые меньшей пластичности марок 15—25, среднеуглеродистые повышенной прочности марок 30—55, высокой прочности марок 60—80. Цифры в обозначении марок сталей указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Стали марок 08—10 (содержание углерода от 0,08 до 1%) хорошо деформируются в холодном состоянии, поэтому применяются для штамповки кузовных облицовочных деталей, панелей крыши и дверей. Стали марок 15—25 хуже деформируются, но хорошо свариваются и подвергаются химико-термической обработке. Они применяются для деталей, изготовляемых штамповкой, высадкой и протяжкой (поперечины, распорки, усилители, рычаги, кронштейны, вал рулевого механизма, тяги, шкивы, крепеж и т. д.).

Сталп марок 30—55 идут на изготовление методом горячей штамповки различных деталей широкого применения: валов, зубчатых колес, полуосей и т. д. Для них используют все виды термической обработки, значительно повышающие эксплуатационные и прочностные свойства деталей.

Сталп марок 60—80 обладают высокой прочностью и упругими свойствами, приобретаемыми после закалки и отпуска. Их примениют для деталей, работающих при больших статических и динамических нагрузках: крестовин карданных шарниров, дисков сцепления, гибких валов, пружин и т. д.

Стали литейные углеродистые применяют для изготовления литых автомобильных деталей различными методами литья, в том числе точного для фасонных деталей с минимальным объемом последующей механической обработки.

Марки сталей этой группы обозначают двухзначным числом с добавлением буквы Л, например: 15Л, 20Л, 25Л. Из литейных сталей получают отливки различных корпусных деталей, ступиц колес, дисков, зубчатых колес, муфт, маховиков и т. д.

Низколегированные и легированные стали дороже качественных углеродистых сталей, но по свойствам их существенно превосходят. Ио сравнению с углеродистыми эти стали обладают более высоким пределом прочности, лучшей пластичностью и вязкостью, пониженной хладоломкостью, лучшей коррозионной стойкостью. Легированные стали позволяют обеспечить оптимальные механические свойства валов и других ответственных деталей.

Все положительные свойства легированным сталям придают легирующие добавки элементов: хрома (X), марганца, (Г), никеля (И), кремния (С), молибдена (М), вольфрама (В) и др.

Маркировка легированной стали состоит из двух цифр и последующих букв: цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента, буквы — условное обозначение легирующего элемен-

Если после буквы идет цифра, то она указывает на содержание ТцРИрующего элемента в процентах. Отсутствие цифры после буквы бозначает содержание легирующего элемента в пределах менее 1%. Например, 18ХН2М — хромоникельмолибденовая сталь для рычагов привода клапанов, содержащая 0,18% углерода (С), до 1 % хрома /X), 2% никеля (Н2) и до 1% молибдена (М).

Легированные стали применяются в основном на автомобилях для изготовления наиболее ответственных деталей: поршневых пальцев, толкателей, клапанов, шатунов, осей, валов переключения передач, шестерней, сателлитов, полуосей, высокоточных деталей системы питания дизелей и др.

Низколегированные стали применяют для металлоемких несущих элементов конструкции автомобиля, таких, как грузовая платформа, рама, балка моста и др.

Сталь автоматная применяется главным образом для изготовления крепежных автомобильных деталей (болтов, гаек, шпилек) на быстроходных автоматных станках. Для достижения повышенной обрабатываемости она содержит до 0,3% серы и до 1,5% фосфора и поставляется в холоднотянутом состоянии в виде путков. Марка стали перед цифровым обозначением содержания углерода в сотых долях процента имеет букву А — автоматная (А20, А40 — с легирующей добавкой марганца).

Сталь рессорно-пр ужинная подразделяется на качественную, высококачественную и коррозионностойкую и характеризуется высокими значениями предела текучести и выносливости. Наибольшее применение для пружин общего назначения, подвески, рессорных листов и торсионов находят углеродистые качественные стали марок 65, 70, 75, 85, а также стали с таким же содержанием углерода и добавками марганца (60Г, 65Г, 70Г), кремния (60С2, 70СЗ) и др.

Сталь высоколегированная корозионно-стойкая жаростойкая и жаропрочная предназначена для работы в агрессивных средах и при высоких температурах. В зависимости от основного назначения стали этой группы Делятся на подгруппы : I — коррозионностойкую против всех видов коррозии (20X13, 17Х18Н9 и др.); II — жаростойкую до 500 °С (40Х9С2 и др.); III — жаропрочную до 1000 °С (36Х18Н25С2 и др.).

Из сталей указанных подгрупп изготовляют детали систем питания двигателей, запорную иглу карбюратора, пружины, детали форсунок, клапаны, глушители и т. п.

Стали для изготовления инструмента и технологической оснастки отличаются повышенной твердостью и теплостойкостью. Они содержат углерод и различные легирующие добавки. В обозначении марки стали содержание углерода указывается в десятых долях процента, а легирующие элементы обозначаются по аналогии с углеродистыми легированными сталями. Например: 4ХС – 0,4% С, 1% хрома, 1% кремния.

Особую группу инструментальных сталей составляют быстро-Режущие Сталн, которые предназначены для изготовления режущего инструмента быстроходных станков. Они имеют в обозначении марки стали букву «Р» (режущая) и число — процент содержания вольфрама. Например, Р9 — быстрорежущая, 9% — содержание вольфрама, а содержание углерода превышает 0,7%.

Чугуны, применяемые для автомобилей, классифицируются по состоянию углерода в сплаве (микроструктуре) на следующие основные виды: серый чугун (СЧ), белый чугун, ковки чугун (КЧ).

В сером чугуне весь углерод находится в свободном состоянии р. виде пластинчатого или шаровидного графита. Ковкий чугун представляет собой то же, что и серый чугун, но форма включений графита хлопьевидная.

В белом чугуне весь углерод связан в химическое соединение — цементит, вследствие чего он обладает повышенной твердостью.

Ковкий чугун маркируют так же, как и серый, но вторая группа цифр здесь обозначает относительное удлинение в процентах. Например, КЧ35-10 означает: ковкий чугун с пределом прочности на растяжение 35 кгс/мм2 и относительным удлинением 10%.

Чугуны находят широкое применение при изготовлении автомобильных деталей. Из серого чугуна изготавливают блоки цилиндров двигателей ЗИЛ , ЯМЗ , ГАЗ , головки цилиндров, гильзы блоков цилиндров, картера сцеплений, коробок передач, маховики, тормозные цилиндры, барабаны и др.

Ковкий чугун идет на изготовление деталей повышенной прочнее-; ти и вязкости: картеров редукторов, коробок передач, кронштейнов рессор, коробок сателлитов и др.

Белый чугун применяется для изготовления деталей повышенной усталостной прочности: коленчатых и распределительных валов, седел клапанов, шестерен масляного насоса, суппортов дискового тормоза ВАЗ и др.

Черные металлы в автомобилестроении

К черным металлам (сплавам) относятся чугун и сталь, которые широко применяются в машиностроении.

Чугуны. Материалами для производства чугуна служат железная руда, флюсы и топливо. Чугун, полученный выплавкой в доменной печи, представляет собой сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой. Чугун может содержать от 2 до 6,67% углерода.

Выплавляемые в доменных печах чугуны по назначению делятся на литейные (серые), передельные (белые) и специальные (ферросплавы). В литейном чугуне большая часть углерода химически не связана с железом и находится в свободном состоянии в виде графита. Углерод в виде графита придает излому чугуна серый цвет, и чугун поэтому называют серым.

Серый чугун хорошо обрабатывается режущими инструментами, обладает высокой жидкотекучестью, в расплавленном состоянии хорошо заполняя литейные формы. Серые литейные чугуны обладают высокой прочностью на сжатие и малой прочностью на растяжение, а также повышенной хрупкостью. Поэтому их применяют для изготовления деталей автомобилей, где не требуется высокая прочность на растяжение и отсутствуют динамические нагрузки. Из них изготавливают картеры коробок передач, блоки цилиндров двигателей, гильзы, тормозные барабаны, корпуса водяных и масляных насосов и ряд других деталей.

Марки серого чугуна обозначают буквами СЧ и цифрами, которые указывают предел прочности при растяжении и предел прочности при изгибе в кГ/мм2. Например, серый чугун с пределом прочности при растяжении 28 кГ/мм2 и пределом прочности при изгибе 48 кГ/мм2 имеет марку СЧ 28—48.

В передельном чугуне углерод находится в химическом соединении с железом, называемом цементитом (Fe3C). Такой чугун в изломе имеет белый цвет, поэтому его и называют белым. Белые чугуны обладают высокой твердостью, имеют большую хрупкость и с трудом поддаются обработке резцами. Они применяются в основном для переделки на сталь. Часть белого чугуна используют для получения ковкого чугуна.

Ковким называется чугун, полученный при отливке первоначально в виде белого чугуна, в котором путем дальнейшей термической обра-jotkh — отжига цементит разложен на графит, феррит, перлит.

При этом резко изменяются механические свойства. Ковкий чугун п° механическим свойствам занимает промежуточное положение между грым чугуном и сталью. Название ковкий является условным, ковке УгУн не подвергается. Ковкий чугун хорошо обрабатывается и обладает большей вязкостью по сравнению с серым чугуном. Из ковкого чугуна изготавливают картеры редукторов, главных передач и рулевых механизмов, коробки сателлитов, ступицы колес, педали и другие детали.

Обозначение марки ковкого чугуна включает буквы КЧ и стоящие после букв цифры, указывающие предел прочности при растяжении в кГ/мм2 и относительное удлинение (отношение приращения длины образца после разрыва к его исходной длине) в процентах. Например, наиболее распространенный в автомобилестроении ковкий чугун с пределом прочности при растяжении 35 кГ/мм2 и относительным удлинением 10% имеет марку КЧ 35—10.

Кроме серых и ковких, в автомобилестроении применяют легированные чугуны. Используют также антифрикционные чугуны и чугунные отливки со специальными свойствами (жаростойкие, коррозион-ностойкие, немагнитные и др.). Например, из легированных чугунов изготавливают поршневые кольца, верхние вставки гильз цилиндров, гильзы цилиндров, а чугуны со специальными свойствами идут на получение вставных седел клапанов, наплавку толкателей.

Ответственные детали автомобилей изготовляют из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием. Высокопрочные чугуны обладают высокой прочностью (70—80% от прочности стали), повышенными пластичностью и ударной вязкостью.

Марки высокопрочного чугуна обозначаются аналогично маркам ковкого чугуна. Наибольшее распространение в автомобилестроении получил высокопрочный чугун ВЧ 50—2. Из него отливают коленчатые валы, гильзы цилиндров, распределительные валы, стойки осей коромысел клапанов.

Стали. Основным сырьем для производства стали служит передельный чугун (главным образом) и стальной лом. Процесс переработки чугуна в сталь сводится к удалению из чугуна избыточного углерода, кремния, марганца, серы и фосфора. Содержание углерода в стали не превышает 2%. Избыточные примеси удаляются при плавке стали, плавку ведут в конверторах (бессемеровский и томасовский процессы), в мартеновских печах и электропечах.

Полученная в результате выплавки сталь отличается от чугуна химическим составом, механическими и технологическими свойствами. По сравнению с чугуном сталь имеет значительно более высокую прочность, пластичность и вязкость, лучше поддается термической и химико-термической обработке, ковке, прокатке, штамповке, сварке и пайке. Из стали получают различные отливки, она легко обрабатывается режущими инструментами.

Стали классифицируют по химическому составу, по способу производства, по назначению. По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.

По способу производства стали делятся на сталь обыкновенного качества, сталь качественную, сталь высококачественную и сталь особовысококачественную.

По назначению различают стали следующих классов:
класс I — сталь строительная, класс II — сталь машиностроительная

К углеродистым сталям относятся стали, в которых основным элементом, оказывающим большое влияние на их свойства, является углерод. В зависимости от содержания углерода они подразделяются на конструкционные и инструментальные.

Конструкционные углеродистые стали чел яте я на стали обыкновенного качества и качественные.

Углеродистые стали обыкновенного качества ( ГОСТ 380—71 *) подразделяются на группы: А, Б и В. Стали группы А поставляются по механическим свойствам, группы Б по химическому составу, группы В по механическим свойствам и химическому составу. В зависимости от нормируемых показателей сталь каждой группы подразделяют на категории: группы А — 1, 2, 3, группы Б — 1,2, группы В – 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Сталь изготовляют следующих марок: группы А — СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб; группы Б — БСтО, БСт1, БСт2, БСтЗ, БСт4, БСт5, БСтб; группы В — ВСт2, ВСтЗ, ВСт4, ВСтБ. Сталь всех групп с номерами марок 1, 2, 3 и 4 по степени раскисления изготовляют кипящей (сталь при затвердевании выделяет большое количество газов — «кипит»), спокойной (при застывании спокойной стали не происходит обильного выделения газов) и полуспокойной (занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью), с номерами 5 и 6 — полуспокойной и спокойной. Полуспокойная сталь с номерами марок 3 и 5 производится с обычным и повышенным содержанием марганца.

Маркировка углеродистых сталей обыкновенного качества — буквенно-цифровая. Буквы Ст означают «сталь», цифры от 0 до 6 — условный номер марки в зависимости от химического состава стали и механических свойств, например: СтО, Ст2, Стб. Буквы Б и В перед обозначением марки обозначают группу стали (группа А в обозначении марки стали не указывается), например: БСтЗ, ВСтЗ, СтЗ.

Для обозначения степени раскисления к обозначению марки стали после номера добавляют индексы: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная, например: СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, БСтЗсп, ВСтЗсп.

Для обозначения категории стали к обозначению марки добавляют в конце номер соответствующей категории, например: СтЗпс2, БСтЗкп2, о^т4пс2. Первую категорию в обозначении марки стали не указывают, например: БСтЗкп, ВСтЗпс.

При заказе стали необходимой категории без указания степени Раскисления в обозначении марки стали номер марки и категорию отделяют друг от друга тире, например: СтЗ—2, БСтЗ—2. Для обозна-ения полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца v °бозначению марки стали после номера марки добавляют букву Г, например: СтЗГпс, ВСтЗГпс, ВСтЗГпсЗ.

Углеродистые стали обыкновенного качества применяют для из-ДеТОвл?ния сравнительно небольшой номенклатуры автомобильных и широко используют в авторемонтном производстве для изготовления конструкций со сварными и резьбовыми соединениями, неответственных или средненагруженных деталей (тяги, оси, валы, шпонки, клинья, пружины) и нормалей, нестандартного оборудования и приспособлений.

Углеродистые качественные стали ( ГОСТ 1050—60**) подразделяются на две группы: I — с нормальным содержанием марганца (не более 0,8%), II — с повышенным содержанием марганца (более 0,8%). К группе I относятся стали 05 кп, 08кп, Юкп, 10, 15кп, 15, 20кп, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80,85. К группе II относятся стали 60Г, 65Г, 70Г.

Маркируются углеродистые качественные стали двумя цифрами, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента, буква Г означает повышенное содержание марганца. Марки кипящей стали имеют в конце индекс кп, полуспокойной стали — пс. В сталях с содержанием бора 0,002—0,006% в конце марки дополнительно указывается буква Р, например 20Р.

Качественные углеродистые стали широко применяют для изготовления и восстановления деталей автомобилей на авторемонтных предприятиях. В частности, из углеродистых качественных сталей 05кп, 08кп, 10 (листовой прокат) изготовляют почти все детали, узлы и агрегаты (кабины, кузова, капоты, оперения и др.).

Из стали 20 изготавливают рулевые и карданные валы, поперечины рамы и ряд других деталей; из стали 35 и стали 40 фланцы, вилки карданов, шпильки ступиц колес, болты, гайки, распределительные валы, шатуны и др.

Наиболее широко применяемой для изготовления ответственных деталей является сталь 45, из нее делают коленчатые и распределительные валы, валы масляных насосов и компрессоров, поршневые пальцы, штанги толкателей и др.

Инструментальные углеродистые стали в соответствии с ГОСТ 1435—54* бывают качественные и высококачественные. К качественным инструментальным сталям относятся стали следующих марок: У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12, У13, к высококачественным: У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У12А, У13А.

Буква У обозначает — углеродистая, следующие за ней цифры — среднее содержание углерода в десятых долях процента, буква Г — с повышенным содержанием марганца, буква А обозначает группу высококачественной стали. Твердость инструментальных сталей зависит от содержания в них углерода: чем больше в стали углерода, тем выше твердость.

Инструментальные углеродистые стали применяют для изготовления слесарного (зубила, ключи гаечные, бородки и др.) и кузнечного (пуансоны, матрицы, клещи и др.) инструментов, резцов, фрез, разверток и т. п.

Легированные стали. Стали, в которых имеются специальные присадки легирующих элементов, называются легированными. Легирующие элементы существенно изменяют свойства сталей.

Легирующие элементы в марках стали обозначаются следующими буквами: А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, Е — селен, М — молибден, Н — никель, Р — бор, Т — титан, Ф — ванадий, Ю — алюминий, К — кобальт, X — хром, Ц—цирконий. Цифры перед буквенным обозначением марки стали указывают среднее содержание углерода в сотых пли десятых долях процента. После цифр ставят буквы, обозначающие легирующие элементы, входящие в состав данной стали. Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание легирующего элемента в целых единицах. Букву А (азот) ставить в конце обозначения марки не допускается.

Легированные стали по назначению разделяются на конструкционные, инструментальные и высоколегированные, коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные.

Конструкционные легированные стали согласно ГОСТ 4543—71 делятся на категории: качественную, высококачественную — А, особовысококачественную — Ш.

К особовысоко-качественной относят сталь электрошлакового переплава.

В зависимости от основных легирующих элементов конструкционные легированные стали делятся на группы: хромистую, марганцовистую, хромомарганцовую, хромокремнистую и др.

Условные обозначения марок высококачественных и особовысоко-качественных легированных сталей отличаются от изложенных выше тем, что в первом случае в конце марки ставится буква А, во втором случае буква Щ через черточку. Например, марка ЗОХГС обозначает качественную хромокремнемарганцовую сталь с 0,30% углерода, 1% хрома, 1% кремния и 1% марганца, марка 30ХГСА обозначает ту же, но только высококачественную сталь, а марка ЗОХГС - III обозначает ту же, но только особовысококачественную сталь.

Для изготовления автомобильных деталей применяют различные марки конструкционных легированных сталей. Например, из хромистых сталей марок 15Х, 20Х, 38ХА, 40Х изготовляют поршневые пальцы, крестовины кардана, крестовины дифференциала, шатунные болты, шатуны, рулевые сошки, поворотные рычаги и др.

Из хромомарганцовистых сталей марок 18ХГТ, 20ХГР, ЗОХГТ изготовляют шестерни и валы коробки передач, главной передачи и шестерни полуосей, сателлиты, крестовины дифференциала.

Легированные конструкционные стали подвергают термической и химико-термической обработке.

Отдельную группу составляет сталь инструментальная быстрорежущая ( ГОСТ 9373—60*). Она предназначена для изготовления режущих инструментов высокой производительности с большим сопротивлением изнашиванию, от которых требуется сохранение режущих свойств при нагревании во время работы до температуры 600—700 °С.

Наибольшее применение имеют быстрорежущие легированные стали Р18, Р12 и Р9 с содержанием вольфрама 18, 12 и 9% соответственно, а также Р18Ф2, Р14Ф14, Р10К5Ф5.

Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные обладают особыми свойствами. Согласно ГОСТ 5632—72 к этой группе относятся стали и сплавы на железной, железоникелевой и никелевой основах, предназначенные для работы в коррозионноактивных средах и при высоких температурах. В зависимости от основных свойств эти стали и сплавы подразделяют на группы: первая — коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против различных видов коррозии; вторая — жаростойкие (окалино-стойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температуре выше 550 °С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии; третья — жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

В автомобилестроении высоколегированные стали используют для изготовления клапанов: стали 40Х9С2, 40Х10С2М применяют для впускных клапанов, а стали 45Х14Н14В2М, 55Х20Г9АН4 — для выпускных клапанов.

Читайте также: