Металлические материалы
Черные металлы
Для изготовления и ремонта автомобиля первостепенное значение имеют черные металлы — чугун и сталь.
Чугун — сплав железа с углеродом, содержащий более 2% углерода, а также примеси. В зависимости от количества и состояния углерода различают белый, серый, высокопрочный и ковкий литейный чугун.
Белый чугун отличается высокой твердостью и хрупкостью. В автостроении применяют для переработки в ковкий чугун.
Серый чугун обладает хорошими литейными качествами, поэтому из него изготовляют детали автомобиля. Серый чугун хрупок, но достаточно хорошо обрабатывается. Детали из этого материала можно сваривать, растачивать.
Высокопрочный чугун — это чугун, получаемый из серого чугуна путем добавки магния или редкоземельных элементов, при этом повышают прочность и пластичность чугуна. Из данного чугуна изготовляют ответственные детали.
Ковкий чугун широко применяют в автостроении благодаря хорошим механическим свойствам. Его получают путем длительного томления отливок из белого чугуна при высокой температуре.
Из ковкого чугуна выполняют детали, воспринимающие переменные нагрузки (картеры задних мостов и коробок передач, ступицы колес и др.).
Сталь. Из стали изготовляют большинство деталей механизмов и агрегатов автомобиля.
Сталью называется сплав железа с углеродом, содержащий до 2% углерода. По химическому составу сталь делится на углеродистую и легированную, по назначению — на конструкционную, инструментальную и специальную.
Конструкционная углеродистая сталь хорошо обрабатывается и сваривается. Из нее делают кожухи, крышки, тяги, рычаги, оси, валы.
Механические свойства некоторых марок конструкционной углеродистой стали приведены в таблице.
| Марка стали | Предел прочности при растяжении сгв. Мн/м |
Относительное удлинение δ, % |
| Ст. 2 | 340 — 420 (34 — 42) | 28 |
| Ст. 3 | 340 — 420 (34 — 42) | 26 |
| Ст. 4 | 400 — 500 (40 — 50) | 21 |
| Ст. 5 | 420 — 520 (42 — 52) | 19 |
Легированная сталь, помимо основных компонентов, содержит дополнительные примеси — хром, никель, вольфрам, молибден и другие, улучшающие ее свойства. К легированной стали относятся нержавеющая, жаростойкая, кислотостойкая и износостойкая.
Легированные стали широко применяют в автостроении. Из них изготовляют шестерни, валы, полуоси (приводные валы), коленчатые валы, пальцы, пружины, рессоры и подшипники.
| Название и марка стали | Предел прочности при растяжении σт, Мн/м2 (кгс/мм2) | Предел текучести σт, Мн/м2 (кгс/мм2) | Относительное удлинение δ, % |
| Хромистая 30Х | 900(90) | 700(70) | 12 |
| Хромоникелевая 40ХН | 1000(100) | 800(80) | 11 |
| Хромомолибденовая 15ХМ | 850(85) | 650(65) | 11 |
| Хромованадиевая 20ХФ | 800(80) | 600(60) | 12 |
| Хромомарганцевая 20ХГ | 900(90) | 750(75) | 10 |
Легированные стали маркируют цифрами и буквами. Цифры обозначают содержание в стали углерода в сотых долях процента, буквы обозначают состав легирующих элементов, например: X — хром; Н — никель; М — молибден.
В этой таблице приведены механические свойства некоторых марок легированной стали.
Цветные металлы и их сплавы
Тяжелые цветные металлы
К ним относятся: медь, олово, свинец, никель, хром, вольфрам и др. В чистом виде эти цветные металлы в автомобилестроении обычно не применяют из-за несовершенства их свойств. Сплавы же этих металлов широко используют для изготовления и ремонта автомобиля.
Медные сплавы применяют для изготовления деталей, от которых требуются высокие электро-, теплопроводность, антикоррозийная стойкость.
Оловянистая бронза является сплавом меди с оловом (от 3 до 14% олова). Сплав меди со свинцом (до 35%) называется свинцовистой бронзой.
Латунь — сплав меди с цинком (до 39% цинка). Это хорошо обрабатываемый материал, из которого изготовляют различные детали водопроводной и паропроводной арматуры, а также некоторые детали приборов (винты, трубки и т. д.).
Олово обладает высокой антикоррозионной стойкостью, высокой пластичностью и легкоплавкостью. В автомобилестроении применяют в виде сплавов с другими металлами (припой, антифрикционные сплавы).
Легкие цветные металлы
К ним относятся: алюминий и магний. В автомобилестроении алюминий и магний являются основой для получения многих сплавов, из которых изготовляют детали, требующие высокой антикоррозионной стойкости и теплопроводности.
Алюминиевые сплавы
Дюралюминий — сплав алюминия с медью (2,2 — 5,2%), магнием (0,2 — 1,6%) и другими элементами. Широко применяют для изготовления деталей, несущих переменные нагрузки, подвергающиеся воздействию воды, изменению температуры.
Силумин — сплав алюминия с кремнием (6 — 13%), используют для получения литьем самых разнообразных деталей.
Антифрикционные сплавы — сплавы, обладающие низким коэффициентом трения и используемые для изготовления подшипников скольжения или покрытия (заливки) их рабочих поверхностей.
Основные антифрикционные сплавы: сплавы олова, свинца и сурьмы (баббиты); свинцовистая и оловянистая бронза. Баббиты и свинцовистую бронзу применяют в основном для заливки вкладышей коренных и шатунных подшипников коленчатого вала и подшипников распределительного вала двигателя, оловянистую бронзу — для изготовления различных втулок (поршневых пальцев, шестерен коробки передач, вала сошки рулевого механизма, шкворней поворотных цапф), а также упорных шайб шестерен полуосей (приводных валов) и сателлитов дифференциала. Для подшипников коленчатого вала двигателей последних моделей распространены также сталеалюминиевые вкладыши.
Помимо антифрикционных сплавов, в некоторых узлах трения автомобиля (например, в шарнирах рулевых тяг и подвески) используют пластические массы, обладающие низким коэффициентом трения и не требующие смазки в процессе эксплуатации.
Контрольные вопросы
Для каких целей применяют чугун?
Как делят сталь по химическому составу и назначению?
Чем отличается сталь от чугуна?
Какие цветные металлы и сплавы применяют в автомобилестроении и при ремонте автомобиля?
Как влияет на медь добавление к ней олова и цинка?
Какие антифрикционные сплавы используют при изготовлении вкладышей подшипников коленчатого вала двигателя автомобиля?
Какие сплавы алюминия наиболее пригодны для литья?
«Автомобиль», под. ред. И.П.Плеханова