Автомобильные материалы: Справочник.

Мотовилин Г. В. и др.

Транспорт, 1989 г.

 Глава 2. КОНСТРУКЦИОННЫЕ ЧУГУНЫ

При производстве на автозаводах чугунных автомобильных деталей широко используются г ос тированные чугуны с пластинчатым и шаровидным графитом, ковкие чугуны, а также специальные чугуны - легированные с улучшенными или специфическими, по отношению к тестированным маркам, свойствами; такие чугуны применяются согласно разработанным и утвержденным техническим условиям предприятий или объединений автомобильной промышленности.

2.1. Чугуны с пластинчатым и шаровидным графитом, ковкие чугуны

Чугуны с пластинчатым графитом обозначаются буквами СЧ, с шаровидным графитом - ВЧ, ковкиечугуны — КЧ. Цифры после обозначения марки у чугунов с пластинчатым графитом (ГОСТ 1412—85) и чугунов с шаровидным графитом (ГОСТ 7293—85) соответствуют обеспечиваемому временному сопротивлению на растяжение, выраженному в кгс/см². Эти величины для каждой марки, а также другие механические характеристикичугунов с шаровидным графитом приводятся в табл. 2.1 и 2.2. В противоположность ранее действовавшим стандартам ГОСТ 1412—85 и ГОСТ 7293—85 регламентируют по маркам массовую долю входящих в составчугунов химических элементов.

Химический составковкихчугунов (табл. 2.3) по ГОСТ 1215-79 не ограничивается. Цифры в обозначениях марок этих чугунов означают: первая — временное сопротивление разрыву, кгс/мм²; вторая — относительное удлинение, %. Как уже упоминалось, ковкиечугуны по сравнению с чугунами с пластинчатым графитом отличаются значительно более высокими прочностью и пластичностью. Однако в последние годы высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ЧШГ) благодаря сочетанию ряда положительных физико-механических свойств с высокой технологичностью вытесняет в ряде случаев при производстве автомобильных деталей ковкийчугун (КЧ), литую и даже кованую сталь.

Чугуны при разливке в формы с целью размельчения включенийграфита модифицируют введением в ковш мелкодисперсных невыгорающих примесей, в частности ферросилиция, силикокальция, различных сложных лигатур, включая редкоземельные металлы (РЗМ); при отливке деталей из ЧШГ в оболочковые формы применяют в специальной защитной среде сильнодействующие модификаторы на основе магния. Наиболее распространенные в автостроении типы и марки чугунов и примеры изготовляемых из них деталей приведены в табл. 2.4.

2.2. Специальные чугуны

При производстве автомобильных деталей используются антифрикционные и различные специальные легированные чугуны. В табл. 2.5 приводится химический состав и примерное назначение антифрикционных чугунов для отливок по ГОСТ 1585—85. Из легированных чугунов изготовляются, как правило, гильзыцилиндров двигателей, а вставки в верхнюю часть некоторых из них — из высоколегированного чугуна (табл. 2.6). Поршневые кольца современных автомобильных двигателей в большинстве случаев изготовляются из низколегированных или высокопрочных чугунов (ЧШГ); их химический состав приводится в табл. 2.7. Как видно из таблиц, серый низколегированный чугун по прочностным качествам значительно уступает высокопрочному. Легированные и высоколегированные чугуны, а также марганцевые чугуны аустенитного класса применяются для изготовления клапанных гнезд и коромысел клапанов; для производства последних используют также ЧШГ; для наплавкитолкателей применяют низколегированный отбеленный чугун. Химический состав чугунов, используемых при производстве перечисленных деталей, и обеспечиваемая при этом поверхностнаятвердость приводятся в табл. 2.8.

Некоторые чугунные детали (направляющие втулки клапанов, подшипниковые втулки, поршневые кольца и др.) могут изготовляться не литьем, а спеканием из порошкообразных шихтовых материалов (при температуре около 1100 °С под давлением 6,5* 10³ кгс/см² в течение примерно 2 ч). В качестве исходных материалов при этом используются железный, графитовый, хромовый и медный порошки. В табл. 2.9 приводится химический состав легированных металлокерамических направляющих клапанных втулок. Металлокерамические детали обладают высокой износостойкостью благодаря способности впитывать смазку в имеющиеся поры. В табл. 2.10 приводятся технологические и эксплуатационные свойства основных типов чугунов, применяемых при изготовлении автомобильных деталей.

3.4. Марки сталей, чугунов и цветных сплавов, применяемых при изготовлении основных деталей отечественных автомобилей

В табл. 3.26 приведен материал основных деталей современных марок отечественных автомобильных двигателей и сцеплений. Как видно из таблицы, для изготовления корпусных деталей — блоков, картеров сцеплений, головок блока, а также трубопроводов применяются в основном алюминиевые сплавы разных марок и чугуны с пластинчатым графитом, модифицированные и специальные. Блоки и картеры сцепления ЗАЗ отливают из магниевого сплава. Большинство деталей автомобилей семейства ВАЗ изготовляют из материалов по ТУ завода.. Поршни изготовляют из жаростойких алюминиевых сплавов, в ряде случаев негостированных (см. гл. 4), клапаны — из жаростойких высоколегированных сталей (см. табл. 3.25). Коленчатые и распределительные валы изготавливают из конструкционных сталей или высокопрочных чугунов (см. гл. 2). Для других деталей применяются качественные и высококачественные стали или модифицированные и специальные чугуны.

В табл.- 3.27 приведен материал деталей коробок передач. Здесь также корпусные детали изготовляются из чугуна или алюминиевых сплавов. Материалом валов и шестерен являются легированные конструкционные стали, как правило, низкоуглеродистые. Только вторичный вал автомобилей ГАЗ изготовляется из углеродистой стали пониженной прокаливаемости марки 60ПП.

В табл. 3.28 приведены данные о материале деталей задних мостов. Здесь Материалом корпусных деталей является чаще всего ковкий чугун. Вместе с тем в последние годы картерыстали часто изготовлять сварными; в этом случае их Материалом являются низколегированные стали. Валы и шестерни задних мостов, так же как и у коробок передач, изготовляют обычно из легированных малоуглеродистых конструкционных сталей. Также как и аналогичные детали коробок, они подвергаются обычно цементации или клонированию, закалке и низкотемпературному отпуску. Как видно из табл. 3.29, наиболее распространенным Материалом деталей карданных передач являются углеродистые качественные стали. Корпусные детали рулевых механизмов (табл. 3.30) изготовляют из ковкогочугуна или цветных сплавов, остальные детали — из конструкционных сталей легированных или углеродистых. В табл. 3.31, 3.32, 3.33, 3.34 приводятся соответственно данные о материалах деталей передних неведущих мостов грузовых автомобилей, колесных     тормозов и ступиц колес, подвески, рам.

Глава 4. ЦВЕТНЫЕметаллы И СПЛАВЫ

При изготовлении автомобильных деталей на автомобильных предприятиях широкое применение Находят алюминиевые и цинковые сплавы, сплавы на медной и цинковой основе, антифрикционные сплавы, различного вида припои, в несколько меньшей степени применяются медно-никелевые и магниевые сплавы. Ниже рассматриваются основные группы и марки цветных сплавов, их свойства и примеры использования.

4.1. ЦВЕТНЫЕ алюминиевые, цинковые и магниевые сплавы

Классификация алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов, номера государственных стандартов, определяющих их основные свойства и химический состав, приведены в табл. 4.1. Особенно большое распространение при изготовлении автомобильных деталей имеют алюминиевые сплавы литейные (ГОСТ 2685—75) и деформируемые (ГОСТ 4784—74). Из числа алюминиевых сплавов в автомобильной промышленности преимущественное распространение имеют литейные сплавы, классификация по химическому составу, марки и область применения которых приводятся в табл. 4.2. В табл. 4.3 приводится химический состав, а в табл. 4.4 — механические, физические, технологические и эксплуатационные свойства литейных алюминиевых сплавов. Обозначения и химический состав деформируемых алюминиевых сплавов (ГОСТ 4784—74) указаны в табл. 4.5, Деформируемыми называются такие алюминиевые (или магниевые) сплавы, полуфабрикаты из которых (листы, прутки, профильный прокат, штамповки) могут изготовляться обработкой давлением. Деформируемые сплавы применяют для изготовления поршней двигателей, поршней гидроцилиндровтормозов и сцеплений, различных мелких деталей, а также нормалей (заклепок и пр.).

Известно, что автомобильная промышленность является передовой отраслью отечественного машиностроения, в которой постоянно ведутся разносторонние исследования, направленные, в частности, на разработку новых, прогрессивных материалов и сплавов, обладающих высокими технологическими и эксплуатационными качествами. Это относится и к алюминиевым сплавам, используемым для изготовления поршней и корпусных деталей. В табл. 4.6 приводится состав нескольких негостированных алюминиевых сплавов, применяющихся для изготовления различных деталей, в том числе деталей силовых агрегатов автомобилей ВАЗ, КамАЗ и МАЗ.

Магниевые сплавы по своим механическим качествам, как правило, уступают алюминиевым, зато отличаются технологичностью — обладают хорошими литейными свойствами. Химический состав литейных (ГОСТ 2856-79) и деформируемых (ГОСТ 14957-76) магниевых сплавов приводится соответственно в табл. 4.7 и 4.8. Магниевый сплав МЛ5 применяется для изготовления отливок блоковцилиндров и других корпусных деталей автомобилей ЗАЗ; другие марки магниевых сплавов применяются для отливки ненагруженных корпусов различных узлов и приборов.

Значительное применение в автомобилестроении имеют в настоящее время цинковые сплавы. Цинковые сплавы по ГОСТ 21437—75 включают четыре марки сплавов, две из которых относятся к категории литейных сплавов, а две — к сплавам, обрабатываемым давлением (табл. 4.9). Предусмотренные указанным ГОСТом марки сплавов предназначены для изготовления антифрикционных деталей (втулок, подшипников). ГОСТ 19424-74 "Сплавы цинковые литейные в чушках" и ГОСТ 25140—82 "Сплавы цинковые литейные" (табл. 4.10 и 4.11) по химическому составу некоторых марок почти дублируют друг друга. Предусмотренные ГОСТами сплавы предназначены для изготовления корпусов сложной формы карбюраторов, бензонасосов, электротехнических и других приборов методомлитья под давлением с обеспечением выполнения тонких сечений с высокой точностью и гладкостью поверхностей, достигающей 8-го класса. Главным преимуществом этих сплавов является высокая жидкотекучесть, способность хорошо заполнять сложные формы; недостаток цинковых сплавов — низкая ремонтопригодность; при поломках соответствующие детали практически не подлежат пайке или сварке.

4.2. Цветные сплавы на медной и цинковой основе

Чистая медь имеет в автомобилестроении и авторемонтном производстве ограниченное применение, в основном в электроприборах и электролитических ваннах. Зато широко применяются медно-цинковые сплавы (латуни), оловянистые и безоловянистые бронзы. Классификациясплавов на медной и цинковой основе приводится в табл. 4.12.

Латуни подразделяются на литейные (ГОСТ 17711-80) и деформируемые (ГОСТ 15527-70); последние в свою очередь подразделяются на томпаки, полутомпаки, латуни, трехкомпонентные и многокомпонентные латуни различного качественного и количественного состава. Марки, химический состав, механические качества и примерное назначение литейных медно-цинковых сплавов — латуней (ГОСТ 17711-80) приводится в табл. 4.13 и 4.14. В табл. 4.15 и 4.16 приводится химический состав и область применения деформируемых латуней (ГОСТ 15527-70), в табл. 4.17 - механические, физические и технологические свойства латуней, наиболее употребляемых в автостроении и авторемонтном производстве.

При практическом использовании следует иметь в виду, что повышение процентного содержания меди в составелатуни улучшает ее пластичность, теплопроводность, электропроводность и коррозионную стойкость. Относительное повышение содержания цинка улучшает обрабатываемость латуни резанием, прирабатываемость, повышает износостойкость, снижает себестоимость латуни. Включение в составлатуни свинца увеличивает ее антифрикционные свойства. Наличие в латуни олова, марганца, кремния, железа повышает ее прочность и способствует улучшению антикоррозионных свойств.

Ремонт деталей и узлов, изготовленных из латуней, обычно производят пайкой. Материалы, применяемые на авторемонтных и автотранспортных предприятиях для пайкилатунных деталей, приводятся в подразделе 4.3.

В автомобилестроении и авторемонтном производстве широко применяются бронзы: оловянистые литейные (ГОСТ 613—79 и ГОСТ 614—73); оловянистые, обрабатываемые давлением (ГОСТ 5017-74); безоловянистые   литейные (ГОСТ 493-79); безоловянистые, обрабатываемые давлением (ГОСТ.18175-78). Наиболее распространены для изготовления деталей оловянистые бронзы. Они характеризуются достаточной прочностью, высокими антифрикционными качествами, коррозионной стойкостью, хорошей теплопроводностью. Деформируемые оловянистые бронзы отличаются, кроме того, хорошими упругими свойствами. Повышение содержания олова в оловянистых бронзах увеличивает их прочность и твердость, но уменьшает пластичность и ударную вязкость.

В качестве легирующих добавок в оловянистую бронзу вводят цинк, свинец, никель, фосфор. Цинк и никель улучшают механические свойства бронзы, причем никель способствует измельчению зерна и улучшению структуры сплава; свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства и, кроме того, обрабатываемость резанием (фосфор) и износостойкость (свинец). Вместе с тем увеличение содержания фосфора более 0,35—0,40 % снижает механические свойства сплава. В табл. 4.18 и 4.19 приводится химический состав литейных (ГОСТ 614—73, 613—79 и обрабатываемых давлением (ГОСТ 5017—74) оловянистых бронз. В табл. 4.20 и 4.21 те же данные приведены по отношению к безоловянистым бронзам: литейным (ГОСТ 493—79) и обрабатываемым давлением (ГОСТ 18175—78). Из приведенных в табл. 4.21 марок бронз следует, в частности, отметить кремнистые бронзы марки БрКМцЗ-1 и бериллиевые бронзы марок БрБ2, БрБНТ1,7; БрБНТ1,9, обладающие упругостью, прочностью, химической стойкостью, высоким значением усталостной выносливости. Эти бронзы применяются для изготовления ответственных пружин: термостатов, пробок бензобаков, клапанов бензонасосов, пружин карбюраторов и т. п. В табл. 4.22 приводятся наименования, марки, химический состав и рекомендуемое назначение медно-никелие-вых сплавов, обрабатываемых давлением (ГОСТ 492-73). Следует отметить, что некоторые из приведенных в таблице сплавов, в особенности МНЖКТ5-1-02-02, широко применяются в авторемонтном производстве для сварки деталей, изготовленных из цветных сплавов.