Глава 2. КОНСТРУКЦИОННЫЕ ЧУГУНЫ

При производстве на автозаводах чугунных автомобильных деталей широко используются гостированные чугуны с пластинчатым и шаровидным графитом, ковкие чугуны, а также специальные чугуны - легированные с улучшенными или специфическими, по отношению к го-стированным 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, ковкие чугуны - 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/см. Эти величины для каждой марки, а также другие механические характеристики чугунов 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 состав чугунов химических элементов.

Химический состав ковких чугунов (табл. 2.3) по ГОСТ 1215-79 не ограничивается. Цифры в обозначениях марок этих чугунов означают: первая - временное сопротивление разрыву, кгс/мм; вторая - относительное удлинение, %. Как уже упоминалось, ковкие чугуны 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 р1яда положительных физико-механических свойств с высокой технологичностью вытесняет в ряде случаев при производстве автомобильных деталей ковкий чугун (КЧ), литую и даже кованую сталь.

Чугуны при разливке в формы с целью размельчения включений графита модифицируют введением в ковш мелкодисперсных невыго-

рающих 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 автомобильньис 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, гильзы цилиндров 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 наплавки толкателей применяют низколегированный отбеленный чугун. Химический состав чугунов, используемых при производстве перечисленных деталей, и обеспечиваемая при этом поверхностная твердость приводятся в табл. 2.8.

Некоторые чугунные детали (направляющие втулки клапанов, подшипниковые втулки, поршневые кольца и др.) могут изготовляться не литьем, а спеканием из пороижообразных шихтовых материалов (при температуре около 1100 °С под давлением 6,5* кгс/см 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 металлоке-рамических 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.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ 2

1. ГОСТ 1412-85, 7293-85, 1215-79, 1585-85.

2. Материалы в машиностроении. Справочник / Под ред. И. В. Кудрявцева. Т. rv - М.: Машиностроение, 1969. - 247 с.

1. ГОСТ 1497-84, 9450-76, 9012-59, 9013-59.

2. Материалы в машиностроении. Справочник / Под ред. И. В. Кудрявцева. - М.: Машиностроение, 1967, 1969. Т. II, IV.

3. Влияние структуры отбеленного чугуна на износостойкость толкателей клапанов /Лущенков В. Л., Ушерович Б. И., Поляков Л. П. и др, Автомобильная промышленность. 1980. № 12. С. 9-10.

4. Новый материал для монометаллических гильз цилиндров двигателей ЗМЗ / Левитан М. М., Пичугин В. Б.. Рабеко В. Г. и др. Автомобильная промышленность. 1982. № 2. С. 26-27.

5. Низколегированный чугун монолитных гильз цилиндров / Чепрасов В. Н., Леках С. Н.. Магамаев И. А. и др. Автомобильная промышленность. 1983. № 2. С. 23-25.

6. ШерманА. Д Серые низколегированные чугуны Автомобильная промышленность. 1983. 7. С. 27-28.

7. Волков А. Н., Соловьев В. Ю. Эксплуатационные свойства новых чугунов для гильз цилиндров двигателей Автомобильная промышленность. 1983. №12. С. 8-9.

8. Производство чугуна с шаровидным графитом для деталей ходовой <в-сти автомобиля / Храмченков А. И., Шмидт В. И., Бех Н. И. и др. Автомобильная промышленность. 1983. № 9. С. 23-24.

9. Чугун с вермикупярным графитом для корпусных деталей двигателей / Бех Н. И., Литовка В. И., Рубенко Н. Г. и др. Автомобилы1ая промышленность. 1985. №4. С. 26-28.

10. Лшые шестерни главной передачи из высокопрочного чугуна / Левитан М. М.. Захаров В. И., Вернер К. А. и др. Автомобильная промышленность.

1985. №5. С. 29-31.

11. АбраменкоЮ. е., Шебатинов М. П., Якушин Н, Н. Аусте-нитный марганцовистый чугун для седел клапанов ДВС Автомобильная промышленность. 1985. № 10. С. 28-29.

12. Получение отливок из высокопрочного чугуна методом внутриформен-ного модифицирования / Венгер В. В., Дмитриев С. П., Шитков Ю. Н. и др. Автомобильная промышленность, 1986. № 3. С. 27-28.

13. Волков А. Н., Соловьев В. Ю. Эксплуатационные свойства чугунных поршневых колец Автомобильная промышленность. 1986. № 6. С. 11-12.

14. Изготовление картеров мостов из высокопрочного чугуна / Дронюк Н. Н., Черняховский М. М., Кострица В. Г. и др. Автомобильная промышленность

1986. №7. С. 29-30.

15. Карбонитрация поршневых колец из серого чугуна / Васильева е. В., Маркова С, А., Юстус о. А. и др. Автомобильная промышленность. 1986. № 10. С. 33-34.

Глава 3. конструкционные стали

Конструкционные стали подразделяются на углеродистые и легированные; те и другие выпускаются разных классов и назначений и регламентируются разными государственными стандартами. В автомобилестроении при производстве деталей используются стали многих классов и марок, причем иногда со скорректированным по отношению к ГОСТу химическим составом, или даже своих новых марок, утвержденных по техническим условиям (ТУ) предприятий Минавтопрома. В авторемонтном производстве (АРП) также применяются многие стали при изготов-

лении отдельных деталей, нестандартного оборудования, пртспособпе-ний. Кроме того, знание материалов, из которых изготовлены автомобильные детали, необходимо ремонтникам при выборе оптимальных вариантов технологических процессов и маршрутов их восстановления.

3.1. Углеродистые стали

Углеродистые стали, применяемые в автомобилестроении и авторемонтном производстве, можно подразделить на стали общего назначения (ГОСТ 380-88), качественные углеродистые стали (ГОСТ 1050-74) и стали специального назначения. Предложенная нами классификация углеродистых сталей приведена в табл. 3.1. К углеродистым специальным сталям можно отнести стали повышенной и высокой обрабатываемости резанием (ГОСТ 1414-75), углеродистые пружинно-рессорные стали (ГОСТ 14959-79), нелегированные углеродистые стали для отливок (ГОСТ 977-75) и среднеуглеродистые стали пониженной прокали-ваемости, изготавливаемые по ТУ Минавтопрома.

Стали общего назначения (ГОСТ 380-88) обозначаются буквами Ст. Цифры после обозначения означают порядковый номер стали. Химический состав для сталей общего назначения приводится в табл. 3.2. Стали общего назначения применяются для изготовления малонагружен-ных автомобильных нормалей, несложных приспособлений и нестандартного оборудования в ремонтном производстве. Основные технологические свойства зтих сталей приведены в табл. 3.3.

В табл. 3.4 приводятся химический состав и механические свойства углеродистых конструкционных сталей повышенной и высокой обраба-тьшаемости резанием, а в табл. 3.5 - характерные для них виды термической обработки и примеры их применения. Эти стали (ГОСТ 1414-75) благодаря их высокой технологичности широко применяются при массовом производстве деталей, в частности в отечественном автомобилестроении при использовании автоматического станочного оборудования. В табл. 3.6 приводится химический состав специальных сталей пониженной прокаливаемости, разработанных на предприятиях автомобильной промьппленности. Преимуществом этих сталей является возможность обеспечения высокой поверхностной твердости деталей при сохранении вязкой сердцевины металла в результате обычной объемной закалки. В табл. 3.7 дан химический состав и приведены механические свойства конструкционных нелегированных сталей, предназначенных для отливки деталей (ГОСТ 977-75).

В табл. 3.8, 3.9 приводятся химический состав и механические свойства качественных углеродистых сталей. Перед обозначением качественных углеродистых сталей рекомендуется писать слово сталь . Цифры после обозначения зтих сталей, а также сталей повьшхенной и высокой обрабатываемости означают среднее содержание в них углерода.

Если при изготовлении автомобильных деталей используются качественные стали с уменьшенными по отношению к ГОСТу колебаниями содержания в них углерода, после марки стали пишется слово селект , например: сталь 45 селект . Углеродистые качественные стали широко распространены в автомобильной промышленности для изготовления ответственных автомобильных деталей, а также в ремонтном производстве при изготовлении приспособлений и нестандартного оборудования. В табл. 3.10 приводятся технологические свойства, а в табл. 3.11 - примеры применения наиболее распространенных марок углеродистых качественных сталей. Как в автомобильной промышленности, так и в АРП возможны случаи временного отсутствия тех или иных марок сталей. В табл. 3.12 приводятся рекомендации по замене наиболее распространенных марок сталей.

3.2. Легированные и низколегированные стали

Для изготовления автомобильных деталей применяют многие марки малоуглеродистых й 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. 3.13 приводятся наиболее распространенные группы и марки легированных сталей (ГОСТ 4543-71), примеры их применения при производстве автомобильных деталей и характерные варианты их термической обработки. В табл. 3.14, 3.15 и 3.16 приводится химический состав, в табл. 3.17 и 3.18 - основные механические и технологические свойства легированных сталей. Легированные стали, как правило, подвергаются термической или химико-термической обработке.

В обозначениях марок конструкционных легированных сталей цифра слева указывает среднее содержание в данной стали углерода в сотых долях процента; последующие буквы и цифры, расположенные правее букв, свидетельствуют о наличии и примерном содержании в данной стали (в процентах) легирующих компонентов. Например, сталь марки 12ХНЗА является высококачественной (см. примечания к табл. 3.14), легированной хромом и никелем, содержащей в среднем 0,12 % углерода (0,09-0,16), около 1 % хрома (0,60-0,90), примерно 3 % никеля (2,75-3,15). Для особенно сильно действующих на свойства сталей легирующих компонентов, какими являются, в частности, молибден, титан, ванадий и бор, присутствие принятых для них индексов в обозначениях марки стали не означает, что их количество близко к 1 %. Обычно содержание молибдена не превьппает 0,6 %, титана и ванадия 0,20 %, а бора ограничивается еще меньшими величинами.

В табл. 3.19 приводятся составы солей и сплавов, применяемых в нагревательных и закалочных ваннах при термической обработке ста-

лей, в табл. 3.20- составы и фракции для поверхностной цементации автомобильных деталей.

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 зти 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, позтому использование их в автостроении с годами увеличивается. В табл. 3.21 и 3.22 приведены группы, марки, химический состав и механические свойства низколегированных сталей. Особенно большое применение низколегированные стали получили при изготовлении деталей рам грузовых автомобилей (лонжеронов и поперечин), дисков и других деталей колес, картеров задних мостов.

3.3. Рессорио-пружиииые, высоколегированные жаростойкие и жаропрочные стали

Легированные рессорно-пружинные стали (ГОСТ 14959-79) пшроко применяют в конструкциях отечественных автомобилей для изготовления деталей подвесок - пружин, листовых рессор, пластин торсионов автомобилей ЗАЗ, а также клапанных пружин двигателей, пружин сцепления и различных других деталей. В меньшей степени применяют для изготовления различных пружин углеродистые стали, предусмотренные тем же ГОСТом. В табл. 3.23 и 3.24 приводятся химический состав и механические свойства рессорно-пружинных сталей по ГОСТ 14959-79. Как видно из табл. 3.23 и 3.24, рессорно-пружинные стали относятся к высокоуглеродистым, причем в качестве легирующих элементов для них особенно характерно содержание кремния, марганца, хрома и ванадия.

В табл. 3.25 приводится химический состав высоколегированных жаростойких и жаропрочных сталей (ГОСТ 5632-72), применяемых для изготовления клапанов автомобильных двигателей. В некоторых случаях на заготовку клапанов в индукторе при использовании специального флюса наплавляется кольцо из жаростойкого сплава на никель-хром-бористой основе. Для этой цели применяются, в частности, сплавы ЭП-616 и ЭП-616А (двигатели ВАЗ), ЭП-869 (двигатели КамАЗ-740). Полости клапанов двигателей ЗИЛ-130, ЗМЗ-53 и некоторых других заполняют металлическим натрием, испарение которого во время работы двигателя способствует снижению рабочих температур тарелок клапанов.