2.32 Основные конструкционные стали, применяемые в автомобилестроении и авторемонтном производстве и их характеристики.

Конструкционные стали предназначены для изготовления деталей машин (машиностроительные стали). Они хорошо поддаются обработке и обладают достаточной механической прочностью. К этой группе относятся углеродистые и легированные стали с содержанием не более 0,7-0,8% углерода. Низкоуглеродистые стали (до 0,3% углерода) пластичны, хорошо свариваются и деформируются. С повышением содержания углерода в сталях повышается прочность и твердость, но уменьшается пластичность.

Конструкционные стали чаще всего легируют хромом, никелем, марганцем, кремнием, вольфрамом, ванадием, титаном, бором и молибденом, реже медью и алюминием. Суммарное количество легирующих элементов в этих сталях не превышает 5-6%. Основное назначение легирующих элементов в конструкционных сталях- увеличение прокаливаемости (глубины закалки), уменьшение критической скорости закалки и повышение механических характеристик стали. Кроме того, никель повышает вязкость стали и снижает температуру хладоломкости; хром и марганец улучшают износоустойчивость и твердость; кремний, ванадий и вольфрам придают стали упругие свойства, медь улучшает сопротивляемость коррозии. Все легирующие элементы, кроме марганца, препятствуют росту зерна стали при нагреве, и поэтому легированные стали меньше углеродистых боятся перегрева. Особенно сильно задерживают рост зерна титан и цирконий.

При содержании одного какого-либо легирующего элемента больше 1-2% сталь становится хрупкой (исключением является никель); вследствие этого в конструкционные стали вводится несколько различных легирующих элементов, количество каждого из которых не превышает 2%.

2.33 Цветные металлы и сплавы, применяемые в автомобилестроении и авторемонтном производстве и их характеристики.

Медные сплавы разделяют на: 1) бронзы — все медные сплавы,, за исключением латуни; 2) латуни — медные сплавы, в которых преобладающим леги­рующим компонентом является щвдк (до 50%).

Бронзы по основному, кроме меди, компоненту разделяют на оловянные, свинцовистые, алюминиевые, бериллиевые, крем­нистые и др. Бронзы, как правило, обладают высокими антифрик­ционными свойствами, хорошим сопротивлением коррозии, уни­версальными технологическими свойствами (имеются литейные бронзы и бронзы, обрабатываемые давлением, — алюминиевые, часть оловянных, бериллиевые, кремнистые). В связи с указанными свойствами бронзы имеют широкое применение: 1) в узлах трения — подшип­никах скольжения, направляющих, червячных и винтовых коле­сах, гайках ходовых и грузовых винтов; 2) в водяной, паровой и масляной арматуре.

Оловянные бронзы являются универсальными, хо­рошо работающими в различных условиях. Содержание олова обычно 4—12%. Применяют также оловянные бронзы с другими компонентами: свинец, цинк, фосфор. Свинец повышает сопро­тивление коррозии и позволяет уменьшить содержание олова. Оловянно-свинцовистые бронзы лучше других работают с незакаленными сопряженными деталями. Цинк и фосфор в основном улучшают технологические свойства бронз. Ввиду высокой стои­мости олова применение высокооловянных бронз (10—12% Sn) ограничивают.

Свинцовистые бронзы (27—33% Pb, остальное Си) являются хорошими подшипниковыми материалами. Недостатком этих бронз является склонность к ликвации (химической неодно­родности при кристаллизации). Эти бронзы из-за низкой твердости применяют только в виде, покрытий на более твердую основу. Они требуют, чтобы сопряженная поверхность была закалена до зна­чительной твердости, чисто и точно обработана.

Алюминиевые бронзы с добавкой железа, а также иногда марганца и никеля применяют преимущественно как анти­фрикционный материал при высоких давлениях, но малых и средних скоростях скольжения. Необходима закалка, достаточная точность и чистота рабочей поверхности сопряженной детали. В этих усло­виях алюминиево-железистые бронзы даже превосходят оловянные.

Латуни разделяют на двойные (сплавы Си—Zn) и сложные, дополнительно содержащие следующие компоненты: свинец, крем­ний, марганец, алюминий, железо, никель, олово.

Латуни характеризуются хорошим сопротивлением коррозии, электропроводностью, достаточной прочностью и особо хорошими технологическими свойствами. Применяют литейные латуни, обла­дающие высокими литейными качествами, и латуни, обрабатываемые давлением, допускающие обработку в холодном состоянии и прокатку в тонкие листы. Латуни, за исключением вязких, допу­скают высокие скорости резания и позволяют получать поверхности высокого класса шероховатости.

В связи с этими свойствами латуни применяют: а) для труб, гильз, проволоки; б) для арматуры; в) в приборостроении; г) в элек­трической аппаратуре и электромашиностроении и т. д.

Двойные латуни применяют преимущественно для изделий, обрабатываемых давлением: труб, гильз, проволоки. Повышение содержания цинка у двойных латуней, а также и у сложных, увеличивается прочность и уменьшает пластичность.

В машиностроении преимущественно применяют сложные латуни.

Баббиты — сплавы на основе мягких металлов олова, свинца, кальция, представляющие собой высококачественные хорошо прирабатывающиеся антифрикционные подшипниковые материалы низкой твердости, допускающие работу со значительными скоростями и давлениями.

Баббиты разделяют на следующие группы:1) высокооловянные, представляющие собой сплав олова с сурьмой и медью при содержании олова более 70% (баббиты Б83, Б89 и др.); 2) оловянно-свинцовые, содержащие 5—20% олова, около 15% сурьмы и 65—75% свинца (Б16, БН, БТ, Б6); 3) свинцовые, содержащие более 80% свинца (БКА, БК2).

Легкие сплавы — это сплавы с удельным весом не более 3,5 на алюминиевой или магниевой основе. Легкие сплавы делятся на литейные и деформируемые. Легкие сплавы применяют в следующих случаях: 1) для быстроходных возвратно-поступательно или Качательно-движущихся деталей; поршней быстроходных двигателей, пол­зунов быстроходных машин и т. д. в связи с малыми динамиче­скими нагрузками; 2) для быстровращающихся деталей: шкивов, сепараторов под­шипников и других в связи с меньшими силами от неуравновешен­ности и большими предельными частотами вращения по прочности; 3) для корпусных и других деталей транспортных двигателей и машин, особенно самолетов;

4) для крышек и кожухов, в целях облегчения обслуживания машин.

Основными литейными алюминиевыми сплавами являются силумины — сплавы с кремнием (до 20%) и другими компонен­тами, а также улучшающими добавками. Кроме силуминов, при­меняют сплавы, имеющие основным компонентом вместо кремния медь, магний или цинк.

Деформируемые алюминиевые сплавы содержат меньшее коли­чество легирующих компонентов и обладают лучшими пластиче­скими свойствами. Основное применение имеет дюралюминий:

сплавы А1—Си—Mg—Мп.

На каждый килограмм легких сплавов, введенных в машину вместо черных металлов, масса машины уменьшается примерно на 1 кг.

Биметаллами называют металлические материалы, состоящие из двух и более слоев, например из стали и цветного сплава. Биметаллы удовлетворяют различным требованиям сердцевине изделий (например, прочности и жесткости) и к поверхностым слоям (например, коррозионной стойкости и антифрикционным свойствам). Применение биметаллов приводит к большой экономии дорогих сплавов.

Композитные металлические материалы. Эти материалы представляют собой композиции из высокопрочных волокон (непрерывных волокон бора или углерода, нитевидных кристаллов А1„0„ SisN4, SiC или тонкой проволоки из прочных нержавеющих сталей) и основы (матрицы) из мягких металлов, в частности алюминия. Композитные материалы могут превысить по своей прочности обычные конструкционные во много раз и являются материалами будущего ввиду: а) высокой прочности материалов в малых сечениях; б) возможности использования нитевидных кристаллов (усов) с прочностью, близкой к теоретической; в) малой чувствительности и концентрации напряжений в связи со структурой.