Требования к металлам и сплавам

В процессе эксплуатации автомобилей рабочие поверхности большинства их деталей подвержены изнашиванию под влиянием сил трения, коррозионных воздействий и других причин.

Кроме того, многие детали воспринимают при работе значительные динамические нагрузки, возникающие при сгорании газов в камере сгорания цилиндров двигателей, из-за действия инерционных сил, при нарушении соосности сопряженных агрегатов, механизмов и деталей, в результате частотных колебаний, при торможении автомобиля, ударах колес о препятствия (неровности дороги) и по другим причинам.

Сопряженные рабочие поверхности автомобильных деталей подвержены различным видам механического и коррозионно-механического изнашивания (ГОСТ 23.002–78), в частности абразивному и газоабразивному (клапаны, гильзы цилиндров и др.), усталостному (рабочие поверхности зубчатых венцов шестерен, подшипников качения и т. п.), окислительному (поршни, головки цилиндров, поршневые кольца и др.), изнашиванию при фреттинг-коррозии (рессорные листы), а также комбинированному воздействию перечисленных и других видов изнашивания (гильзы цилиндров, клапаны и др.).

Таким образом, можно заключить, что соответственно характеру и величинам воспринимаемых нагрузок, видам трения и условиям смазки сопряжения узлов и агрегатов автомобилей работают в сложных условиях.

Поэтому к материалам, применяемым при их производстве и восстановлении, предъявляются высокие требования. Они должны надежно обеспечивать статическую и динамическую прочность изготовляемых из них деталей, гарантировать высокую износостойкость трущихся поверхностей, а в ряде случаев также температурную и коррозионную стойкость.

Указанным требованиям хорошо отвечают легированные стали. В нормализованном и особенно улучшенном состоянии они обеспечивают при ограниченных сечениях необходимую прочность изготовляемых из них деталей, а в результате химико-термической обработки с последующими закалкой и низкотемпературным отпуском – высокую твердость и износостойкость рабочих поверхностей при больших удельных нагрузках.

За счет соответствующего подбора легирующих компонентов у изготовляемых деталей достигаются пружинящие свойства, коррозионная стойкость, жаропрочность и другие специальные качества. В автомобилестроении широко распространены легированные стали при большом разнообразии используемых групп, марок и химического состава.

Однако нельзя не учитывать, что стоимость легированных сталей намного превышает стоимость качественных углеродистых сталей. Поэтому наряду с легированными при изготовлении автомобильных деталей применяются более дешевые низколегированные и качественные углеродистые стали. Они применяются во всех случаях, когда это не вызывает снижения надежности и ресурса соответствующих деталей, а следовательно, и тех агрегатов и узлов, в конструкцию которых они входят.

В качестве заготовок автомобильных деталей используются поковки, штамповки, черное и цветное литье. Первые два вида заготовок отличаются наиболее благоприятной структурой металла, а следовательно, и наилучшими механическими свойствами изготовляемых из них деталей. Поэтому в конструкциях автомобилей кованых и штампованных деталей большинство.

Исходным материалом для изготовления поковок и штамповок является металлопрокат. Однако из-за относительно высокой стоимости металлопроката и сложности операций обработки металлов давлением в тех случаях, когда нагрузки деталей ограничены, целесообразно вместо поковок использовать отливки (при изготовлении кронштейнов, педалей, корпусов и т. д.).

При изготовлении деталей особенно сложной формы литье часто является единственно возможным способом изготовления заготовок (блоков двигателей, головок блока, картеров коробок передач, картеров редукторов и других деталей).

Механические качества чугуна могут быть повышены за счет его модификации, легирования, специальной термической обработки. В связи с этим в автомобильной промышленности широко применяются чугуны с шаровидным графитом, легированные и ковкие чугуны. Ковкие чугуны обеспечивают наивысшие механические качества изготовляемых из них деталей, однако дороги и сложны по технологии их термической обработки.

Чугуны с шаровидным графитом по своим механическим качествам приближаются к ковким, но значительно дешевле и проще по технологии изготовления заготовок. Поэтому в последние годы в автомобильной промышленности материал ряда деталей, прежде изготовлявшихся из ковкого чугуна, заменен на чугун с шаровидным графитом.

Для обеспечения высоких и стандартных качеств автомобильных деталей и одинаковых условий их  обрабатываемости стали, чугуны и цветные металлы должны обладать постоянными механическими и технологическими свойствами, не меняющимися существенно в зависимости от партии или плавки. Поэтому при изготовлении ответственных деталей автомобилей часто применяют качественные углеродистые стали, в которых колебание содержания углерода ограничено до 0,05 % против 0,09 % в тестированных сталях.

По этой же причине находят применение чугуны и цветные металлы заводских марок с несколько измененным процентным содержанием отдельных компонентов по отношению к стандартным маркам. В некоторых случаях в автомобилестроении находят применение марки легированных сталей и других металлов и сплавов, не предусмотренные ГОСТом.