Основные марки сталей и чугунов, применяемых при производстве и ремонте автомобилей

При производстве и ремонте автомобилей используются многие материалы, однако главными из них являются металлы, и прежде всего стали. На изготовление автомобилей в настоящее время в ряде стран расходуется */з всей произведенной стали.

Качество сталей и других металлов, применяемых при производстве автомобилей, в значительной степени определяет прочность, износостойкость, массу, долговечность, надежность и экономическую эффективность автомобиля.

Получение качественных сталей связано с увеличением трудовых и материальных затрат на их производство, и поэтому они стоят дороже, чем стали обыкновенного качества. При конструировании автомобилей металл для изготовления деталей выбирают с учетом условий их работы, назначения и ряда других факторов, однако предпочтение отдается всегда тому металлу, который при прочих равных условиях менее дорог и менее дефицитен.

На выпускаемые промышленностью марки сталей и чугунов устанавливаются государственные стандарты (ГОСТы), в которых содержатся основные показатели, характеризующие их качество. Отклонения от установленных показателей допускаются только в пределах, указанных в стандарте. Количественные значения показателей определяются стандартными методами. Таким образом гарантируется полное совпадение качества металла одной и той же марки, выпускаемого разными заводами и в разное время. Кроме того, в ГОСТе приведены правила маркировки, приемки, упаковки, перевозки и хранения.

Выпускаемые стали классифицируют по ряду признаков: способу производства, степени раскисления, качеству, назначению и химическому составу.

По способу производства стали подразделяют на бессемеровскую, кислородно-конвертерную, мартеновскую и электросталь.

По степени раскисления — на кипящую, полуспокойную и спокойную. Из-за недостаточного раскисления кипящая (кп) сталь при застывании в изложнице обильно выделяет газы, как бы кипит. Вследствие этого образуются газовые пузыри, снижающие качество стали. Спокойная (сп) сталь полностью раскислена, и ее качество самое высокое. Полуспокойная (пс) занимает промежуточное положение между двумя первыми.

Степень раскисления стали указывается в ее маркировке добавлением соответственно букв «кп», «сп» и «пс».

По признаку качества стали подразделяют на обыкновенного качества, качественные и высококачественные. Критерием для такого деления служит предельное содержание в стали вредных примесей (серы, фосфора) и неметаллических включений.

Все стали в зависимости от химического состава разделяют на углеродистые и легированные. К углеродистым относят те, в которых основным элементом, влияющим на свойства, является углерод. Легированные стали содержат добавки разных цветных металлов и неметаллических веществ (кремний, бор), которые изменяют свойства стали в нужном направлении, придавая ей специальные свойства.

По назначению углеродистые и легированные стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и специальные. При производстве и ремонте автомобилей применяют стали углеродистые и легированные всех трех групп, причем сортамент их включает более 250 марок: углеродистые конструкционные обыкновенного качества, углеродистые конструкционные качественные, литейные углеродистые, низколегированные и легированные конструкционные, автоматные, рессорно-пружинные, высоколегированные коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные, инструментальные стали и др.

Для обозначения разных марок стали установлена буквенноцифровая система маркировки.

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества применяют для автомобильных деталей, изготовленных с помощью сварки и работающих при небольших нагрузках.

В зависимости от гарантируемых характеристик качества стали делят на группы А, Б и В. Стали группы А поставляют потребителям по механическим свойствам, группы Б — по химическому составу, группы В — по механическим свойствам и химическому составу.

Стали всех трех групп маркируются буквами и цифрами. Пример марок стали: группы А — СтЗГпс, где Ст — сталь, 3 — условный номер марки, Г — указывает на повышенное содержание марганца, пс — полуспокойная сталь; группы Б — БСтЗГпс и группы В — ВСтЗГпс, где Б и В — сталь групп Б и В, а остальные индексы означают то же, что и в обозначении стали группы А.

Условных номеров сталей групп А и Б — семь (от 0 до 6), а сталей группы В — пять (от 1 до 5). Чем выше номер, тем больше в стали углерода и тем выше ее твердость.

По требованиям к нормируемым показателям стали подразделяют на категории. У сталей группы А — три категории, у группы Б — две категории и у группы В — шесть категорий. Категория указывается в конце обозначения марки стали, например, сталь ВСтЗГпсЗ.

Область применения сталей обыкновенного качества марок (СтО—Ст4) — малонагруженные детали конструкции кузова автомобиля, крепежа, гнутые профили; Ст5, Стб — средненагруженные оси, малоответственные болты и гайки, клинья, планки, профили и т.д.

Углеродистые конструкционные стали качественные идут на изготовление деталей кузовов, двигателей и нормалей. По сравнению со сталями обыкновенного качества они содержат меньшее количество серы, фосфора и других вредных примесей и большее количество кремния и марганца. Выпускают эти стали следующих марок: 05, 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 75, 80, 85, а также 60Г и 70Г с повышенным содержанием марганца.

Цифры в обозначении марок сталей указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Стали этой группы подразделяют на подгруппы: малоуглеродистые высокой пластичности марок 08 и 10, малоуглеродистые меньшей пластичности марок 15—25, среднеуглеродистые повышенной прочности марок 30—55 и высокой прочности марок 60—80.

Стали марок 08 и 10 (содержание углерода соответственно 0,08 и 0,1 %) хорошо деформируются в холодном состоянии, поэтому их применяют для штамповки кузовных облицовочных деталей, панелей крыши и дверей. Стали марок 15—25 хуже деформируются, но хорошо свариваются и подвергаются химико-термической обработке. Их применяют для деталей, изготовляемых штамповкой, высадкой и протяжкой (поперечины, распорки, усилители, рычаги, кронштейны, вал рулевого механизма, тяги, шкивы, крепеж и т.д.).

Из стали марок 30—55 изготовляют методом горячей штамповки ряд деталей широкого применения: валы, зубчатые колеса, полуоси и т.д. Для них используют все виды термической обработки, которая значительно улучшает эксплуатационные и прочностные свойства деталей. Стали марок 60—85 обладают высокой прочностью и упругими свойствами, приобретаемыми после закалки и отпуска. Их применяют для деталей, работающих при больших статических и динамических нагрузках. Это крестовины, карданные шарниры, диски сцепления, гибкие валы. Стали марок 60— 85, а также марок 60Г и 70Г используют для изготовления пружин, рессорных листов и торсионов.

Стали литейные углеродистые применяют для изготовления литых автомобильных деталей разными методами литья, в том числе методом точного литья для фасонных деталей с минимальным объемом последующей механической обработки.

Марки сталей этой группы обозначают двухзначным числом с добавлением буквы Л, например: 15Л, 20Л, 25Л. Из литейных сталей получают отливки ряда корпусных деталей, ступиц колес, дисков, зубчатых колес, муфт, маховиков и т.д.

Легированные стали по суммарному содержанию легирующих элементов подразделяют на низколегированные, среднелегированные и высоколегированные.

Легированным сталям присваивается название в зависимости от того, каким элементом она легирована. Например: хромистая, никелевая, хромоникелевая, хромоникельмолибденовая и т.д.

Легированные стали дороже качественных углеродистых сталей, но по свойствам они их существенно превосходят. По сравнению с углеродистыми легированные стали обладают более высоким временным сопротивлением (пределом прочности при растяжении), лучшей пластичностью и вязкостью, пониженной хладоломкостью, лучшей коррозионной стойкостью. Легированные стали обеспечивают оптимальные механические свойства валов и других ответственных деталей.

Все положительные свойства легированным сталям придают легирующие добавки, в числе которых хром (X), марганец (Г), никель (Н), кремний (С), молибден (М), вольфрам (В) и др.

Маркировка легированной стали состоит из двух цифр и последующих букв, где цифры — содержание углерода в сотых долях процента, буквы — условное обозначение легирующего элемента. При этом если после буквы цифра указана, то она означает соответствующее содержание легирующего элемента в процентах, а если цифры после буквы отсутствуют, то это указывает на содержание легирующего элемента в пределах менее 1 %. Например, сталь 18ХН2М — хромоникельмолибденовая, для рычагов привода клапанов, содержит 0,18% углерода, до 1 % хрома (X), 2% никеля (Н2) и до 1 % молибдена (М). В конце маркировки качественных сталей ставится буква «А», а для особо высококачественных — буква «Ш».

Легированные стали на автомобилях применяют в основном для изготовления наиболее ответственных деталей: поршневых пальцев, толкателей, клапанов, шатунов, осей, валов коробки передач, шестерен, сателлитов, полуосей, высокоточных деталей системы питания дизелей и др.

Низколегированные стали используют для металлоемких несущих элементов конструкции автомобиля, таких как грузовая платформа, рама, балка моста и др.

Сталь автоматная применяется главным образом для изготовления крепежных автомобильных деталей (болтов, гаек, шпилек) на быстроходных автоматных станках. Достижение повышенной обрабатываемости объясняется содержанием до 0,3 % серы и до 1,5% фосфора. Сталь поставляется в холоднотянутом состоянии в виде прутков. В марке стали перед цифровым обозначением Содержания углерода в сотых долях процента указывается буква «А» — автоматная (А20, А40) с легирующей добавкой марганца.

К специальным сталям относятся стали высоколегированная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная, предназначенные для работы в агрессивных средах и при высоких температурах. В зависимости от основного назначения стали этой группы делят на подгруппы: I — коррозионно-стойкая против всех видов коррозии (20X13, 17Х18Н9 и др.); II — жаростойкая до 500 °С (40Х9С2 и др.); III — жаропрочная до 1000 °С (36Х18Н25С2 и др.).

Из сталей указанных подгрупп изготовляют детали систем питания двигателей, запорную иглу карбюратора, пружины, детали форсунок, клапаны, глушители и т. п.

Стали для изготовления инструмента и технологической оснастки отличаются повышенной твердостью и теплостойкостью. Они содержат углерод и легирующие добавки. В обозначении марки стали содержание углерода указывается в десятых долях процента, а легирующие элементы обозначаются по аналогии с углеродистыми легированными сталями. Например, в стали марки 4ХС — 0,4 % углерода, 1 % хрома, 1 % кремния.

Особую группу инструментальных сталей составляют быстрорежущие стали, которые предназначены для изготовления режущего инструмента быстроходных станков. Они имеют в обозначении марки стали букву «Р» (режущая) и число — процент содержания вольфрама. Например, сталь Р18 — быстрорежущая, с содержанием вольфрама 18 %, она также содержит 4,2 % хрома, 1,2 % ванадия и 0,75 % углерода.

Чугуны, применяемые для автомобилей, классифицируются по состоянию углерода в сплаве (микроструктуре) на следующие основные виды: серый чугун (СЧ), белый чугун, ковкий чугун (КЧ). В сером чугуне весь углерод находится в свободном состоянии в виде пластинчатого или шаровидного графита. Ковкий чугун представляет собой то же, что и серый чугун, но форма включений графита хлопьевидная. В белом чугуне (по цвету чугуна в изломе) весь углерод связан в химическое соединение — цементит, вследствие чего он обладает повышенной твердостью.

Серый чугун маркируют буквенно-цифровыми обозначениями, где буквы СЧ — серый чугун, а цифры — временное сопротивление (предел прочности при растяжении). Например, СЧ25 означает, что для серого чугуна данной марки 2,5 МПа.

Ковкий чугун маркируют так же, как и серый, но вторая группа цифр здесь указывает на относительное удлинение в процентах. Например, марка чугуна КЧ35-10 означает: ковкий чугун с временным сопротивлением  3,5 МПа и относительным удлинением 5 = 10 %.

Чугуны находят широкое применение при изготовлении автомобильных деталей. Из серого чугуна изготовляют блоки цилиндров двигателей ЗИЛ, ЯМЗ, ГАЗ, головки цилиндров, гильзы блоков цилиндров, картеры сцеплений, коробок передач, маховики, тормозные цилиндры, барабаны и др. Ковкий чугун идет на изготовление деталей повышенной прочности и вязкости: картеров редукторов, коробок передач, кронштейнов рессор, коробок сателлитов и др. Белый чугун применяется для изготовления деталей повышенной усталостной прочности: коленчатых и распределительных валов, седел клапанов, шестерен масляного насоса, суппортов дискового тормоза ВАЗ и др.