Основными физическими свойствами металлов являются цвет, плотность, тепловое расширение, плавкость, тепло- и электропроводность, способность к намагничиванию.

Важнейшим химическим свойством металлов является коррозионная стойкость — способность противостоять химическому воздействию кислорода воздуха, кислот, щелочей и др.

Чугун — это сплав железа с углеродом. Содержание углерода колеблется от 1,7 до 6,7%, однако практическое применение имеют чугуны с содержанием углерода 3,5—4,5%. Кроме углерода в чугуне всегда содержатся примеси кремния, марганца, серы и фосфора. Чугун подразделяется на следующие виды: серый, белый, ковкий, высокопрочный и легированный.

Серый чугун (СЧ) — жидкоплавкий, при затвердевании дает малую усадку, легко обрабатывается резанием. При нагревании сохраняет твердость до температуры плавления. Применяется для отливки блоков цилиндров, поршневых колец, маховиков, ведущих дисков сцепления, картеров коробок передач и др. Маркируется серый чугун буквами СЧ с числовым обозначением, указывающим прочность чугуна.

Белый чугун (передельный) —густоплавкий, хрупкий, твердый, трудно поддается обработке резанием. Он используется для получения ковкого чугуна и перерабатывается в сталь.

Ковкий чугун — менее хрупкий, хорошо поддается обработке, допускает при правке небольшие изгибы, но не куется. Он применяется для изготовления шкивов привода вентилятора, педалей сцепления и тормоза, ступиц колес, картеров задних мостов и др. Для получения готового изделия отливается заготовка из белого чугуна и подвергается отжигу в нейтральной (песок, шлак) или в окисленной (окалина, красный железняк) среде.

Ковкий чугун маркируется аналогично серому, но второе число в обозначении указывает относительное удлинение в процентах. Например, КЧ 35-10 означает, что ковкий чугун имеет предел прочности на растяжение 35 кгс/мм2 и относительное удлинение 10%.

Высокопрочный чугун получают из серого чугуна путем обработки его в жидком состоянии небольшим количеством магния. Он обладает высокой прочностью, повышенной пластичностью и ударной вязкостью и используется для изготовления коленчатых валов, гильз, цилиндров, распределительных валов и других ответственных деталей. Маркируется высокопрочный чугун аналогично ковкому, но с буквами ВЧ.

Легированный чугун представляет собой серый чугун с примесью других металлов: хрома, никеля, молибдена, ванадия, меди и др. Эти примеси повышают механические свойства чугуна, стойкость против коррозии, обгорания и истирания. Из легированного чугуна изготовляют головки цилиндров, износостойкие вставки гильз цилиндров, седла клапанов и другие детали.

Сталь получается из белого (передельного) чугуна за счет снижения в нем содержания углерода до 0,05—1,7% путем выжигания последнего в процессе переплавки. Чем больше содержание углерода в стали, тем выше ее прочность, твердость, упругость и способность закаливаться.

Кроме углерода в состав стали могут входить сера, фосфор, кремний, марганец, хром, вольфрам, ванадий, никель.

По химическому составу стали делятся на две группы: углеродистые и легированные, в которых кроме углерода содержатся специальные добавки, указанные выше.

По назначению стали делятся на инструментальные, конструкционные и специальные.

Инструментальная углеродистая сталь маркируется буквой У и одной или двумя цифрами, показывающими содержание углерода в десятых долях процента, например У7, У8, У9, У10, У12 и У13.

Инструментальная высококачественная углеродистая сталь имеет ту же маркировку с добавлением буквы А, например У7А, У8А и т. д.

Конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества применяется для изготовления с помощью сварки автомобильных деталей, работающих при небольших нагрузках (малонагруженные детали кузова, планки, гнутые профили, малоответственные крепежные детали и др.). В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик данные стали подразделяются на три группы — А, Б и В. Сталь группы А поставляется по механическим свойствам и изготовляется следующих марок: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб. Сталь группы Б поставляется по химическому составу и изготовляется следующих марок: БСтО—БСтб. Сталь группы В поставляется по механическим свойствам и химическому составу и изготовляется следующих марок: ВСт1— ВСтб. В обозначении марок буквы Ст означают «сталь», цифры — номер марки стали (чем выше номер, тем больше в стали углерода и выше ее твердость), буквы Б и В обозначают принадлежность стали к группе Б или В соответственно. Кроме того, в зависимости от степени раскисления при производстве стали могут быть кипящие (наименее раскисленные и дешевые), спокойные (наиболее раскисленные и дорогие), полуспокойные и обозначаются они соответственно буквами кп, сп, пс, стоящими после номера марки стали (например, СтЗкп, ВСтЗсп, СтЗпс).

Конструкционная углеродистая качественная сталь, содержащая до 0,8% марганца, обозначается цифрами 10, 15, 20, 30 и т. д., которые указывают содержание углерода в сотых долях процента. Конструкционная качественная сталь с повышенным содержанием марганца (0,8—1,0%) имеет в обозначении букву Г. Например, 60Г — сталь, содержащая 0,6% углерода и до 1 % марганца.

Конструкционные качественные стали широко используются при изготовлении деталей автомобилей. Стали марок 08—10 хорошо деформируются в холодном состоянии и применяются для штамповки облицовочных деталей кузова, панелей крыши и дверей. Стали марок 15—25 хуже деформируются, но хорошо свариваются, из них изготовляют поперечины рамы, усилители, кронштейны, тяги и т. д. Сталь марок 30—55 применяют для изготовления деталей горячей штамповкой (валы, зубчатые колеса, полуоси). Стали марок 60—80 обладают высокой прочностью, и упругостью после термической обработки и применяются для изготовления крестовин карданных шарниров, дисков сцепления, пружин и др.

Конструкционная легированная сталь, применяемая для изготовления ответственных автомобильных деталей (поршневой палец, шатун, распределительный вал и др.), содержит специальные примеси, повышающие ее механические и физические свойства. Она обозначается буквой, определяющей название примеси: X—хром, В — вольфрам, Н — никель, Ф — ванадий, М — молибден, С — кремний, Г — марганец, Д — медь, Т — титан. Цифры впереди буквы обозначают содержание углерода в сотых долях процента, а цифра после буквы — содержание специальной примеси в целых процентах, если оно превышает 1%.

Например, хромоникелевая сталь 12Х2Н4А содержит 0,12% углерода, 2% хрома, 4% никеля; хромистая сталь 40Х содержит 0,4% углерода и до 1% хрома. Буква А обозначает, что сталь высококачественная.

Специальные стали содержат большое количество легирующих элементов, придающих им соответствующие свойства. К таким сталям относятся нержавеющая, жаростойкая, жаропрочная, кислотоупорная, рессорно-пружинная, автоматная.

Термическая и химико-термическая обработка стали. Термической обработкой называется процесс тепловой обработки металлов и сплавов с целью изменения их структуры, а следовательно, и свойств, заключающийся в нагреве до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении с заданной скоростью. В зависимости от температуры нагрева и способа охлаждения различают следующие виды термической обработки: закалку, отпуск, отжиг и нормализацию.

Закалка повышает прочность, твердость и упругость стали. С увеличением содержания углерода в стали твердость ее при закалке повышается. Температура нагрева стали при этом должна быть 760—850 °С. Чем меньше в стали углерода, тем больше должен быть ее нагрев. Различают сплошную и поверхностную закалку. При сплошной закалке сталь нагревают в термической печи, горне или в расплавленной соли. После нагрева ее быстро охлаждают в воде, масле или в других жидкостях. Для получения равномерной закалки нагретое изделие быстро опускают в охлаждающую жидкость и перемещают его в ней до полного охлаждения. Поверхностная закалка стали осуществляется токами высокой частоты.

Отпуск производится после закалки для уменьшения внутренних напряжений и хрупкости стали. Он состоит в нагревании углеродистой стали от 100 до 600 °С, а легированной — от 300 до 650 °С с последующим охлаждением в воде или на воздухе.

Отжигу подвергают детали для снятия внутренних напряжений, возникающих в результате литья, ковки и прокатки, и придания стали предельной вязкости, необходимой для последующей обработки режущим инструментом. При отжиге изделие нагревают до 400—850 °С (в зависимости от марки стали и требуемых свойств) и-медленно охлаждают вместе с печью или в песочной ванне.

Нормализацией называется такая термическая обработка, при которой сталь нагревают до красного каления, а затем охлаждают на воздухе. Температура нагрева при нормализации на 25—50 °С выше, чем при отжиге. Сталь нормализуют для снятия внутренних напряжений и для получения мелкозернистой структуры. Нормализованная сталь обладает повышенной вязкостью, лучше воспринимает закалку; твердость ее несколько выше, чем у отожженной стали.

Химик о-т ермической обработкой называется тепловая обработка металлов в химически активной среде для изменения химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя металла.

Цементация заключается в науглероживании поверхностного слоя детали на глубину 1,5—2,0 мм в специальной среде, называемой карбюризатором. Науглероженная поверхность после закалки становится твердой, а сердцевина остается вязкой. Твердая поверхность хорошо сопротивляется износу при трении, а мягкая сердцевина обеспечивает сопротивляемость ударным нагрузкам. Для цементации подходит сталь, содержащая не более 0,2% углерода, так как при большем его содержании сталь закалится насквозь и, следовательно, сердцевина ее не будет вязкой. После цементации детали подвергаются нормализации и закалке с последующим отпуском.

Цианирование — это насыщение поверхностного слоя стали азотом и углеродом. По сравнению с цементированной цианированная поверхность обладает большей твердостью и сопротивляемостью износу и коррозии.

Азотирование заключается в насыщении поверхности детали азотом, при этом поверхность приобретает чрезвычайно высокую твердость и устойчивость против коррозии.

Диффузионное хромирование заключается в насыщении верхнего слоя стального изделия хромом; при этом верхний слой становится очень твердым, что повышает износостойкость детали. Кроме того, хром повышает жаростойкость и сопротивляемость стали коррозии.

Алитирование заключается в диффузионном насыщении поверхности стали алюминием с целью получения высокой жаростойкости и повышения коррозионной стойкости.

С целью защиты от коррозии широко используются процессы оксидирования и фосфатирования стальных деталей.

Оксидирование заключается в создании на поверхности металла оксидной пленки путем погружения детали в сильный окислитель — раствор азотнокислой соли, имеющий температуру около 140 °С.

Фосфатирование заключается в создании нa поверхности стальных деталей слоя фосфорнокислых солей железа и марганца.

Цветные металлы и их сплавы. При изготовлении и ремонте автомобилей наибольшее применение нашли следующие цветные металлы: алюминий, медь, цинк, олово, свинец, сурьма, никель, хром. В чистом виде цветные металлы применяются мало, обычно их используют в виде сплавов.

Алюминиевые сплавы обладают по сравнению с чистым алюминием большей прочностью и твердостью. В их состав входят главным образом кремний, магний, медь, а также некоторые другие элементы. Алюминиевые сплавы подразделяются на литейные и деформируемые. Литейные алюминиевые сплавы обладают хорошей жидкотекучестью и пониженной склонностью к образованию горячих трещин и применяются для изготовления автомобильных деталей литьем. Деформируемые алюминиевые сплавы обладают хорошей пластичностью и используются для получения деталей давлением, прокаткой, прессованием.

Алюминиевые сплавы имеют небольшую плотность, высокие тепло- и электропроводность, хорошую коррозионную стойкость, способность закаливаться и свариваться. На воздухе и в воде детали из алюминиевых сплавов покрываются лишь тонкой оксидной пленкой, не допускающей их дальнейшего окисления. Щелочи действуют на алюминиевые сплавы разрушающе. Закаленный алюминиевый сплав режется лучше незакаленного, поэтому изготовленные из него детали перед механической обработкой рекомендуется закаливать. Для закалки сплав помещают в ванну с раствором поташа и углекислой соды, нагретым до 480—520 °С, а затем охлаждают в масле.

Из алюминиевых сплавов изготовляются блок и головка цилиндров, поршни, впускной трубопровод, водяной насос, крышка распределительных шестерен, картер коробки передач, тормозные цилиндры, барабаны и др.

Сплавы на основе меди с цинком называются латунями, а с оловом и другими элементами — бронзами.

Латуни обладают достаточной прочностью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Они хорошо обрабатываются давлением, отливаются и хорошо сохраняют полировку. Температура плавления — 980—1050 °С. Латуни могут содержать от 10 до 50% цинка и до 10% других элементов (марганца, никеля, свинца, алюминия и др.). При увеличении содержания цинка прочность латуни повышается, но понижается температура плавления.

Маркируется латунь обычно буквой Л, за которой следуют другие буквы и цифры, означающие процентное содержание входящих в нее элементов, за исключением цинка, Например, ЛС 60-2 означает, что латунь содержит 60% меди, 2% свинца, а остальное (38%) — цинк.

Латуни применяются для изготовления деталей систем охлаждения (радиаторов, кранов) и электрооборудования, различных втулок, пробок, штекеров, наконечников и др.

Бронзы обладают хорошей упругостью, коррозионной стойкостью, высокими тепло- и электропроводностью, хорошо отливаются и обрабатываются. Различают бронзы оловянистые и безоло-вянистые. Оловянистые бронзы хорошо свариваются,, паяются и обладают антифрикционными свойствами. В состав безоловянистых бронз помимо меди могут входить алюминий (алюминиевая бронза), никель (никелевая бронза), свинец (свинцовистая бронза) и другие элементы, повышающие прочность, твердость, температуру плавления и коррозионную стойкость.

Маркируется бронза аналогично латуни, но вместо буквы Л в обозначении ставятся буквы Бр.

Бронзы применяются для изготовления деталей топливопо-дающей аппаратуры, втулок шатунов, упорных шайб, шестерен полуосей и др.

Припои необходимы для пайки металлических деталей. Они делятся на твердые и мягкие.

Твердые припои применяют для пайки меди, латуни или бронзы, когда требуется большая механическая прочность, и изготовляются обычно из меди и цинка. Для пайки контактов прерывателя-распределителя используют твердый припой, содержащий серебро, которое повышает электропроводность припоя. Для пайки алюминиевых сплавов используют алюминиево-медные или алюминиево-кремниевые припои. Температура плавления твердых припоев более 550 °С.

Мягкие припои применяют, когда изделие не подвергается действию больших нагрузок и высоких температур; состоят они обычно из олова, свинца, сурьмы и небольшого (до 3%) количества примесей. Температура плавления мягких припоев не превышает 400 °С.

Антифрикционные материалы. Антифрикционные материалы предназначены для изготовления деталей, работающих в условиях трения, главным образом скольжения (вкладыши подшипников, втулки, направляющие). Поэтому они должны иметь низкий коэффициент трения, высокие износостойкость и прирабатываемость, малую склонность к схватыванию трущихся поверхностей и обеспечивать их равномерную смазку. Основными антифрикционными материалами являются антифрикционные сплавы, металлокерамические материалы (бронзографит, железографит) и пластмассы (текстолит, фторопласт). Наибольшее применение в автомобилестроении нашли антифрикционные сплавы, а также бронзографит.

Антифрикционные сплавы — это сплавы на основе олова, свинца (баббиты), меди (бронзы), цинка или алюминия, обладающие высокими антифрикционными свойствами. Применяются они для изготовления вкладышей коренных и шатунных подшипников коленчатого и втулок распределительного валов двигателя, направляющих втулок и других деталей.