3 Этап. Выбор марки стали

Проводим анализ соответствия показателей механических свойств рекомендованных марок сталей (таблица 2) профилю требований, используя приложения 3-5. Учитывая дополнительное условие: минимальная стоимость

– среди альтернатив выбираем марку стали, удовлетворяющую данному условию. Такой маркой является конструкционная сталь Ст5, так как эта сталь – первая в списке альтернатив из углеродистых сталей обыкновенного качества, которые являются наиболее дешевыми.

Сталь Ст5 обладает следующими свойствами:

- Предел прочности = 550 МПа

- Условный предел текучести = 330 МПа

- Относительное удлинение = 25%

- Относительное сужение = 52%

- Ударная вязкость KCU = 0,6 МДж/м²

- Предел выносливости = 240 МПа

- Твёрдость HB = 1700 МПа

- Температура полухрупкости Т₅₀ не выше –20 °C

- Коэффициент стоимости К_С = 0,9

Таблица 2

Свойства сталей

рекомендованных в соответствии с КП245

и диаметром 30 мм

Марка стали и термическая обработка	, МПа	, МПа	%	%	KCU, МДж/м2	, МПа	HB, МПа	Т50, °С не выше	КС –
25 нормализация 900–920 °C 30 нормализация 860–880 °C 35 нормализация 860–880 °C Ст5 нормализация 850–900 °C 20Х нормализация 860–880 °C 15ХМ нормализация 870–890 °C	450 490 530 550 600 470	275 295 315 330 400 280	23 21 20 25 13 20	50 50 45 52 40 45	0,88 0,8 0,7 0,6 0,5 0,6	190 225 235 240 255 200	1700 1350– –1760 1450– –1870 1700 1670– –2290 1790	– 35 – 30 – 25 – 20 – 80 – 60	1 1 1 0,9 1,06 1,3

Путём расчета весовой функции Q (приложение 6) проверяем правильность выбора данной марки стали:

По условию задачи особо значимым свойством является стоимость К_с (3 балла); весьма значимыми – KCU и (по 2 балла); остальные – значимыми (1 балл). То есть:

Б₁ = Б₂ = Б₃ = Б₄ = Б₆ = Б₇ = 1 = 6

Б₅ = Б₈ = 2 = 4

Б₉ = 3 = 3

Б_к = 13

Оцениваем вес каждого свойства:

g₁ = g₂ = g₃ = g₄ = g₆ = g₇ = 1/13 = 0,077

g₅ = g₈ = 2/13 = 0,154

g₉ = 3/13 = 0,23

g_к = 0,077∙6 + 0,154∙2 + 0,23 = 1

Расчёт Q_i для пяти альтернатив (стали 30, 35, Ст3, 20Х и 15ХМ) осуществляем в соответствии с приложением 6, используя данные табл. 1 и 2:

1. Сталь 30

2. Сталь 35

3. Ст5

4. Сталь 20Х

5. Сталь 15ХМ

По данным расчетов выбираем сталь Ст5, так как она имеет минимальное значение весовой функции (Q₃ = 0,1652).

4этап. Выбор режима термической обработки

Как видно из таблицы 3, свойства стали марки Ст5 в целом соответствуют профилю требований. Более высокое в сравнении с другими сталями значение Т₅₀ является приемлемым, поскольку в техническом задании не оговаривается высокая устойчивость к охрупчиванию при отрицательных температурах. Что касается максимального значения , то соответствующая ему сталь 20Х не удовлетворяет дополнительному условию минимальной стоимости и не соответствует профилю требований по значению и .

Таблица 3

Соответствие выбранной марки стали

профилю требований

Свойство	, МПа	, МПа	%	%	KCU, МДж/м2	HB, МПа	Т50, °C	, МПа	КС –
Профиль требований	470	245	22	48	0,49	> =1579 <	Min	Max	Min
Сталь марки Ст5	550	330	25	52	0,6	1700	– 20	240	0,9

Таким образом, окончательно выбираем сталь марки Ст5 после нормализации, применяющейся вместо закалки и отпуска, обеспечивая требуемые свойства.