Анализ исходных данных для выбора материала

Задание на курсовую работу предусматривает выбор материала для што-ков, работающих в условиях длительного динамического приложения осевых знакопеременных нагрузок (растяжение – сжатие).

Анализ приведенных в задании требований показал следующее.

Довольно высокие значения прочностных характеристик (σ_В≥950 МПа, σ_Т≥800 МПа) при хорошей пластичности и вязкости (δ≥12%, KCU≥60 Дж/см²) характерны для средне- и высоколегированных сталей в улучшенном состоя-нии, то есть после закалки с высоким отпуском. Углеродистые и низколеги-рованные стали с таким уровнем прочности обычно имеют более низкие плас-тические и вязкие свойства. Следовательно, искать нужный материал следует в первую очередь среди высоко- и среднелегированных улучшаемых сталей.

При осевом приложении нагрузки необходимо, чтобы заданный уровень свойств наблюдался по всему сечению штока (для сравнения – при воздей-ствии на шток изгибающей нагрузки достаточно было бы иметь такие свойст-ва на глубину, равную ¼ сечения). Максимальный размер сечения штока ра-

12

вен 85 мм, следовательно, именно такой прокаливаемостью должен обладать выбранный материал, чтобы это условие было выполнено. Такая глубина про-каливаемости также характерна для легированных сталей. Для нормальной работы в диапазоне температур до 250^оС материал должен обладать достато-чной теплостойкостью. Длительная работа в условиях приложения знакопере-менных нагрузок должна быть обеспечена подбором материала с σ_-1≥450 МПа

Выбор способа формообразования

Учитывая простую форму штока, для его изготовления наиболее прием-лемым является использование проката Ø90 мм в горячекатаном состоянии. В качестве способа формообразования для штока следует применить горячую ковку (плющение концов). Это позволит, во-первых, получить оптимальное расположение волокна, соответствующее конфигурации детали, во-вторых, приблизить коэффициент использования металла к единице за счет мини-мального съема металла при последующей обработке резанием.

Выбор марки материала

Для выбора марки материала были проанализированы механические свой-ства группы улучшаемых сталей [3, стр.77], предназначаемых для изготовле-ния деталей типа валов, шатунов, осей, зубчатых колес и др.

Полностью соответствуют заданным требованиям стали 40ХН2МА, 36Х2Н2МФА и 34ХН3МА. Наиболее дешевой из них (менее легированной) яв-ляется сталь 40ХН2МА.

Стали других групп не удовлетворяют заданным требованиям по многим показателям.

Ниже приводятся химический состав, механические и технологические свойства стали 40ХН2МА по данным справочника [3].

Назначение стали 40ХН2МА (табл.203): коленчатые валы, шатуны, шес-терни, клапаны, шпильки и другие детали в автомобилестроении, станкостро-ении и др. Теплоустойчива до +450^оС.

Химический состав по ГОСТ 3543-71 (табл.204):

0,37-0,44%С; 0,17-0,37%Si; 0,5-0,8%Mn; 0,6-0,9%Cr; 1,25-1,65%Ni; 0,15-0,25 %Mo; ≤0,025%S; ≤0,025%P; ≤0,30%Cu.

Механические свойства по ГОСТ 8479-70 в сечении до 100 мм после за-калки с нагревом на 840-860^оС в воду или масло и отпуска при 550-650^оС с охлаждением в воде или масле (таблица 208):

σ_В≥950 МПа, σ_Т≥800 МПа, δ≥12%, ψ≥40%, KCU≥60 Дж/см².

Прокаливаемость:

Критический диаметр при закалке в масле (табл.215):

115->>120 мм (50% мартенсита);

100->114 мм (90% мартенсита).

13

Величина критического диаметра при закалке в масле свидетельствуют о том, что при максимальном сечении 85 мм шток из стали 40ХН2МА будет прока-ливаться насквозь.

Предел выносливости (табл.211): σ_-1=456-530 МПа.

Механические свойства при температуре 250^оС (табл.213):

σ_В≥1030 МПа, σ_Т≥850 МПа, δ≥13%, ψ≥47%, KCU≥110 Дж/см².

Сравнение приведенных в табл.213 данных с значениями механических харак-теристик при 20^оС показывает, что снижения прочности, пластичности и вязко-сти при 250^оС не происходит.