22. Вимоги до вибору матеріалів

При виборі матеріалів для виготовлення деталей агрегатів та машин в цілому керуються конструктивними, технологічними й економічними вимо­гами.

Конструктивні вимоги визначаються: 1) призначенням та умовами ро­боти окремих деталей, вузлів, агрегатів і машин; 2) розмірами деталей та їх конструктивною формою; 3) особливими умовами роботи деталей (агресивні середовища, висока температура, абразивне середовище).

Залежно від призначення машини та умов роботи деталі, її розмірів і конструктивної форми матеріал повинен забезпечити розрахункову міцність і довговічність.

Деталі, які працюють в умовах невеликих статичних навантажень виго­товляються з вуглецевих сталей звичайної якості, або якісних низьковуглеце­вих сталей. Із збільшенням статичних навантажень для виготовлення деталей використовують середньовуглецеві якісні та леговані сталі.

Для деталей, які працюють в умовах значних динамічних і знакозмінних навантажень (балансири, торсіони, шатуни, колінчасті вали) використовують сталі із складним легуванням, які після відповідної термічної обробки набу­вають структуру, яка забезпечує необхідну міцність та в'язкість.

Матеріали для таких деталей, як торсіони, колінчасті вали, пружини, по­винні забезпечити високу циклічну міцність. Для відповідальних деталей ви­користовуються сталі, покращенні електрошлаковим переплавом.

В умовах інтенсивного зносу працюють гільзи циліндрів і плунжерні па­ри паливних насосів, конуси синхронізаторів коробок передач, металеве обіддя опорних і підтримуючих роликів. Ці деталі виготовляється з легова­них сталей, які можуть забезпечити високу твердість поверхні після відпові­дної обробки.

Ударним навантаженням, високим контактним напругам та зносу підда­ються траки і пальці в гусеничних стрічках з відкритим шарніром, зубчаті колеса, зірочки ведучих коліс та інші. Для цих деталей вибрані леговані сталі з різним вмістом вуглецю. Спеціальними технологічними процесами (гарту­ванням ТВЧ, цементацією, поверхневою деформацією) в цих деталях досяга­ється висока поверхнева твердість і зберігається в'язка серцевина.

Для підшипників ковзання, призначених для двигунів внутрішнього зго­рання, установки балансирів та інших валів застосовуються різні антифрик­ційні матеріали: спеціальні підшипникові сплави, бронзи, чавуни, пластмаси. Вибір матеріалу визначається розрахунковими навантаженнями і умовами тертя.

Для деталей, що працюють в умовах агресивних середовищ, охолоджу­ючих рідин, в морській воді, застосовуються антикорозійні (нержавіючі) ста­лі, латунь, бронза, алюмінієві сплави та пластмаси.

Жаростійкі і жароміцні сталі та сплави використовуються для виготов­лення клапанів двигунів внутрішнього згорання, лопаток газотурбінних дви­гунів та інших деталей.

З метою зменшення маси конструкцій та з технологічних міркуваннь для виготовлення картерів різних агрегатів використовуються ливарні алюмінієві сплави, а для виготовлення перегородок, баків — алюмінієві сплави, що де­формуються.

Вирішуючи питання про вибір матеріалів для того, або іншого виробу, необхідно знати властивості різних матеріалів і завжди враховувати здатність більшості сталей змінювати свої властивості за допомогою термічної оброб­ки. Такий підхід при призначенні матеріалів може забезпечити заміну лего­ваної сталі менш легованою і навіть вуглецевою, або використання менш де­фіцитних матеріалів.

Технологічні вимоги визначаються: 1)способом виготовлення заготівки (штампуванням, литтям); 2)способом термообробки; 3)розмірами деталі з по­гляду забезпечення прогартованості і отримання заданих механічних власти­востей по всьому перетину; 4)конфігурацією деталі (забезпечення мінімаль­них напружень); 5)оброблюваністю ріжучим інструментом; 6) зварюванням.

При виготовленні заготівок та виробів методом холодного штампування використовують матеріали з низькою твердістю і високою пластичністю: ма-ловуглецеві сталі марок 05кп, 08кп, 10, 15, 20; латуні з великим вмістом міді; алюмінієві сплави, що деформуються.

Для заготівок, що одержуються методом лиття, використовуються мате­ріали, які мають низьку температуру плавлення і хорошу рідинотекучість. Це, як правило, евтектоїдні сплави різних елементів. Для отримання корпусів багатьох агрегатів використовують ливарні алюмінієві сплави, а для автомо­білів можуть застосовуватися і чавуни.

Для деталей, що піддаються гартуванню і низькому відпуску, а також поверхневому гартуванню, використовуються середньо- і високовуглецеві сталі, для деталей, що піддаються цементації, — низьковуглецеві сталі, а азо­туванню — середньовуглецеві сталі, леговані хромом, молібденом, вольфра­мом та алюмінієм.

Оскільки не всі сталі мають однакову прогартованість то для деталей перетином до 20 мм можна застосовувати вуглецеві сталі, а для деталей з ве­ликим перетином — леговані сталі. Для зубчатих коліс з підвищеним наванта­женням використовуються сталі з великим вмістом вуглецю 20Х2Н4А, 18Х2Н4А, щоб виключити продавлювання цементованого шару.

Складні форми деталей вимагають застосування легованих сталей, оскі­льки подальша їх термічна обробка (гартування) може бути проведена з меншими швидкостями охолоджування.

Обробка різанням, як технологічний фактор, пов'язана із стійкістю ін­струменту, який протягом часу при обробці тих або інших матеріалів зношу­ється до певної величини. Оброблюваність матеріалів залежить від їх хіміч­ного складу та структури, які визначають механічні і теплофізичні властиво­сті, тобто міцність, пластичність, в'язкість і теплопровідність, а також від ви­ду обробки (точіння, фрезерування, свердлення).

Для сталей на феритній основі також погіршують оброблюваність різан­ням в порядку зменшення ступеня впливу, кремній, хром, вольфрам, моліб­ден. Для сталей, які мають аустенітну основу, погіршують оброблюваність алюміній, титан, кремній, молібден, кобальт, марганець, хром, вольфрам.

Найгіршу оброблюваність мають антикорозійні, жаростійкі, жароміцні сталі і сплави, особливо на аустенітній та нікелевій основах.

Економічні вимоги визначаються: 1) вартістю матеріалу та його дефіци­тністю; 2) призначенням матеріалу (для автомобілів або для виготовлення технологічного оснащення і паркового устаткування); 3) собівартістю пере­робки матеріалів при отриманні заготівок з урахуванням оснащеності вироб­ництва необхідним устаткуванням;

Економічні вимоги при виборі матеріалів враховуються як при констру­юванні і виробництві, так і при організації ремонту і експлуатації техніки.