Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Институт машиностроения (Завод – ВТУЗ)

КРАТОВИЧ Л.Ф.

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК

Конспект лекций

Санкт-Петербург 2011

1. Обрабатываемые металлические материалы

1. Базовая концепция для выбора материалов заготовок

Работоспособность материалов заготовок обусловливается внешними и внутренними факторами.

Внешние факторы (эксплуатационные факторы) – вид нагружения и время (ресурс работы изделия).

Сроки эксплуатации делятся на кратковременные (до 100ч.), ограниченные (100÷10`000ч.), длительные (10`000÷100`000ч. и выше). Виды нагружения при эксплуатации:

1. Стационарное нагружение – при котором нагружение или внешние силы не зависят от времени (σ =f(ε)). Различают:

- длительное нагружение;

- кратковременное нагружение.

Кратковременное нагружение имитирует «аварийную ситуацию» при эксплуатации. Поэтому и является тестовым испытанием при приемке и сдаче продукции, служит для определения кратковременных механических свойств и расчета допускаемых напряжений.

2. Переменное нагружение – при котором нагружение является функцией времени. Если периодическая функция времени – нагружение называется циклическим ( ).

Рис. 1. Циклическое нагружение

Разновидности переменного нагружения :

а) нагружение повторными статическими нагрузками за пределом текучести;

б) нагружение повторно переменными нагрузками;

в) нагружение циклическими нагрузками, вызывающими местные контактные напряжения.

3. Статическое нагружение – это нагружение со скоростью, при которой не возникают существенные инерционные силы.

4. Динамическое нагружение – возникают существенные инерционные силы. Различают:

- нагружение многократными ударами;

-нагружение однократными ударными напряжениями (перегрузка при эксплуатации).

5. Пуск-останов – это циклическое нагружение с периодическим сбросом нагрузки.

Каждому виду нагружения соответствует предельное состояние детали и материала (состояние, при котором деталь выводится из эксплуатации). Каждому предельному состоянию соответствует свой критерий или какое-то значение механического свойства (предел текучести, предел выносливости, температура хладноломкости).

При выборе материалов обязательно необходимо учитывать влияние рабочей среды (температура, пары газов, электролиты(растворы кислот и щелочей)).

С учетом эксплуатационных факторов и конструктивных форм деталей происходит изображение обобщенной диаграммы растяжения при определенных кратковременных свойств.

Рис. 2. Обобщенные диаграммы растяжения сплавов:

ε_у – относительная упругая деформация .

ε_к – относительная деформация в момент разрушения;

К_σ – коэффициент концентрации напряжений (отверстия, галтели, шлицы);

Т – температура эксплуатации.

1. Случай работы конструкционного материала, предельное состояние которого либо износ, либо вязкое разрушение.

2. Диаграмма для инструментального материала. Предельное состояние хрупкое разрушение.

Рис. 3. Схема решения вопросов прочности и надежности изделия

Рис. 4. Влияние внутренних факторов на работоспособность

2. Свойства материалов как структурно-чувствительный фактор

Объясняются внутренними факторами (см. выше). Одновременно внешние факторы оказывают воздействия, способствуя движению дислокаций (влияние внешнего фактора) и диффузии атомов (влияние температуры эксплуатации).

Зависимость свойств от химического состава и структуры носит сложный характер (стремление повысить прочность сплава сдерживается нижением вязкопластических свойств). Это подтверждают диаграммы конструктивной прочности (рис. 5.).

Конструктивная прочность – сумма критериев, отвечающая за работоспособность материала.

Для условий кратковременного нагружения такими критериями выступают характеристики прочности и трещиностойкости.

Трещиностойкость – это характеристики оценивающие сопротивлению хрупкому разрушению (Т^v₅₀­­­ , КСU).

Пути оптимизации свойств сплава технологическими методами:

1. изменение химического состава с целью образования при кристаллизации той или иной фазы, достижение определенного соотношения и морфологии фаз (это размер, форма и ориентация);

Рис. 5. Диаграмма

Конструктивной прочности

сплава

2. изменение способа выплавки и разливки с целью удаления или «нейтрализации» элементов вредных примесей;

3. выбор способов и режимов горячего и холодного деформирования, влияющих на зеренную структуру, плотность дислокаций и распределение упрочняющих фаз;

4. выбор способов и режимов термической и химико-термической обработки (влияние смотри выше);

5. выбор способов и режимов отделочной обработки, обусловливающих так называемую технологическую наследственность на поверхности детали. Влияющую на такие эксплуатационные свойства как износостойкость, термомеханическая усталость, коррозия.

Примерами удачного сочетания структуры состава и свойств: низколегированные высокопрочные, средне- и высокоуглеродистые, феррито-перлитные и аустенитные нержавеющие стали.