4.2. Выбор конструкционных материалов и способов упрочнения деталей

Конструкционные материалы в общем случае выбирают исходя из требований к их механическим, физическим и технологическим свойствам, предъявляемых условиям работы и изготовления данной детали. Механические и физические свойства позволяют судить о служебной пригодности материала.

По технологическим свойствам оценивается возможность обработки материала при изготовлении деталей. Основные механические, физические и технологические свойства, учитываемые при выборе материала, приводятся в таблице 3.

Свойства, учитываемые при выборе материала

Таблица 3

Механические	Физические	Технологические
Прочность Деформативность Упругость Пластичность Хрупкость Твердость Сопротивление усталости	Плотность (удельный вес) Температура плавления Коэффициент теплопроводности Коэффициент линейного расшире­ния Коэффициент трения	Обрабатываемость мате­риалов резанием Литейные свойства Свариваемость Обрабатываемость дав­лением в горячем и хо­лодном состоянии

Прочность– способность сопротивляться нагрузкам без разрушения.

Деформативность– способность изменять размеры и форму без разрушения.

Упругость– способность восстанавливать первоначальные размеры и форму после снятия нагрузки.

Пластичность– способность получать значительную деформацию, оставшуюся после снятия нагрузки.

Поскольку физические величины хорошо известны, охарактеризуем технологические свойства.

Обрабатываемость резанием, характеризуемая пригодностью материалов к обработке всеми видами режущих инструментов при больших скоростях резания и подачах с получением необходимых параметров шероховатости поверхности, являются важным технологическим свойством.

Литейные свойства– это способность жидких металлов заполнять литейные формы и образовывать плотные отливки.

Свариваемость– способность металлов свариваться при комнатных и низких температурах с образованием прочных сварных соединений.

Обрабатываемость давлениемв горячем и холодном состоянии, оценивается технологическими пробами (на осадку, загиб) и характеристиками пластичности, упрочнения и твердости при температуре обработки.

Обоснованный выбор материала для заданной детали из обширного ассортимента машиностроительных материалов может быть сделан на основе сравнительной оценки возможных вариантов. Критериями сравнительной оценки материалов являются минимальная масса и стоимость материала при заданных прочности, выносливости, жесткости и других требованиях к рассматриваемой детали.

При выборе материалов следует учитывать интересы заводов-изготовителей машин. Ограничение номенклатуры применяемых материалов дает заводам-изготовителям ряд важных преимуществ, связанных с укрупнением поставляемых партий материалов, упрощением их учета и хранения, снижением брака, благодаря более стабильной технологии в литейном, термическом и других участках производства. Поэтому без крайней необходимости не следует пользоваться нетрадиционными для данного завода материалами.

На заводах бурового оборудования для ответственных деталей и несущих элементов применяют хромоникелевые, хромомолибденовые и хромоникельмолибденовые стали. В ассортимент материалов, применяемых в производстве буровых машин и оборудования, кроме легированных сталей, вводят углеродистые общего назначения, цветные металлы, чугун, резину, полимерные и прочие материалы.

Привычные для деталей буровых машин и оборудования марки материалов периодически заменяются новыми марками. Это объясняется закономерным процессом развития производства более качественных и экономичных материалов, применение которых способствует дальнейшему повышению прочности и надежности буровых машин и оборудования.

Важный резерв повышения прочности деталей – выбор способов их упрочнения. Как известно, усталостные разрушения деталей в большинстве случаев происходит от действия повышенных местных напряжений, которые порождаются концентратами напряжений металлургического, технологического и конструктивного происхождения. Переходные сечения, канавки, резьбы, отверстия и прочие изменения формы деталей, а также соединения с натягом относятся к конструктивным концентраторам напряжений, в зоне которых местные напряжения значительно превосходят номинальные. Концентрация напряжений вызывает снижение сопротивляемости детали усталости.