Примеры марок сталей (по гост)

Стали Ст1, Ст2, Ст3, …, Ст7 - конструкционные обыкновенного качества, поставляются с гарантированными механическими свойствами, термической обработке не подлежат, применяются в неответственных конструкциях. Цифра указывает номер группы стали и примерное содержание углерода в десятых долях процента.

Стали 10, 20, 30, 40 – конструкционные качественные стали с гарантированным химическим составом. Прочностные характеристики зависят от проведённой термической обработки.

Цифры указывают на содержание углерода в сотых долях процента. Стали 30 и 40 можно закаливать. Детали из сталей 10 и 20 можно закалить только с поверхности, если специальной процедурой в поверхностный слой ввести углерод.

В марки легированных сталей входят ещё и буквы, указывающие наличие легирующих элементов: Х – хром; Н – никель; Г – марганец; М – молибден; С – кремний; Т – титан; Ф – ванадий и др. Цифры, стоящие после этих букв, означают содержание элемента в процентах.

Пример марок легированных сталей:

40ХНМ - углерода 0,40%; хрома 1%, никеля 1%, молибдена 1%. Их этой стали изготавливают ответственные валы.

65Г – углерода 0,65%; марганца 1%. Пружинная сталь.

12Х18Н12Т – углерода 0,12%; хрома 18%; никеля 12%; титана 1%. Нержавеющая сталь.

Тема: Сопротивление материалов

Это - наука об инженерных методах расчёта деталей машин и сооружений на прочность, жесткость и устойчивость.

Почему машины не ломаются, а если ломаются, то почему?

Прочность – способность конструкции и её элементов многократно выдерживать эксплуатационную нагрузку, не разрушаясь.

Жесткость – способность конструкции и её элементов выдерживать эксплуатационную нагрузку, упруго деформируясь на величину, допустимую для данной конструкции.

Устойчивость - способность детали, конструкции сохранять начальную форму упру-гого равновесия.

Входящие в сооружения и машины конструкции делят на три группы: балки, фермы и рамы.

Элементы конструкций делят на три группы: стержни, пластины и оболочки, массивные тела.

К примеру:

- вал редуктора рассчитывается на изгиб с кручением как балка на двух опорах;

- зуб шестерни - на изгиб как консольно закреплённая балка;

- решетчатая стрела крана рассчитывается как ферма, а её элементы (стержни) - на растяжение и сжатие.

Каким должен быть материал и диаметр вала, чтобы вал:

а) был прочным и долговечным?

б) не прогибался больше допустимого, т.е. был достаточно жестким?

Для этого необходимо уметь рассчитывать и ограничивать создаваемые внешними силами напряжения в теле вала.

Понятие о нормальном напряжении, деформации и модуле упругости.

Возьмём стальной стержень с длиной ℓ_о и площадью поперечного сечения А. Будем растягивать его, последовательно увеличивая силу F.

Отношение F/A = σ – напряжение, Н/м2; 1 Н/м2 = 1Па (паскаль). Под действием силы F стержень удлиняется на величину ∆ℓ = ℓ - ℓо - абсолютная деформация. Отношение ∆ℓ / ℓо = ε – относительная деформация.

График σ = f(ε).

На первой стадии нагружения (участок 1-2) напряжения и деформации линейно пропорциональны друг другу. Если в точке 2 снять нагрузку, деталь восстанавливает первоначальный размер. σпц – предел пропорциональности. При дальнейшем нагружении пропорциональность нарушается, но из точки 3 при снятии нагрузки деталь возвращается к первоначальной длине. σу – предел упругости. При σ > σ у в металле происходят необратимые деформации. При σ = σТ сталь течет, т.е. деталь удлиняется без приращения силы. σТ - предел текучести.

Будем увеличивать силу F до тех пор, пока не разорвём стержень на две части. После каждого приращения силы измеряем длину ℓ и вычисляем σ и ε. Изобразим график σ = f(ε).

В процессе течения из-за больших пластических деформаций происходит временное упрочнение стали до величины σ_в (точка 6), после чего образец разрушается, рвётся (точка 7).

σ_в – временное сопротивление разрыву.

Если сталь вошла в зону текучести (например, в точку 8) и после этого снять нагрузку, деталь к первоначальному размеру не вернётся. Она придёт в точку 9. Отрезок 1 – 9 характеризует величину остаточной деформации, что недопустимо.

До какого напряжения можно нагружать деталь? Каково допускаемое напряжение [σ]?

Очевидно, что [σ] < σ_в. Иначе деталь разрушится при первом же нагружении.

Очевидно, что [σ] < σ_Т. Иначе деталь после первого нагружения изменит форму.

Нам нужно, чтобы деталь не только не разрушалась и не теряла форму при одном нагружении, а чтобы она служила долго. Рассмотри еще одно свойство стали, называемое усталостью.

Усталость стали – это изменение её состояния в результате многократного нагружения, приводящее к прогрессирующему разрушению.

Сопротивление усталости характеризуют пределом выносливости σ_-1 , т.е. таким знакопеременным напряжением, которое сталь может выдержать, например, 10⁷ (десять миллионов) раз.

Допускаемое напряжение [σ] принимается меньше предела выносливости σ _-1 .

Например, для стали 45: σ_в = 600 Н/мм² (600 МПа); σ_Т = 360 Н/мм² ; σ_-1 =240 Н/мм²; [σ] ≈ 200 Н/мм². Много это или мало? Стержень из этой стали с площадью поперечного сечения 100 мм² (1 см²) можно десять миллионов раз нагрузить силой F = A [σ] =100·200 = 20000 Н.

При правильном расчете на прочность основными причинами отказов машин становятся износ деталей и нарушение регулировок элементов привода и управления.

Почитав вышеизложенное, вы сделали маленький шаг к пониманию что такое машина и как сделать, чтобы она служила долго.

В кратком курсе невозможно рассказать о всех дисциплинах учебного плана. К выше названным необходимо добавить еще примерно 40 дисциплин, среди которых физика; химия, математика; графика; теоретическая механика; теория механизмов и машин; двигатели внутреннего сгорания; подъёмно-транспортные машины; строительные и дорожные машины; путевые машины; механизация путевых работ; испытания машин; ремонт машин и др.

Для получения зачёта необходимо выполнить и защитить контрольную работу и ответить на отдельные вопросы из приведённого ниже списка.

1. Цели высшего образования.

2. Отличие учебного плана специалитета от плана бакалавриата.

3. Виды деятельности и места работы выпускников специальности ПСДС.

4. Ядро и оболочка знаний человечества.

5. Забывание и накопление информации в ходе учебной деятельности.

6. Взаимодействие психических процессов в учебной деятельности. Внимание, понимание, запоминание, формирование знаний и умений.

7. Уровни усвоения информации.

8. Мотивы учебной деятельности студента. Причины неуспеваемости и поводы отчисления из вуза.

9. Определение понятия «машина».

10. Определение понятия «механизм». Пример механизма вращательного действия.

11.Классификация подъёмно-транспортных машин.

12. Классификация строительных машин.

13.Классификация путевых машин.

14. Основные параметры и виды двигателей.

15. Основные параметры и виды передач.

16. Основные характеристики технологической машины.

17. Простейшая кинематическая схема привода рабочего органа.

18. Простейшая гидравлическая схема привода.

19. Кристаллическая структура железа и её изменение при изменении температуры.

20. Чугун и сталь. Понятие о термической обработке стали. Виды термической обработки.

21. Понятие о прочности и жесткости конструктивных элементов машины.

22. Понятие о деформации и напряжении.

23. Диаграмма «деформация – напряжение» для малоуглеродистой стали.

24. Понятие о допускаемом напряжении.

25. Направления совершенствования машин.