материалка / 33 Курсовой матер. Санта

Министерство Образования Российской Федерации

Ижевский Государственный Технический Университет

Воткинский филиал

Кафедра ТМиП

КУРСОВАЯ РАБОТА

по материаловедению

«Выбор материалов и режимов термической

обработки в зависимости от условий работы

деталей и элементов конструкций»

Выполнил: студент гр. Д-511

Лапин А.А.

Проверил: доцент, к.т.н.

Сметанин В.И.

Воткинск

2007

Содержание.

1. Текст задания с эскизом….…………………………………………………3

2. Введение……………………………………………………………………..4

3. Анализ исходных данных для выбора материала………………………...5

4. Выбор способа формообразования ………………………………………..6

5. Выбор марки материала…………………………………………………….7

6. Назначение вида и режима термической обработки ……………………. 8

7. Описание структуры и свойств готовых деталей…………………………9

8. Литература……………………………………………………………… …10

Текст задания с эскизом.

Задание №33

Выбрать способ формообразования или вид полуфабриката, марку материала и режим термической обработки для пальцев диаметром 50 мм, длиной 150 мм, работающих в условиях трения скольжения с нагрузкой, приложенной поперек оси пальца.

Требуемая твердость поверхности: 42-50 HRC.Механические свойства в сечении: σв≥800 МПа, σт≥650 МПа, КСU≥60 Дж/см².

ВВЕДЕНИЕ

Материаловедением называют прикладную науку о связи состава, строения и свойств материалов

Долговечность и надежность деталей машин зависят от материала и его конструктивной прочности, т.е. комплекса тех прочностных свойств, которые в наибольшей степени влияют на эксплуатационные свойства изделия.

При выборе материала надо учитывать помимо технологических, физических и механических свойств материала и экономическую сторону вопроса, чтобы конструкция была как можно дешевле, но при этом работала с максимальной эффективностью.

Для преодоления трудностей, возникающих при выборе материала, разработаны специальные справочники, в которых приводится назначение материалов, механические и технологические свойства, их химический состав, виды термообработок, необходимых для деталей, созданных из того или иного материала.

Выбор материала производится в зависимости от назначения детали, приведённых в задании требований. Сначала производится анализ исходных данных (требуемых значений технических характеристик материала и условий работы детали), далее делается выбор метода формообразования заданной детали (штамповка, ковка, мех. обработка и др.), затем выбор марки материала и назначение вида и режима термообработки детали. Выбор материала для пальца производился поэтапно, то есть в соответствии с вышеуказанной последовательностью.

АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

ДЛЯ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА

Задание на курсовую работу предусматривает выбор материала для пальцев, работающих в условиях трения с нагрузкой, приложенной поперек оси пальца.

Анализ приведённых в задании требований показал следующее:

Довольно высокие значения прочностных характеристик (σ_В≥800 МПа, σт≥650 МПа), при хорошей ударной вязкости ( KCU≥60 Дж/см²), что характерно для низко- и среднелегированных сталей.

Среди требований значится и твёрдость поверхности – 42-50 HRC (больше всего подвергается воздействию). Необходимую твёрдость можно добиться применением тока высокой частоты, который применяется как для средне- и высоколегированных сталей, так и для низколегированных сталей, упрочняющей термообработкой после которого является закалка с низким отпуском.

Максимальный размер сечения пальца 50 мм, следовательно, именно такой прокаливаемостью должен обладать выбранный материал, чтобы это условие было выполнено. Такая глубина прокаливаемости также характерна для легированных сталей.

ВЫБОР СПОСОБА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Учитывая простую форму пальца, для его изготовления наиболее приемлемым является использование проката Ø50 мм в горячекатаном состоянии.

Горячий прокат заготовок пальцев, как правило, производится в крупносерийном и массовом производстве.

Данный способ формообразования позволит получить оптимальное расположение волокна, соответствующее конфигурации детали, и приблизить коэффициент использования металла к единице, а также он более рационален, чем другие способы формообразования.

ВЫБОР МАРКИ МАТЕРИАЛА.

Для выбора марки материала были проанализированы механические свойства сталей с добавками с добавкой хрома для требуемой прочности.

Полностью заданным требованиям соответствуют стали 45Х,50Х. 45Х в меньшей степени легирована, чем другие стали, что снижает её себестоимость.

Стали других групп не удовлетворяют заданным требованиям по многим показателям и поэтому не могут быть рассмотрены в качестве материала.

Ниже приводятся химический состав, механические и технологические свойства стали 45Х по данным справочника [3].

Назначение стали 45Х (табл.155):

Валы, оси, крупные зубчатые колеса, пальцы и другие детали с поверхностями, подвергающимися истиранию без значительных ударных нагрузок.

Химический состав по ГОСТ 4543-71 (табл.156):

0,41-0,49% С ; 0,17-0,37% Si ; 0,5-0,8% Mn ; 0,8-1,1% Cr ; 0-0,008% N ; 0-0,3% Cu ; 0-0,3% Ni ; 0-0,035% S ; 0-0,035% P

Механические свойства по ГОСТ 4543-71 в сечении до 100 мм после закалки 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≥800 МПа, σ_Т≥650 МПа, δ≥13%, ψ≥42%, KCU≥60 Дж/см².

Прокаливаемость:

Критический диаметр при закалке в масле (табл.165):

20->>50 мм (50% мартенсита);

Величина критического диаметра при закалке в масле свидетельствуют о том, что при максимальном сечении 50 мм палец из стали 45Х будет прокаливаться насквозь.

Предел выносливости (табл.164): σ_-1=600 МПа.

НАЗНАЧЕНИЕ ВИДА И РЕЖИМА

ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

При получении заготовок пальцев способом горячей прокатки в процессе нагрева до температуры 850 °С происходит рост зерна, и после горячей деформации в недеформированных зонах может сохраниться крупнозернистая структура, которая может отрицательно сказаться на механических свойствах готовой детали. Следовательно, для повышения твёрдости и прочности заготовки после горячей прокатки необходимо подвергнуть химико-термической или термической обработке.

Оптимальным вариантом для получения заданной твёрдости (42-50 HRC) поверхности и вязкости (KCU≥60 Дж/см²) сердцевины детали является ток высокой частоты с последующей упрочняющей термообработкой, состоящей из закалки с нагревом на 840-860°С с охлаждением в масле и низкого отпуска при 580-620°С с охлаждением на воздухе.

ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ГОТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Пальцы, изготовленные из легированной стали методом горячего проката в сочетании с упрочняющей термообработкой, состоящей в проведении тока высокой частоты, имеют на поверхностном слое структуру троостита. сердцевина деталей также имеет трооститную структуру. Готовые детали пальцев обладают следующими механическими свойствами:

σ_Т≥650 МПа, σ_В≥800 МПа, δ≥13%, KCU≥76 Дж/см².

Таким образом, выбор в качестве материала для изготовления конического зубчатого колеса сталь 45Х, изготовление их методом горячего проката и применение в качестве упрочняющей термообработки закалки с низким отпуском обеспечивает выполнение заданных для этих деталей требований.

ЛИТЕРАТУРА

1. Журавлёв В.Н., Николаева О. И.Машиностроительные стали. Справочник. – М.: Машиностроение, 1992.

2. Материалы в машиностроении. Выбор и применение. Справочник (в 5 томах). – М.: Машиностроение, 1967.

3. Материаловедение. Под ред. Арзамасова Б.Н.- М.: Машиностроение, 1986.

4. Основы материаловедения. Учебник для вузов. Под ред. И.И.Сидорина. М.: Машиностроение, 1976.

10