материалка / Курсовая по материаловедению №66

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ижевский государственный технический университет

Воткинский филиал

Кафедра ТМиП

КУРСОВАЯ РАБОТА

По курсу «Материаловедение»

На тему: «Выбор материала и режима термической обработки в зависимости от условий работы деталей и элементов конструкций»

Выполнил: студент группы Т-711 Кочергина Ю.Г. Проверил: аспирант Соколов С.А.

Воткинск

2008

Содержание

1. Задание………………………………………………………………………. 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……………………… 9

7. Описание структуры и свойств готовых деталей…………………………. 10

8. Литература ………………………………………………………………….. .11

Задание №66

Выбрать способ формообразования, марку материала и режим термической обработки для вилки переключения скоростей, испытывающей при работе большие изгибающие нагрузки и трение со смазкой. Наибольшая толщина 15мм. Требуемые механические свойства по всему сечению -

.

Введение

Материаловедение относится к числу основополагающих учебных дисциплин для специальностей машиностроительного профиля. Разнообразие свойств материалов является главным фактором, предопределяющим их широкое использование в технике. Материалы обладают отличающимися друг от друга свойствами.

Каждому инженеру необходимо знать классификацию и маркировку материалов, предназначенных для изготовления деталей машин и конструкций. К числу таких материалов относятся металлы и их сплавы.

Сталь – основной металлический материал, широко применяемый для изготовления деталей машин, летательных аппаратов, приборов, различных инструментов и строительных конструкций. Широкое использование сталей обусловлено комплексом механических, физико-химических, эксплуатационных и технологических свойств, анализ которых играет первостепенную роль в выборе материала конструкции.

Таким образом, зная условия работы детали, можно осуществить рациональный выбор материала.

Выбрав материал, можно определить способ получения заготовки, назначить режимы термической обработки, которые, в свою очередь, должны обеспечить получение необходимых механических, физических и химических свойств.

В данной курсовой работе нужно выбрать марку материал и режим термической обработки для вилки переключения скоростей, испытывающей при работе большие изгибающие нагрузки и трение со смазкой.

При выборе марки стали для изготовления вилки переключения скоростей необходимо учитывать следующие требования: низкую стоимость материала, хорошую обрабатываемость резанием, минимальное коробление при закалке и три основных эксплутационных показателя – высокую прочность, долговечность работы и повышенную стойкость к износу.

Анализ исходных данных для выбора материала.

Задание на курсовую работу предусматривает выбор материала для вилки переключения скоростей, испытывающей при работе большие изгибающие нагрузки и трение со смазкой.

Выбранный материал должен обеспечить детали необходимую прочность (сопротивление пластической деформации) и жёсткость (сопротивление жёсткой деформации).

Для повышения износостойкости данной детали, целесообразно применять сталь, подвергнутую упрочняющей термической обработке.

Для обеспечения механических свойств по всему сечению детали, необходимо выбирать материал, обеспечивающий полную прокаливаемость. В данном случае величина прокаливаемости должна быть не менее 15 мм, так как максимальная толщина детали – 15мм.

Проанализировав ряд условий, приведённых в задании, выявились наиболее подходящие марки стали. Удовлетворяющими значениями прочностных характеристик (, ), пластичности и вязкости (, ) обладают углеродистые и легированные стали с высокой прочностью. Литейные стали других групп обладают более низкими пластическими и вязкими свойствами. Следовательно, искать нужный материал следует в перечисленных группах сталей.

Выбор способа формообразования.

Учитывая размеры и сложную конфигурацию детали, можно сделать вывод, что наиболее подходящим для её изготовления является объемная штамповка.

При объемной штамповки получают экономию металла, по сравнению со свободной ковкой и литьем, так как напуски, припуски и допуски при штамповке значительно меньше, чем при свободной ковке.

Детали получаемые объемной штамповкой, обладают высокой ударной вязкостью (более высокой, чем у отливок). Работа штамповщика более проста по сравнению с работой кузнеца свободной ковки. А также объемной штамповкой получается высокая производительность.

Выбор марки материала.

Опираясь на исходные данные, необходимо выбрать сталь, пригодную для изготовления детали, способную выдержать прикладываемые к ней изгибающие нагрузки и трение со смазкой.

С учётом формообразования были проанализированы механические свойства группы легированных конструкционных сталей для литых деталей [3].

Характеристики стали сопоставлялись с режимами термической обработки, необходимыми в ходе изготовления детали и её технологическими свойствами. Также рассматривалась экономичность материала, рентабельность производства.

При анализе механических свойств ряда сталей выявились наиболее подходящие марки для изготовления детали. В эту категорию вошли: сталь 30, 35, 30Г, 35Г.

Не все стали этой категории удовлетворяют условиям задания, например сталь 30 имеет ; 35Г .

Для изготовления вилки переключения скоростей будем использовать сталь 30Г.

Стали других групп не удовлетворяют заданным требованиям по многим показателям.

Ниже приводятся химический состав, механические и технологические свойства стали 30Г по данным справочника [3].

Назначение стали 30Г [стр.83, табл.112]: вилки переключения передач и скоростей, шпильки, венцы и ободы маховиков, пальцы звеньев, гусениц, болты, гайки и другие.

Химический состав стали 30Г,% (ГОСТ 1050-74) [стр.84, табл.113]:

0,27-0,35%С; 0,17-0,37 %Si; 0,7-1%Mn; 0,3%Сr; ; %Ni; %P; %S.

Механические свойства стали 30Г после нормализации (ГОСТ 1050-75) [стр.84, табл.115] после нормализации с нагревом на 860 ^оС и отпуска при 600^о С с охлаждением на воздухе:

, , , , .

Механические свойства закаленной стали 30Г (ГОСТ 1050-75) [стр.85, табл.117]: после закалки с нагревом на 840 ^оС в масле и отпуска с нагревом на 600^оС с охлаждением на воздухе:

, , , , .

Назначение вида и режима термической обработки.

В процессе объемной штамповки заготовки вилки переключения скоростей при значительном нагреве происходит изменение структуры металла.

Происходит значительный рост зерна, и металл приобретает крупнозернистую структуру, что может отрицательно сказаться на механических свойствах готовой детали. Для выравнивания, измельчения структуры заготовку стоит подвергнуть нормализации.

Также после объемной штамповки заготовку целесообразно подвергнуть упрочняющей термической обработке, обеспечивающей получение требуемых свойств; то есть провести закалку с нагревом на температуру 840⁰С [3] в масле и отпуск при 600⁰С [3] с охлаждением на воздухе.

Описание структуры и свойств готовой детали.

Изготовленная методом объемной штамповки вилка переключения скоростей, подвергнутая упрочняющей термообработке, состоящей из закалки с высоким отпуском, имеет равномерную сорбитную структуру по всему сечению и обладает следующими механическими свойствами, одинаковыми по всему объёму вилки:

, , , , [3], (ГОСТ 1050-75) [стр.85, табл.117]

Таким образом, выбор в качестве материала для вилки переключения скоростей сталь 30Г, изготовление её методом объемной штамповки и применение в качестве упрочняющей термообработки закалки с высоким отпуском обеспечивает выполнение заданных для этой детали требований.

Литература:

1. Фетисов М.Г., Карпман В.М и др. Материаловедение и технология металлов.- М.: Высш.шк., 2002.-638с.

2. Конструкционные материалы. Справочник. – М.: Машиностроение, 1990.

3. Журавлёв В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали. – М.: Машиностроение, 1981. – 391с.