материалка / 64 Курсовой матер. паша 2

Министерство Образования Российской Федерации

Ижевский Государственный Технический Университет

Воткинский филиал

Кафедра ТМ и П

КУРСОВАЯ РАБОТА

По курсу «Материаловедение».

«Выбор материалов и режимов термической

обработки в зависимости от условий работы

деталей и элементов конструкций»

Выполнил: студент гр. Д-511 Дёгтев П. В.

Проверил: доцент каф ТМ и П 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 №64

Выбрать способ формообразования, марку материала и режим термической обработки для упора, работающего в условиях динамического приложения нагрузки и высокого контактного давления.

Толщина упора 20 мм. Требования: твердость рабочей поверхности на глубину 8 мм 40 HRC, механические свойства в сечений: σ_В≥680 МПа, σ_Т≥480 МПа, KCU≥120 Дж/см².

ВВЕДЕНИЕ

Материаловедением называют прикладную науку о строении и свойствах технических материалов, основная задача которой – установление связи между составом, структурой и свойствами.

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, обозначенных (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 упора производился поэтапно, то есть в соответствии с вышеуказанной последовательностью.

АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

ДЛЯ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА

Задание на курсовую работу предусматривает выбор материала для упора, работающих в условиях динамического приложения нагрузки и высокого контактного давления.

Анализ приведённых в задании требований показал следующее:

Средние значения прочностных характеристик (σ_В≥680 МПа, σт≥480 МПа), при очень хорошей ударной вязкости (KCU≥120 Дж/см²), что характерно для углеродистых и легированных сталей.

Среди требований значится и твёрдость поверхности 40 HRC на глубину 8 мм (больше всего подвергается воздействию). Необходимые прочностные характеристики можно получить упрочняющей термообработкой: закалка в воде с высоким отпуском (улучшение), а необходимую твёрдость закалкой ТВЧ (током высокой частоты), после упрочняющей термообработки.

Максимальный размер сечения упора 20 мм, прокаливаемость на глубину 8 мм с твердостью 40 HRC, можно достичь, регулируя частоту тока.

ВЫБОР СПОСОБА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Учитывая простую форму упора, для его изготовления наиболее приемлемым является использование квадратной горячекатаной стали размером 25 мм.

Данный способ формообразования позволит получить оптимальное расположение волокна, соответствующее конфигурации детали, и приблизить коэффициент использования металла к единице за счёт минимального съёма металла при последующей обработке резаньем.

ВЫБОР МАРКИ МАТЕРИАЛА.

Для выбора марки материала были проанализированы механические свойства углеродистых и легированных сталей.

Полностью заданным требованиям соответствуют сталь 45. Эта сталь не легирована никакими элементами, что значительно снижает её стоимость.

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

Назначение стали 45 (табл.120):

Коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, маховики, зубчатые колёса, упоры и другие детали с поверхностями, подвергающимися значительным нагрузкам.

Химический состав по ГОСТ 8479-70 (табл.125):

0,42-0,5% С; 0,17-0,37% Si; 0,5-0,8% Mn; 0,25% Cr

Механические свойства по ГОСТ 8479-70 (табл. 126) в сечении до 100 мм после закалки с нагревом на 820-850^оС в воду или масло и отпуска при 600^оС с охлаждением в воде или масле

σ_В≥690 – 750 МПа, σ_Т≥480 – 520 МПа, KCU≥120 Дж/см².

Прокаливаемость:

Критический диаметр при закалке в масле (табл.119):

6 – 12 мм (50% мартенсита);

Предел выносливости (табл.124): σ_-1=338 МПа.

НАЗНАЧЕНИЕ ВИДА И РЕЖИМА

ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

При получении заготовок упоров способом горячей штамповки в закрытых штампах в процессе нагрева до температуры 1250 °С [3, табл.62] происходит значительный рост зерна, и после горячей деформации разнозернистая структура, которая может отрицательно сказаться на механических свойствах готовой детали. Следовательно, для повышения твёрдости и прочности заготовки после горячей штамповки необходимо подвергнуть термической обработке.

Оптимальным вариантом для получения заданных характеристик является упрочняющая термообработка, состоящей из закалки с нагревом на 820-850°С с и высокого отпуска при 600°С с охлаждением в воде с последующей закалкой с нагревом ТВЧ (током высокой частоты), на глубину 8 мм с последующим охлаждением в масле для получения твердости на поверхности 40HRC, при этом сердцевина будет оставаться вязкой порядка KCU≥120 Дж/см²

ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ГОТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Упоры, изготовленные из углеродистой стали методом горячей штамповки в сочетании с упрочняющей термообработкой и закалкой ТВЧ имеют на поверхностном слое структуру мартенсита, сердцевина деталей имеет сорбитную структуру. Готовые детали упоров обладают следующими механическими свойствами:

σ_Т≥480 – 520 МПа, σ_В≥690 – 750 МПа,

твёрдость на поверхности HRC≥40 – 56 (табл. 119 [1])

(в сердцевине) KCU≥120 Дж/см².

Таким образом, выбор в качестве материала для изготовления упора сталь 45, изготовление их методом штамповки и применение в качестве упрочняющей термообработки закалки с высоким 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