Анализ исходных данных для выбора материала

Задание на курсовую работу предусматривает выбор материала для шпильки, работающей при высоких температурах в коллекторной установке высокого давления.

Анализ приведенных в задании требований показал следующее.

При средних значения прочностных характеристик (σ_в>520МПа) при хорошей вязкости (δ>18%, KCU>100 Дж/см²) характерны для низко- и средне-легированных сталей. Механические свойства легированных сталей определяется количеством легирующих элементов. Легирование значительно повышает механические и эксплуатационные свойства (жаропрочность, коррозионную стойкость и т.д.). Например, хром – жаростойкость, никель – коррозионную стойкость и т.д. Следовательно, искать нужную сталь следует в первую очередь среди низко– и средне-легированных жаропрочных сталей.

Выбор способа формообразования

Учитывая простую форму шпильки, для его изготовления наиболее приемлемым является использование проката Ø25 мм в горячекатаном состоянии. Это позволит приблизить коэффициент использования металла к единице за счет минимального съема металла при последующей обработке резанием.

Выбор марки материала

Для выбора марки материала были проанализированы механические свойства группы жаропрочных сталей [3, стр. 270] предназначенные для изготовления деталей коллекторных установок высокого давления, труб пароперегревателей, паровых котлов и других деталей, работающих при высоких температурах.

Полностью соответствуют заданным требованиям сталь 12Х1МФ.

Стали других групп не удовлетворяют заданным требованиям по многим показателям.

Ниже приводятся химический состав, механические и технологические свойства стали 12Х1МФ по данным справочника [3].

Назначение стали 12Х1МФ (табл. 584): трубы пароперегревателей, трубопроводов и коллекторных установок высокого давления, поковки для паровых котлов и паропроводов, детали цилиндров газовых турбин, крепежные детали.

Химический состав по ГОСТ 20072-74(табл. 583):

0,08-0,15%С; 0,9 – 1,2% Cr ; 0,25 – 0,35% Mo; 0,15 – 0,30% V; 0,17 – 0,37% Si;

< 0,30% Ni; <0,03% S; <0,03% P; 0,25-0,8% Mn.

Механические свойства по ГОСТ 20072-74 в сечении до 25 мм после нормализации при 960-980°С с последующим охлаждением на воздухе и высоким отпуском при температуре 700–750°С с охлаждением на воздухе (табл.585): σ_в>480МПа, σ_т>260 МПа, δ>21%, ψ >55%, KCU>100 Дж/см².

Механические свойства при температуре 20°С(табл.586):

σ_в>510МПа, σ_т>330 МПа, δ>25%, ψ >55%, KCU>150 Дж/см²

Назначение вида и режима термической обработки

Оптимальным вариантом окончательной термообработки, обеспечивающей структуру тонкопластинчатого перлита (сорбита) и высокой, длительной жаропрочности, является, нормализация при 960-980°С с последующим охлаждением на воздухе и высокий отпуск при температуре 700–750°С с охлаждением на воздухе.

Описание структуры и свойств готовых деталей

Шпилька, изготовленная из проката в горячекатаном состоянии, с последующей нормализацией подвергнутой термообработке, состоящей из высокого отпуска при температуре 700–750°С и охлаждении на воздухе, имеет равномерную сорбитную структуру по всему сечению и обладает следующими механическими свойствами, одинаковыми во всём объёме шпильки:

σ_в>480МПа, σ_т>260 МПа, δ>21%, ψ >55%, KCU>100 Дж/см².

Таким образом, выбор в качестве материала для шпильки стали 12Х1МФ, и применение в качестве упрочняющей термообработки нормализации и высокого отпуска обеспечивает выполнение заданных для этих деталей требований.