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

Мещерякова О.М.

Проверил: доцент, к. т. н..

Сметанин В.И.

Воткинск 2008

Содержание.

Введение……………………………………………………………………...3

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

Выбор способа формообразования…………………………………………5

Выбор марки материала……………………………………………………..6

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

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

Литература……………………………………………………………………8

Введение.

Одной из актуальных тем на сегодняшний день является решение проблемы повышения качества и долговечности продукции в промышленности. В результате непрерывного роста уровня современной техники, усложнением и расширением требований, предъявляемых к свойствам и качеству металлических сплавов, существует необходимость в постоянном совершенствовании технологических процессов, связанных с производством продукции из металлов и сплавов.

Сейчас известно большое количество металлов и сплавов, которые применяются в различных областях промышленности. Чтобы было проще выбрать материал для изделия, металловеды выделили среди них группы по назначению, характерным физическим свойствам, химическому составу и методу термической или химико-термической обработки.

В настоящее время металл пытаются заменить другими более легкими материалами, но в результате получаются вещества, или более дорогие по себестоимости, или не удовлетворяющие необходимым механическим свойствам. Металлы же прочно заняли свою нишу в промышленности и являются наиболее качественным, универсальным и долговечным материалом для производства различных деталей машин и механизмов.

В данной курсовой работе необходимо выбрать марку материала так, чтобы она удовлетворяла ряду требований готовой детали: твердости на поверхности зубьев, ударной вязкости, пределу прочности и текучести. Также необходимо учесть условия, в которых будет работать деталь, например динамические нагрузки, контактные напряжения, границы рабочих температур и др. Кроме того, на долговечность работы будет влиять такой фактор, как агрессивность среды, в которой ведется эксплуатация детали. Все вышеперечисленные факторы влияют на выбор марки материала и способ химико-термической обработки.

Задание №46

Выбрать способ формообразования, марку материала и режим термической или химико-термической обработки для вала-шестерни, работающей в условиях передачи больших крутящих моментов и повышенного износа зубьев. Диаметр вала 35 мм, диаметр шестерни 125 мм, наибольшее сечение вала-шестерни 50мм. Требования: твердость зубьев ≥ 55 HRC, механические свойства в сечении - σ_в≥800 МПа, σ_т ≥600 МПа, KCU≥60 Дж/см² .

Анализ исходных данных для выбора материала.

Анализ приведенных в задании требований показал, что заданные значения прочностных характеристик ( σ_в ≥ 800МПа, σ_т ≥ 600МПа) и вязкости материала детали (КСU ≥ 60Дж/см² ) характерны для улучшаемых легированных сталей ( С 0,3 - 0,5 %). Для получения высокой твердости (≥ 55 HRC), контактной выносливости после химико-термической обработки верхний слой должен обладать высокой закаливаемостью. После закалки слой не должен иметь продукты перлитного и промежуточного превращений переохлажденного аустенита.

Прокаливаемость центральной части зубчатого колеса должна обеспечить высокие механические свойства, в том числе повышенный предел текучести. Для получения сопротивления хрупкому разрушению и возможности использования непосредственной закалки сталь должна быть наследственно мелкозернистой.

Выбор способа формообразования.

В качестве способа формообразования может быть выбрана горячая штамповка, которая в значительной степени позволит уменьшить расход материала.

Выбор марки материала.

Для выбора марки материала были проанализированы механические свойства группы улучшаемых сталей, наиболее подходящими оказались хромистые стали.

Полностью соответствует заданным требованиям сталь 50Х(по данным справочника (2)).

Назначение стали 50Х (таблица 155):

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

Химический состав (таблица 156):

0,46 – 0,54% С; 0,17 – 0,37% Si; 0,50 – 0,80% Mn; 0,80 – 1,10% Cr.

Механические свойства стали(таблица 162):

В сечении до 100 мм. после закалки при температуре 820 – 840^оС в масле, высоком отпуске при 540 - 580 ^оС и последующем охлаждении на воздухе, σ_В≥800МПа, σ_Т≥650МПа, KCU≥60Дж/см²

Назначение вида и режима

термической обработки.

В процессе горячей штамповки материал разогревают до 1200^оС, что приводит к значительному росту зерна, поэтому деталь необходимо подвергнуть нормализации с помощью нагрева до 880-920^оС, чтобы получить мелкозернистую структуру.

Для получения требуемой прочности и твердости (≥ 55 HRC) деталь подвергают закалке ТВЧ с нагревом 820^оС и низким отпуском при 160-180^оС и последующем охлаждении на воздухе.

Описание структуры и свойств

готовой детали.

Вал-шестерня изготовленный методом горячей штамповки , подвергнутый термообработке , включающей в себя закалку ТВЧ с низким отпуском, имеет структуру поверхностного слоя – опущенный мартенсит с высокой твердостью. Далее следует троосто мартенситная зона, плавно переходящая в структуру вязкой сердцевины. Механические свойства детали:

σ_в ≥ 800МПа, σ_т ≥ 600МПа, КСU ≥ 60Дж/см², ≥ 55 HRC.

Таким образом, выбор в качестве материала для вала-шестерни стали 50Х , изготовление его методом горячей штамповки и применение упрочняющей термообработки закалки с низким отпуском обеспечивает выполнение заданных для этой детали требований.

Литература:

1. Ю. М. Лахтин. Металловедение и термическая обработка металлов. Учебник для вузов. 3-е изд. М.: «Металлургия», 1983. 360с.

2. Журавлев В. Н., Николаева О. И. Машиностроительные стали. Справочник. М.: Машиностроение, 1992.

3. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 1989.

8