материалка / 14 Курсовой матер. Галя

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-512

Исупова Г.С.

Проверил: доцент, к.т.н.

Сметанин В.И.

Воткинск

2006

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 №14

Выбрать способ формообразования, марку материала и режим термической или химико-термической обработки для конических зубчатых колес диаметром 150 мм, работающих в условиях динамических нагрузок и повышенного износа. Наибольшая толщина 50 мм. С учетом условий работы колес конструктором задан высокий уровень ударной вязкости материала (КСU≥80 Дж/см² ) и твердости поверхности (58-62 HRC). Предел прочности материала колеса должен быть не менее 950 МПа.

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 необходимо 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, их химический состав, механические и технологические свойства, 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 зубчатого колеса производился поэтапно, то есть в соответствии с вышеуказанной последовательностью.

АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

ДЛЯ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА

Задание на курсовую работу предусматривает выбор материала для зубчатых колес, работающих в условиях динамических нагрузок и повышенного износа.

Анализ приведённых в задании требований показал следующее:

Довольно высокие значения прочностных характеристик (σ_В≥950 МПа) , при хорошей ударной вязкости ( KCU≥80 Дж/см²), что характерно для низко- и среднелегированных сталей.

Среди требований значится и твёрдость поверхности зубьев – 58-62 HRC (они больше всего подвергаются воздействию). Необходимую твёрдость можно добиться только цементацией, которая применяется как для средне- и высоколегированных сталей, так и для низколегированных сталей, упрочняющей термообработкой после которой является закалка с низким отпуском.

Максимальный размер сечения зубчатого колеса 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

В качестве способа формообразования для зубчатого колеса следует применить горячую штамповку в сочетании с прошивкой для получения сквозного отверстия.

Горячая штамповка заготовок зубчатых колёс, как правило, производится в крупносерийном и массовом производстве на молотах, горизонтально-ковочных машинах, кривошипных прессах и т.д. Штампуют заготовки по двум основным причинам. Во-первых, в результате штамповки деталь приобретает правильную форму, благодаря чему уменьшаются трудоёмкость механической обработки и количество неиспользованного материала; во-вторых, штамповка увеличивает прочность зубчатого колеса.

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, а также он более рационален, чем другие способы формообразования, так как непосредственно штамповку и прошивку можно выполнить за один нагрев. Нарезание зубьев производится на специальных станках (зубодолбежных), на следующих этапах обработки.

ВЫБОР МАРКИ МАТЕРИАЛА.

Для выбора марки материала были проанализированы механические свойства сталей с добавками титана для тяжелонагруженых зубчатых колес с высокой прочностью сердцевины зуба.

Полностью заданным требованиям соответствуют стали 18ХГТ,20ХГНТР. 18ХГТ в меньшей степени легирована, чем другие стали, что снижает её себестоимость.

Стали других групп не удовлетворяют заданным требованиям по многим показателям.

Ниже приводятся химический состав, механические и технологические свойства стали 18ХГТ по данным справочника [3].

Назначение стали 18ХГТ (табл.60):

Зубчатые колеса коробки передач автомобилей и тракторов, и ведомых зубчатых колес бортовой передачи трактора.

Химический состав по ГОСТ 4543-71 (табл.61):

0,17-0,23% С; 0,17-0,37% Si;0,8-0,11% Mn; 1,0-1,3% Cr; 0,03-0,09% Тi.

≤0,035% P; ≤0,035% S; ≤0,30% Cu.

Механические свойства по ГОСТ 4543-71 в сечении толщиной 50 мм. после цементации с нагревом на 920-950С;охлаждение на воздухе, при закалке с нагревом на 820-860°С, в масле с низкого отпуском при 180-200°С с охлаждением на воздухе (табл.64):

- σ_В≥1000 МПа, σ_Т≥800 МПа, KCU≥80 Дж/см². ,58-62 HRC.

НАЗНАЧЕНИЕ ВИДА И РЕЖИМА

ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

При получении заготовок зубчатых колес способом горячей штамповки в сочетании с прошивкой в процессе нагрева до температуры 1250 °С [3, табл.62] происходит значительный 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 штамповки и прошивки необходимо подвергнуть химико-термической или термической обработке.

Оптимальным вариантом для получения заданной твёрдости (58-62 HRC) поверхности и вязкости (KCU≥80 Дж/см²) сердцевины детали является цементация с нагревом на 920-950°С с последующей упрочняющей термообработкой, состоящей из закалки с нагревом на 820-860°С с охлаждением в масле и низкого отпуска при 180-200°С с охлаждением на воздухе.

ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ГОТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Зубчатые колеса, изготовленные из легированной стали методом горячей штамповки в сочетании с прошивкой с последующей цементацией и упрочняющей термообработкой, состоящей в проведении закалки с низким отпуском, имеют на поверхностном слое структуру мартенсита. Под поверхностным участком слоя лежит подслой эвтектоидного состава, имеющий мартенситную структуру, сердцевина деталей имеет сорбитную структуру. Готовые детали конических зубчатых колес обладают следующими механическими свойствами:

σ_Т≥800 МПа, σ_В≥1000 МПа, δ≥9%, KCU≥80 Дж/см².

Таким образом, выбор в качестве материала для изготовления конического зубчатого колеса сталь 18ХГТ, изготовление их методом горячей штамповки в сочетании с прошивкой 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