1. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

   1. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

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. ВЗ – 311(3,6) Чебкасова Н.В.

Проверил: доцент, к. т. н. Сметанин В.И.

4. Воткинск

2008

Содержание

1. Задание 3

2. Введение 4

3. Анализ исходных данных для выбора материала 5

4. Выбор способа формообразования 5

5. Выбор марки материала 5

6. Назначение вида и режима термической обработки 6

7. Описание структуры и свойств готовых деталей 6

8. Литература 7

5. Задание № 20

Выбрать способ формообразования или вид полуфабриката, марку материала и режим термической обработки для решетки, имеющей форму круга диаметром 180 мм толщиной 5 мм с круглыми отверстиями диаметром 10 мм, работающей в щелочной среде в струе движущейся жидкости при температуре до +50^оС.

Требования: устойчивость против коррозии в щелочной среде; механические свойства: σ_В≥450 МПа, σ_Т≥200 МПа, δ≥20%, KCU≥60 Дж/см².

Задание № 40

Эскиз решётки

13. ВВЕДЕНИЕ

Долговечность и надежность деталей машин зависят от материала и его конструктивной прочности, то есть комплекса технических прочностных свойств, которые в наибольшей степени влияют на эксплуатационные свойства изделия.

На выбор материала решающее влияние оказывает способ формообразования: литье, обработка давлением, обработка резанием и др. Режим термической обработки для придания материалу необходимых свойств зависит в первую очередь от выбранной марки материала, а в ряде случаев и от способа формообразования.

Требования экономической эффективности материала также должны учитываться. Конструктор имеет возможность выбрать наиболее целесообразный вид и форму поставляемого полуфабриката и термическую обработку, уменьшить металлоёмкость конструкции.

В настоящее время в мире существует огромное количество сталей и всевозможных сплавов, которые применяются в различных областях производства, при этом они могут испытывать различные воздействия, связанные: с видом нагрузки (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, сдвиг), характером нагружения (статический, динамический).

Не существует универсального материала, способного успешно работать во всех этих случаях. 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 этого надо выбирать наиболее целесообразный вид и форму поставляемого полуфабриката.

Для различных деталей в зависимости от свойств, которые нужны детали, применяют различные виды термообработки, которые зависят в первую очередь от выбранной марки материала, а в ряде случаев и от способа формообразования. Поэтому выбор материала для решётки осуществлялся в следующей последовательности:

- анализ исходных данных (требуемых значений технических характеристик );

-материала и условий работы детали - выбор способа формообразования;

- выбор марки материала;

- назначение вида и режима термообработки.

АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

ДЛЯ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА

Задание на курсовую работу предусматривает выбор материала для решётки, работающей в щелочной среде в струе движущейся жидкости при температуре до 50⁰С.

Анализ приведенных в задании требований показал следующее.

Заданные значения прочностных характеристик σ_В≥450 МПа, σ_Т ≥200 МПа, δ≥20%, KCU≥60 Дж/см² соответствуют легированным сталям. Так как деталь работает в слабо агрессивной среде то материал нужно искать в сталях с коррозионной стойкостью.

ВЫБОР СПОСОБА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Учитывая форму решётки, в качестве способа формообразования следует применить листовую штамповку. Это позволит получить оптимальное расположение волокна, соответствующее конфигурации детали.

2. ВЫБОР МАРКИ МАТЕРИАЛА

Для выбора марки материала были проанализированы механические свойства группы коррозионно-стойких сталей [3, стр.237], предназначаемых для изготовления решёток и др. деталей.

Заданным требованиям соответствуют стали 08Х13, 12Х13 и 20Х13. Наиболее подходит по механическим свойствам сталь 12Х13. Стали других групп не удовлетворяют заданным требованиям по некоторым показателям.

Ниже приводятся химический состав, механические и технологические свойства стали 12Х13 по данным справочника [3].

Назначение стали 12Х13 (табл.415): Для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам (клапаны гидравлических прессов, предметы домашнего обихода), а также изделий, работающих в обычных атмосферных условиях, речной и водопроводной воде, водных растворах солей органических кислот.

Химический состав по ГОСТ 5632-72 (табл.416):

0,09-0,15%С; 12-14% Cr; ≤ 0,8% Mn; ≤0,8%Si; ≤0,025%S; ≤0,03%P.

Механические свойства (табл.416): листовой стали по ГОСТ 7350-77 в сечении от 4 до 50 мм после закалки с нагревом на 1000-1050^оС с охлаждением на воздухе и высоким отпуском при 680-780^оС с охлаждением на воздухе или в печи.

σ_В≥500 МПа, σ_Т≥350 МПа, δ≥21%, KCU≥90 Дж/см².

Температура ковки (табл. 420):

начала 1230^оС

конца 850^оС

Свариваемость для стали 12Х13 РДС, АрДС, КТС с подогревом (200-300^оС) и последующей термообработкой: нормализация 950-1000^оС и высокого отпуска 650-720^оС

3. НАЗНАЧЕНИЕ ВИДА И РЕЖИМА

ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

При получении заготовок типа решёток методом листовой штамповки в процессе нагрева до температуры 1230^оС [3, табл.420] происходит значительный рост зерна, сохраняется разнозернистая структура. Поэтому для выравнивания и измельчения структуры заготовки решётки после формообразования целесообразно подвергнуть охлаждению на воздухе или низкотемпературному отжигу [3,табл.420].

Оптимальным вариантом окончательной (упрочняющей) термообработки, обеспечивающей получение требуемых свойств, является, как это следует из предыдущего раздела, закалка с нагревом на температуру 1000-1050^оС с охлаждением на воздухе и высоким отпуском при 680-780^оС с охлаждением на воздухе или в печи.

4. ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ

ГОТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Решётки, изготовленные из стали методом листовой штамповки с последующим охлаждением на воздухе или низкотемпературным отжигом, имеют мартенсито-ферритную структуру по всему сечению и обладают следующими механическими свойствами, одинаковыми во всем объеме решётки:

σ_В≥500 МПа, σ_Т≥350 МПа, δ≥21%, ψ≥60%, KCU≥90 Дж/см².

Таким образом, выбор в качестве материала для решётки стали 12Х13, изготовление их методом листовой штамповки и применение в качестве термообработки закалки с высоким отпуском обеспечивает выполнение заданных для этих деталей требований.

ЛИТЕРАТУРА

1. Материалы в машиностроении. Выбор и применение. Справочник (в 5 то-

мах). – М.: Машиностроение, 1967.

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

3. Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали. Справочник. –

М.: Машиностроение, 1992.

4. Сметанин В.И. Выбор материалов и режимов термической обработки в зависимости от условий работы деталей и элементов конструкций. Методические указания к курсовой работе по материаловедению. – ВФ Иж ГТУ, 2007 г.