ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

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. Д-512

Фотин А.В.

Проверил: доцент, к. т. н.

Сметанин В.И.

Воткинск

2007

Содержание

Содержание 1

Текст задания с эскизом 2

Введение 3

Анализ исходных данных для выбора материала 4

Выбор способа формообразования 4

Выбор марки материала 4

Назначение вида и режима термической обработки 5

Описание структуры и свойств готовых деталей 5

Литература 6

Задание № 70

Выбрать способ формообразования или вид полуфабриката, марку материала и режим термической или химико-термической обработки для болтов диаметром 16 мм, длительно работающих при температуре до 650^о С. Требуемые механические свойства (при комнатной температуре): σ_В≥900 МПа, σ_0,2 ≥700 МПа, δ≥10%, KCU≥20 Дж/см².

Эскиз болта

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 болта 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 болта, длительно работающих при температуре до 650^о С.

Заданные значения прочностных характеристик σ_В≥900 МПа, σ_0,2 ≥700 МПа, δ≥10%, KCU≥20 Дж/см² соответствуют легированным и углеродистым конструкционным сталям. Так как болт работает при очень высокой температуре, то материал нужно искать в первую очередь среди жаропрочных сталей.

ВЫБОР СПОСОБА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Учитывая простую форму болта, для его изготовления наиболее приемлемым является использование калиброванного проката диаметром 16 мм. В качестве способа формообразования оптимальным будет высадка. Это позволит приблизить коэффициент использования металла к единице и обеспечивает оптимальное расположение волокна в головке.

ВЫБОР МАРКИ МАТЕРИАЛА

Для выбора марки материала были проанализированы механические свойства группы сталей [3, стр.269], предназначаемых для изготовления деталей котлотурбиностроения и газовых турбин.

По данным критериям наиболее подходящими являются стали:40Х10С2М, 45Х14Н14В2М. Полностью соответствует заданным требованиям и является более дешевой сталь 40Х10С2М.

Стали других групп не удовлетворяют заданным требованиям по различным показателям.

Ниже приводятся химический состав, механические и технологические свойства стали 40Х10С2М по данным справочника [3].

Назначение стали 40Х10С2М (табл.498): клапаны автомобильных, тракторных, дизельных моторов, крепежные детали, клапаны впуска авиадвигателя.

Химический состав по ГОСТ 5632-72 (табл.499):

0,35-0,45%С; 0,8%Mn; 9,0-10,5%Cr; ≤1,9-2,6%Si; 0,7-0,9Mo; ≤0,030%S; ≤0,035%P.

Механические свойства по ГОСТ 5949-75 в сечении до 16 мм: после закалки с нагревом до температуры 1010-1050^о в воду или в масло и высокий отпуск при 720-780^оС с охлаждением в масле (таблица 500):

σ_В≥950 МПа, σ_Т≥750 МПа, δ≥10%, ψ≥35%, KCU≥20 Дж/см².

НАЗНАЧЕНИЕ ВИДА И РЕЖИМА

ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

При получении заготовок болтов методом высадки в процессе нагрева до температуры 1200^оС [3, табл.506] деталь имеет разнозернистую структуру, а значит, ее надо подвергнуть термообработке, при которой деталь имела бы равномерную мелкозернистую структуру, т.е. нормализации.

Окончательной термообработкой, обеспечивающей получение требуемых свойств, является закалка с нагревом до температуры 1010-1050^о в воду или в масло и высокий отпуск при 720-780^оС с охлаждением в масле.

ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ

ГОТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Болт, изготовленный из проката, подвергнутый закалке с высоким отпуском имеет структуру сорбит.

Болт обладает следующими механическим свойствами, одинаковыми во всём объёме:

σ_В≥950 МПа, σ_Т≥750 МПа, δ≥10%, ψ≥35%, KCU≥20 Дж/см².

Выбранная в качестве материала для изготовления болта методом высадки сталь 40Х10С2М обеспечивает выполнение заданных для этой детали свойств.

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.