материалка / 73 Курсовой материалка. Саша

Министерство Образования Российской Федерации

Ижевский Государственный Технический Университет

Воткинский филиал

Кафедра ТМ и П

КУРСОВАЯ РАБОТА

По курсу «Материаловедение».

«Выбор материалов и режимов термической

обработки в зависимости от условий работы

деталей и элементов конструкций»

Выполнил: студент гр. Д-512 Смирнов А. В.

Проверил: доцент каф ТМ и П к. т. н. Сметанин В.И.

Воткинск 2008

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 №73

Выбрать способ формообразования, марку материала и режим термической обработки для кулачковой муфты диаметром 92мм, работающего в условиях динамического приложения нагрузки и высокого контактного давления.

Наибольшее сечение 10 мм. Требования: твердость рабочей поверхности на глубину 0,8-1,1 мм – 54-62 HRC, механические свойства в сечений: σ_В≥850 МПа, σ_Т≥650 МПа, KCU≥80 Дж/см².

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 надо 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, механические и технологические свойства, их химический состав, 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 упора производился поэтапно, то есть в соответствии с вышеуказанной последовательностью.

АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

ДЛЯ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА

Задание на курсовую работу предусматривает выбор материала для кулачковой муфты, работающих в условиях динамического приложения нагрузки и высокого контактного давления.

Анализ приведённых в задании требований показал следующее:

Средние значения прочностных характеристик (σ_В≥850 МПа, σт≥650 МПа), при хорошей ударной вязкости (KCU≥80 Дж/см²), что характерно для углеродистых и легированных сталей.

Среди требований значится и твёрдость поверхности 54-62 HRC на глубину 0,8-1,1 мм (больше всего подвергается воздействию). Необходимые прочностные характеристики можно получить упрочняющей термообработкой: двойной закалкой в воде или масле, отпуском при температуре 180 градусов, а необходимую твёрдость цементацией, после упрочняющей термообработки.

Максимальный размер сечения 10 мм, прокаливаемость на глубину 0,8-1,1 мм с твердостью 54-62HRC, можно достичь цементацией.

ВЫБОР СПОСОБА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Учитывая простую форму кулачковой муфты, для её изготовления наиболее приемлемым является использование круглой горячекатаной стали размером 100 мм. А далее прошивкой.

Данный способ формообразования позволит получить оптимальное расположение волокна, соответствующее конфигурации детали. И снизить коэффициент использования металла за счёт минимального съёма металла при последующей обработке резаньем.

ВЫБОР МАРКИ МАТЕРИАЛА.

Для выбора марки материала были проанализированы механические свойства углеродистых и легированных сталей.

Полностью заданным требованиям соответствуют сталь 20ХН, заменители сталь 18ХГТ, сталь 20ХНР, сталь 15ХР. Ниже приводятся химический состав, механические и технологические свойства стали 20ХН по данным справочника [3].

Назначение стали 20ХН (табл.120):

Шестерни, втулки, муфты, пальцы, детали крепежа, и другие детали, от которых требуется повышенная вязкость и умеренная прокаливаемость. Химический состав по ГОСТ 4543-71 (табл.125):

0,17-0,23% С; 0.17-0.37 % Si; 0.4-0.7 % Mn; 0.45-0.75 % Cr ; 1-1.4 %Ni; до 0.035%P; до 0.3%Cu

Механические свойства по ГОСТ 8479-70 (табл. 126) Образец сечением 10 мм. Закалка 850 °С, масло. σ_В≥800 МПа, σ_Т≥600 МПа, KCU≥80 Дж/см².

Прокаливаемость:

Критический диаметр при закалке в масле (табл.119):

7 – 12 мм (50% мартенсита);

Предел выносливости (табл.124): σ_-1=578 МПа.

НАЗНАЧЕНИЕ ВИДА И РЕЖИМА

ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

При получении заготовок кулачковой муфты способом ковки, прошивки в процессе нагрева до температуры 1250 °С [3, табл.62] происходит значительный рост зерна, и после горячей деформации разнозернистая структура, которая может отрицательно сказаться на механических свойствах готовой детали. Следовательно, для повышения твёрдости и прочности заготовки после ковки необходимо подвергнуть термической обработке.

Оптимальным вариантом для получения заданных характеристик является упрочняющая термообработка, состоящей из первой закалки с нагревом на 860°С и второй с нагревом до 760-810°С с и отпуска при 180°С с охлаждением в воде или масле с последующей цементацией, на глубину 0,8-1,1 мм с последующим охлаждением в масле для получения твердости на поверхности 54-62HRC, при этом сердцевина будет оставаться вязкой порядка KCU≥120 Дж/см²

ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ГОТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Муфты, изготовленные из углеродистой стали методом горячей прошивки в сочетании с цементацией имеют на поверхностном слое структуру цементита, сердцевина деталей имеет сорбитную структуру. Готовые детали упоров обладают следующими механическими свойствами:

σ_Т≥580 – 620 МПа, σ_В≥790 – 850 МПа,

твёрдость на поверхности HRC≥80 (табл. 119 [1])

(в сердцевине) KCU≥120 Дж/см².

Таким образом, выбор в качестве материала для изготовления муфты сталь 20ХН, изготовление их методом ковки и применение в качестве упрочняющей термообработки закалки с высоким 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