материалка / материаловеденье123 / Материаловедение

Содержание

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 (KCU≥80 Дж/см²) и твердости поверхности (58-62HRC). Предел прочности материала колеса должен быть не менее 950 МПа.

Введение.

В настоящее время изготавливается множество различных механизмов и машин, с различными условиями эксплуатации. Для обеспечения необходимых требований нужно, чтобы детали механизмов обладали определенными механическими свойствами, которые зависят от материала, из которого они изготовлены. Не существует определенного материала, который бы обеспечивал требования любой детали, а создание специальной марки материала для вновь создаваемых деталей очень трудоемкий и экономически не выгодный процесс, по этому существует много различных материалов, которые собраны по определенным параметрам.

Для облегчения выбора материала созданы специальные справочники, в которых материалы разбиты по определенным группам: по условию применения, по виду получения заготовки, по режиму термической обработки, по механическим и химическим свойствам.

Материал выбирают по нескольким критериям: определяют, как данная деталь будет изготавливаться, и с помощью какого вида термической обработки будут достигаться нужные механические свойства, которые обеспечивают выполнение поставленных требований при эксплуатации деталей.

Анализ исходных данных.

В задании нужно подобрать материал для детали, работающей при динамических нагрузках и в условиях повышенного износа, это показывает, что деталь должна обладать высокими прочностными характеристиками (σ_В≥950 МПа), высокой твердостью поверхности (58-62HRC) и вязкой сердцевиной (KCU≥80 Дж/см²).

Данными свойствами обладают среднелегированные и высоколегированные марки сталей после закалки. Необходимо учитывать габариты детали для определения прокаливаемости. Максимальная толщина детали 50 мм это показывает, что можно провести объемную закалку, так как данные марки стали обладают той же прокаливаемостью, следовательно, деталь прокалится полностью.

Выбор способа формообразования.

Исходя из размеров и формы детали, наиболее удобнее будет изготовить ее из проката Ø160 мм. Это обеспечит меньшие затраты на материал и упростит процесс изготовления.

Выбор марки материала.

В результате анализа были выбраны несколько марок сталей: 12ХН3А, 18ХГТ, 20ХФ. Наиболее подходящей маркой является 18ХГТ, так как она менее легированная и наиболее дешевая.

Ниже приведены механические, химические и технологические свойства стали 18ХГТ по данным справочникам [2].

Назначение (табл.60): зубчатые колеса коробок передач автомобилей и тракторов и ведомое зубчатое колесо бортовой передачи трактора.

Химический состав по ГОСТ 3543-71 (табл.61):

С=0.17 – 0.23%;

Si=0.17 – 0.37%;

Mn=0.8 – 1.1%;

Cr=1 – 1.3%;

Ti=0.03 – 0.09%

Механические свойства по ГОСТ 8479-70 (табл.64):

σ_т=800МПа;

σ_В=1000МПа;

δ_В=9%;

твердость поверхности HRC62;

твердость сердцевины HB300

Назначение вида и режима термической обработки.

Выбранная марка материала 18ХГТ малоуглеродистая по этому для лучшей закалки необходимо перед закалкой провести цементацию при температуре 920 – 950 ^оС. Затем для придания необходимой вязкости сердцевины проводят первую закалку при температуре 910 ^оС с охлаждением в масле. После проводят высокотемпературный отпуск с охлаждением на воздухе для равномерного распределения структуры по всему сечению и лучшего сочетания прочности, пластичности и вязкости.

Вторая закалка проводиться для поверхности детали при температуре 820 – 860 ^оС с охлаждением в масле. Для снятия напряжений проводят низкотемпературный отпуск с выдержкой при температуре 180 – 200 ^оС и охлаждение на воздухе. Для придания поверхности более лучших свойств проводят нагрев и выдержку детали в аммиаке 15 – 20% при температуре 500 – 520 ^оС и ее охлаждение в месте с печью до температуры 150 ^оС.

Описание структуры и свойств готовых деталей.

Детали, подвергнутые двойной закалке имеют сорбитную структуру в сердцевине и отпущенный мартенсит на поверхности, что обеспечивает вязкую сердцевину и высокую прочность, и твердость поверхности. После проведения упрочняющей термической обработки детали обладают следующими механическими свойствами:

σ_В=1000МПа

σ_Т=800МПа

δ=9%

ψ=50%

KCU=80Дж/см²

твердость поверхности 62HRC

Выбранная марка материала для конусного зубчатого колеса 18ХГТ после проведения упрочняющей термообработки имеет механические свойства, которые полностью удовлетворяют заданным требованиям.

Литература.

1. Сметанин В. И. Выбор материалов и режимов термообработки в зависимости от условий работы деталей и элементов конструкций. Методические указания к курсовой работе по материаловедению. – ВФ ИжГТУ, 2002г.

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

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

– 5 –