МД-15В (Выбор материала и технологии термической обработки)

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена ТрудовогоКрасного Знамени государственный технический университетимени Н.Э. БауманаФакультет «Машиностроительные технологии»Домашнее заданиепо курсу «Материаловедение»ВАРИАНТ МД-15ВВыполнил: студент группы РКТ2-51С.Д.

КомогоровПроверил: доцент кафедры МТ8Л.П. ФоминаМосква, 2020гТехническое заданиеЗадание МД-15 (в). Пользуясь «Марочником сталей и сплавов»выбрать марку стали для изготовления установочного кольца (рис. 1).Производство колец серийное.При выборе стали использовать данные согласно выданному вариантудомашнего задания (табл. 1): основные размеры кольца, предел текучестистали σ0,2 (не менее), твердость стали HB (не менее), ударная вязкость KCU(не менее).Обосновать сделанный выбор стали, рекомендовать упрочняющуюобработку кольца, которая обеспечит его работоспособность в предлагаемыхусловиях.абРис.

1. Установочное кольцоа – общий вид установочного кольца; б – эскиз установочного кольцаТабл. 1Исходные данныеВариантD, ммd, ммs, ммσ0,2, МПаHBKCU, Дж/см2в9050141000320502ЭТАП 1. Определение особенностей работы изделия при эксплуатации, иханализ в соответствии с условиями задания.Установочноекольцо–этодетальширокоиспользуемаявприборостроении, машиностроении, автомобильной промышленности идругих отраслях, связанных с тяжелой промышленностью. Его применяютдля закрепления комплектующих на валах и вращающихся элементах машин.Установочное кольцо является деталью стопора, поэтому оно должно бытьизготовлено из упругих материалов выдерживающих большие упругиенагрузки и температуры.На эскизе установочного кольца есть резьбовое отверстие под фиксатор(фиксирующий винт) и канавка под пружинное кольцо.

Зоны этихконструктивныхэлементовбудутявлятьсязонамиконцентрациинапряжений, то есть в этих местах напряжения будут достигать своегомаксимума.Таким образом, краткий анализ условий работы установочного кольцапоказывает, что выбираемая сталь должна иметь разные механическиесвойства в отдельных зонах, что может быть достигнуто только с помощьюкомбинированнойтермическойобработки.Таккакдетальдолжнаподвергаться значительным упругим нагрузкам, то следует применятьзакалку с последующим высоким отпуском (охлаждение на воздухе).Таккакунасимеютсяместарезкогопереходагеометрии(концентраторы напряжений), то чтобы избежать коробления в этих местах,следует исключить скоростное охлаждение (исключить охлаждение в воде).ЭТАП 2.

Выбор концентрации углерода, гарантирующей достижениетребуемого уровня твердости при закалке стали.Пропускаю ЭТАП 2. , так как по результатам анализа условий работыизделия и особенностей его геометрии сразу становится очевиднымнаправления поиска стали, необходимой для изготовления деталей.3ЭТАП 3. Выбор конкретной марки стали, которая по всем параметрам будетсоответствовать требованиям задания.Из условий эксплуатации деталь должна выдерживать большиеупругие нагрузки, следовательно сталь должна быть упругая. В условияхвыполняемой работы заявлено, что предел текучести материала должен бытьне менее 1000 МПа, твердость стали не менее 320 HB, ударная вязкость неменее 50 Дж/см2.Пользуясь «Марочником сталей и сплавов» выбираю марку стали, укоторой после закалки c охлаждением в масле и последующего отпуска сохлаждением на воздухе характеристики, описанные в абзаце выше,удовлетворяют требуемым (равны или больше).Обращаюсь к конструкционным легированным сталям, к которымпредъявляются требования высокой прочности, упругости, износостойкости.Основываясь на выбранной термической обработке (закалка в масле ивысокий отпуск на воздухе) выберем несколько марок сталей, подходящихдля изготовления установочного кольца.

Сравниваем марки стали: 40ХС,40ХН, 40ХН2МАТабл. 2Механические свойства сравниваемых марок стали.Марка сталиσ0,2 , МПаHBKCU, Дж/см240ХС11003806040ХН10803024610803508840ХН2МААнализируемполученныеиз«Марочникасталейисплавов»механические свойства марок сталей и делаем однозначный вывод: марка4стали 40ХН не удовлетворяет требуемым механическим свойствам материалаустановочного кольца (см. табл. 1). Остается сравнить марки 40ХС и40ХН2МА.

Как видим, обе марки удовлетворяют требуемым свойствамматериала установочного кольца, по этому будем делать выбор основываясьна наличии набольшего запаса по механическим свойствам марки стали всовокупности. Выбираю сталь марки 40ХС, так как у нее, в совокупности,запас механических свойств больше чем у стали марки 40ХН2МА.Табл. 3Химический состав стали 40ХС, %CuFeCCrMnSi0,37 –1,30 –0,30 –1,20 –1,600,601,60~ 95 0,45Табл. 4NiSP0,0350,035не более0,300,30Механические свойства в зависимости от температуры отпускаσ0,2σВδ5ψKCU, Дж/см2ТемператураОтпуска, °С(ГОСТ 4543-71)МПаHB%Закалка 900 °С, масло. Охлаждение после отпуска на воздухе.500Табл.

511001320115060380Температура критических точек, °СAc1Ac3 (Acm)Ar3 (Arcm)Ar1MН7638107356803205Исходя из процентного содержания фосфора (P) и серы (S) необходимодобавить, что сталь 40ХС является качественной.Зная точный химический состав стали, можно приступить к разработкережима её упрочняющей термической обработки.ЭТАП 4. Разработка режима упрочняющейтермической обработкивыбранной стали в соответствии с требованиями задания.Выбранная сталь 40ХС относится к доэвтектоидным сталям, потомучто содержание углерода в данной марке стали от 0,37% до 0,45% (табл.

3).Пока сталь не подвергнется закалке, её структура будет состоять изферрита и перлита. Так как сталь 40ХС доэвтектоидная, то сталь подвергаютполной закалке и температура нагрева под закалку находят исходя изсоотношения: нагрева = + (30 … 50) °.Соответственно для нашей стали оптимальная температура под закалкубудет 840…860 °C. В марочнике механические свойства стали 40ХСрассматриваются при температуре под закалку 900 °C, что вполне приемлемои далее будет рассматриваться в качестве ориентира при построении графикатермической обработки.При достижении tнагрева феррит и перлит переходят в аустенит, далееохлаждая сталь в масле, при достижении температуры MН (Температураобразованиямартенсита)начинаетобразовыватьсямартенсит.Далеезакаленную сталь подвергает отпуску, в нашем случае отпуск – высокий,закаленную сталь 40ХС нагреваем до температуры 500 °C, при которыхполностью устраняются внутренние напряжения и образуется сорбитотпуска.

В результате этого сталь приобретает наилучший комплексмеханических свойств: повышенную прочность, вязкость и пластичность.Охлаждаем на воздухе.Так как наша изготавливаемая деталь имеет небольшое сечение(согласно ГОСТ 2832-77), то время высокого отпуска для нее будет 1-2 часа.6Рис. 2 Схема термической обработки установочного кольца из ст. 40ХСЗаключениеПри выполнении домашнего задания была подобрана оптимальнаяпо своим механическим свойствам марка стали, а именно стальлегированная конструкционная 40ХС.

Также был подобран маршруттермическойобработкиоснованныйсвойствах стали. (см. табл. 1 и табл. 4)7натребуемыхмеханическихЭТАП5.Оформлениеспискалитературы,использованнойпривыполнении домашнего задания.1. “Марочник сталей и сплавов”. Под редакцией В.Г. Сорокина;2. Комплект домашних заданий по курсу “Материаловедение”.

Д.В. Власова,И.Ю. Сапронов, О.М. Ховова;3. “Материаловедение”. Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов, В.И.Макарова, Г.Г. Мухин, Н.М. Рыжов, В.И. Силаева, Н.В. Ульянова;4. ГОСТ 2832 – 77. Кольца установочные с винтовым креплением.Конструкция и размеры.8.