Власова Сапронов Ховова_МТ8_Метод указания к ДЗ по материаловедению (821865), страница 3
Текст из файла (страница 3)
1.16. Коленчатый вал дизельного двигателя:а – общий вид коленчатого вала; б – эскиз коленчатого вала (d1 – диаметр кореннойшейки, d2 – диаметр шатунной шейки)Исходные данныеТаблица 1.16σ0,2, МПа KCU, Дж/см2ВариантL, ммd1, ммd2, ммHRCа500423051 – 53104085б750605547 – 51115090в800807057 – 59110080г1320978552 – 5578045д1500907558 – 6110508524Задание МД - 17 (а – д). Пользуясь «Марочником сталей и сплавов»,выбрать марку стали для изготовления колёсной оси тележки различнойгрузоподъёмности (рис.1.17). Производство тележек мелкосерийное.При выборе стали использовать данные согласно выданномуварианту домашнего задания (табл.1.17): основные размеры колёсной оситележки, предел текучести сердцевины σ0,2 (не менее), твёрдостьсердцевины HB (не менее), ударная вязкость KCU (не менее).Обосновать сделанный выбор стали, рекомендовать упрочняющуюобработку оси, которая обеспечит её работоспособность в предлагаемыхусловиях.абРис.
1.17. Колёсная ось тележки:а – общий вид оси колеса тележки; б – эскиз осиИсходные данныеТаблица 1.17ВариантL, ммD, ммσ0,2, МПаHBа7017800290KCU,Дж/см2100б802090032070в11529950310110г1303380026075д1503710502905025Задание МД - 18 (а – д). Пользуясь «Марочником сталей и сплавов»,выбрать марку стали для изготовления вала ротора электродвигателя(рис.1.18). Производство электродвигателей серийное.При выборе стали использовать данные согласно выданномуварианту домашнего задания (табл.1.18): основные размеры вала, пределтекучести сердцевины σ0,2 (не менее), твёрдость сердцевины HB (неменее).Обосновать сделанный выбор стали, рекомендовать упрочняющуюобработку вала, которая обеспечит его работоспособность в предлагаемыхусловиях.абРис.
1.18. Вал ротора электродвигателя:а – общий вид вала ротора; б – эскиз валаИсходные данныеТаблица 1.18ВариантL, ммD, ммσ0,2, МПаHBа9617800280б192351000330в22040940300г250451150400д39080900300262. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИПО ВЫПОЛНЕНИЮ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯРекомендуемая последовательность основных этапов выполнениядомашнего задания и их примерное содержание подробно рассмотрены напримеревыполнениязаданияповыборусталииупрочняющейтермической обработки для условного изделия – хорошо всем известногостроительного топора.Задание МД-0,вариант (в). Пользуясь марочником сталей исплавов, выбрать марку стали для изготовления тяжёлого строительноготопора,предназначенногодляработывусловияхклиматическихтемператур (от +40 до – 60°С) (рис.
2.1). Производство топоров массовое.Рис.2.1 Эскиз строительного топора:1 – обух; 2 – лезвие; 3 – топорище; 4 - клинИсходные данные для выполнения задания (табл.2.1 вариант в):основные размеры топора, твёрдость рабочего лезвия топора HRC навысоте до 25 мм от края полотна, ударная вязкость KCU при –600С,твердость обуха топора в зоне крепления рукоятки НRC.27Обосновать сделанный выбор стали, рекомендовать упрочняющуютермическую обработку строительного топора, которая обеспечит егоработоспособность в предлагаемых условиях.Таблица 2.1ВариантМаксимальноеТвёрдостьТвёрдость стали всечение сталирабочего лезвиязоне обухав зоне обуха,топора,топора,в)S, ммHRCHRC1253-56не более 45Ударная вязкостьпри – 60 0С,KCU, Дж/см2>20Рекомендуемые этапы выполнения домашнего заданияЭТАП 1.
Определение особенностей работы изделия приэксплуатации, их анализ в соответствии с условиями задания. На этомэтапе важно определить характер напряженного состояния металла визделии (статическое, циклическое или ударное нагружение), уровеньсилового воздействия и установить наличие проблемных зон изделия,таких как зоны трения, зоны возможного коробления при термическойобработке и т.д. По результатам такого анализа может бытьустановлентотглавныйфактор,которыйбудетопределятьработоспособность изделия, а значит, будет основным критерием привыборе стали. Существенное значение при выборе материала, крометого, будет иметь также характер производства изделия (массовое,серийное, единичное).
Такой многофакторный анализ позволяет точнеесформулировать требования к материалу, из которого изделие можетбыть изготовлено, и разработать алгоритм поиска нужной стали.Строительныйтопор–этомассовыйручнойплотницкийинструмент, предназначенный для обработки древесины за счёт ударного28нагружения (рубки).
В этой связи лезвие топора должно быть острым исохранять свою геометрию в ходе длительной эксплуатации, т.е. обладатьизносостойкостью в сочетании с достаточной ударной вязкостью. Важно,чтобы при необходимости лезвие топора можно было заточить. Вполнеочевидно, что в зоне лезвия должна быть обеспечена высокая твёрдостьстали, причём не методами поверхностной упрочняющей обработки, апутем закалки на требуемый уровень твердости с получением структурымартенсита (по условиям задачи 53-56 HRC).В противоположность лезвию, основное полотно и обух топорадолжны,главнымобразом,сопротивлятьсянебольшимударнымнагрузкам, поскольку рабочее сечение металла там больше, а напряжениясущественно меньше. Следует иметь в виду, что топор – ручнойинструмент: при его эксплуатации в принципе уровень рабочих нагрузокна изделие не может превышать развиваемого человеком усилия, котороеобычно сопоставимо с его массой (~100 кг).
Применительно к стальномуобуху топора можно считать такие нагрузки весьма небольшими (поусловиямзаданияуровеньтвёрдостименее45HRC).Значит,работоспособность изделия вполне может обеспечить сталь с уровнемусловного предела текучестиσ0,2 >300 МПа и ударной вязкостьюKCU > 20 Дж/см2. Известно [2], что наилучшее сочетание достаточногоупрочнения и вязкости стали обеспечивает выполнение закалки споследующим высоким отпуском (применяемый термин – улучшение).Таким образом, краткий анализ условий работы топора показывает,что выбираемая сталь должна иметь разные механические свойства вотдельных зонах, что может быть достигнуто только с помощьюкомбинированной термической обработки.Следует также учитывать, что топор – изделие весьма сложнойгеометрии, имеет участки разнотолщинности в зоне обуха (концентраторынапряжения), кроме того, необходимо сохранить его плоскостность в29тонкомсеченииобстоятельстваприпроведениипоказывают,термической обработкичтотопоратермическойприобработки.проведенииЭтиупрочняющейнельзя будет использовать особоскоростное охлаждение (в воде).Проведённый анализ задания показывает, что при весьма сложнойгеометрии топора выбираемая сталь должна иметь: высокую твёрдостьв зоне лезвия, причём во всём объёме лезвия, и сочетание прочности ивязкости – в зоне обуха.
В такой ситуации очевидно, что для выборастали, предназначенной для изготовления топора, в качестве решающего(определяющего) фактора следует рассматривать требование высокойтвёрдости рабочего лезвия (53…56 HRC), которая должна обеспечитьнеобходимый уровень износостойкости топора при длительной работе.Хорошо известно, что уровень максимальной твёрдости, достигаемый встали при её упрочняющей термической обработке (при закалке),определяется содержанием в ней углерода. Поэтому вначале следуетпровести поиск такой концентрации углерода в стали, которая можетгарантировать достижение в ней при закалке требуемого уровня твёрдости53-56 HRC. А затем для найденного содержания углерода провести поискуже конкретной марки стали с учётом легирующих компонентов икачества выплавки, которая подойдёт по прокаливаемости, а послетермической обработки будет гарантировать выполнение всех другихусловий задания.Таким образом, в данном задании выбор стали для изготовлениятопора необходимо осуществлять в два этапа, т.е.
на этапе 2 и этапе 3.Примечание: если по результатам анализа условий работы изделия иособенностей его геометрии сразу становится очевидным направление поиска стали,необходимой для его изготовления (например, среди цементуемых, улучшаемых илиазотируемых сталей), то можно переходить уже непосредственно к 3 этапу выполнениязадания.30ЭТАП 2.Выбор концентрации углерода, гарантирующейдостижение требуемого уровня твёрдости при закалке стали.Требуемый уровень твёрдости лезвия топора (53-56 HRC) – весьмавысокий для сталей, поэтому поиск следует начинать с концентрацииуглерода 0,4%.
С использованием «Марочника сталей и сплавов» [1]необходимопроанализироватьуглеродистыеконструкционныекачественные стали, отличающиеся только концентрацией углерода, исопоставить максимальную твёрдость, которую можно получить в них призакалке. Такие сведения для большинства сталей можно найти всоответствующих таблицах прокаливаемости, если ориентироваться наминимальное расстояние от торца образца (обычно это 1,5 мм).Одновременно следует обратить внимание на уровень прокаливаемостиэтих углеродистых сталей в масле, поскольку сложная геометрия топорадиктует необходимость соблюдения плоскостности его рабочей зоны, а,значит, исключает применение при закалке резкого охлаждения в воде.Данные проведённого анализа представлены в таблице 2.2.Таблица 2.2Твердость и прокаливаемость углеродистых сталей в зависимости отсодержания в них углеродаПрокаливаемость в%С в сталиHRC после закалки0,450,5…588…150,4550,5…596…120,5554…639…16Изпредставленныхданныхможномасле, ммсделатьследующиепредварительные выводы:1)сталь, предназначенная для изготовления топора, должнасодержать не менее 0,55 % углерода, что должно гарантировать получение31в рабочем лезвии необходимого уровня твёрдости после упрочняющейтермической обработки;2)подходит,углеродистая сталь для изготовления данного топора явно непоскольку втакомслучаенегарантируетсясквознаяпрокаливаемость стали в масле в максимальном сечении в зоне обуха(задано 12 мм);3)сталь для заданного изделия может быть легирована весьманебольшим количеством легирующих элементов, поскольку уровеньпрокаливаемости углеродистой стали в масле уже близок к требуемому (всреднем около 10 мм).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
