Власова Сапронов Ховова_МТ8_Метод указания к ДЗ по материаловедению (839699), страница 3
Текст из файла (страница 3)
1.14. Регулировочный винт измерительного прибора:а –общий вид регулировочного винта; б – эскиз винтаИсходные данныеВариантD, ммL, ммТаблица 1.14HRCHRC(сердцевины)(поверхности)а132845 – 5065 – 66б154548 – 5062 – 63в1510057 – 6063 – 65г121838 – 4263 – 65д6963 – 6663 – 6622Задание МД - 15 (а – д). Пользуясь «Марочником сталей и сплавов»,выбрать марку стали для изготовления установочного кольца (рис.1.15).Производство колец серийное.При выборе стали использовать данные согласно выданномуварианту домашнего задания (табл.1.15): основные размеры кольца, пределтекучести стали σ0,2 (не менее), твёрдость стали HB (не менее), ударнаявязкость KCU (не менее).Обосновать сделанный выбор стали, рекомендовать упрочняющуюобработкукольца,котораяобеспечитегоработоспособностьвпредлагаемых условиях.абРис. 1.15.
Установочное кольцо:а – общий вид установочного кольца; б – эскиз установочного кольцаИсходные данныеТаблица 1.15ВариантD, ммd, ммs, ммσ0,2, МПаHBKCU, Дж/см2а422010750250100б48301680028080в905014100032050г160954090027060д2501803095030010023Задание МД - 16 (а – д). Пользуясь «Марочником сталей и сплавов»,выбрать марку стали для изготовления коленчатого вала мощногодизельного двигателя (рис.1.16).
Производство двигателей серийное.При выборе стали использовать данные согласно выданномуварианту домашнего задания (табл.1.16): основные размеры коленчатоговала, твёрдость поверхности шеек HRC в указанных пределах, пределтекучести сердцевины σ0,2 (не менее), ударная вязкость KCU (не менее).Обосновать сделанный выбор стали, рекомендовать упрочняющуюобработку коленчатого вала, которая обеспечит его работоспособность впредлагаемых условиях.d1d2абРис. 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.ЗаданиеМД-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. Сначала необходимо представить особенности работыизделия при эксплуатации, проанализировать их в соответствии сусловиями задания.
На этом этапе важно определить характернапряженного состояния металла в изделии (статическое, циклическоеили ударное нагружение), уровень силового воздействия и установитьналичие проблемных зон изделия, таких как зоны трения, зонывозможногокоробления притермическойобработкеит.д.Порезультатам такого анализа может быть установлен тот главныйфактор, который будет определять работоспособность изделия, азначит, будет основным критерием при выборе стали. Существенноезначение при выборе материала, кроме того, будет иметь такжехарактер производства при изготовлении изделия (массовое, серийное,единичное).Такоймногофакторныйанализпозволитточнеесформулировать требования к материалу, из которого изделие можетбыть изготовлено, и разработать алгоритм поиска нужной стали.28Строительныйтопор–этомассовыйручнойплотницкийинструмент, предназначенный для обработки древесины за счёт ударногонагружения (рубки).
В этой связи лезвие топора должно быть острым исохранять такую свою геометрию в ходе длительной эксплуатации, т.е.обладать износостойкостью в сочетании с достаточной ударной вязкостью.Важно, чтобы при необходимости лезвие топора можно было заточить.Вполне очевидно, что в зоне лезвия должна быть обеспечена высокаятвёрдость стали, причём не методами поверхностной упрочняющейобработки, а путем закалки на требуемый уровень твердости с получениемструктуры мартенсита (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 вязкостью2KCU > 20 Дж/см .
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, чтовыбираемая сталь должна иметь разные механические свойства вотдельных зонах, что может быть достигнуто только с помощьюкомбинированной термической обработки.29Следует также учитывать, что топор – изделие весьма сложнойгеометрии, имеет участки разнотолщинности в зоне обуха (концентраторынапряжения), кроме того, необходимо сохранить его плоскостность втонкомсеченииобстоятельстваприпроведениипоказывают,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 делать в два этапа.30Примечание: если по результатам анализа условий работы изделияи особенностей его геометрии сразу становится очевидным направлениепоиска стали, необходимой для его изготовления (например, средицементуемых, улучшаемых или азотируемых сталей), то можнопереходить уже непосредственно к 3 этапу выполнения задания.Вопросы для самопроверки:1) Каковы условия эксплуатации заданного изделия, какой фактор из этихусловий является приоритетным для обеспечения работоспособностиизделия?2) Какой класс сталей может быть рекомендован для изготовлениязаданного изделия?3) Какие возможные пути позволят реализовать в изделии свойства,требуемые по условиям эксплуатации?ЭТАП 2.Выбор концентрации углерода, гарантирующейдостижение требуемого уровня твёрдости при закалке стали.Требуемый уровень твёрдости лезвия топора (53-56 HRC) – весьмавысокий для сталей, поэтому поиск начат с концентрации углерода 0,4%.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
