Выбор материала для детали шпинтон

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное Агентство

Российской Федерации по Образованию

Брянский Государственный

Технический Университет

Кафедра «Литейное производство и материаловедение»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Выбор материала»

Документы текстовые

Брянск 2012г.

Оглавление

Введение

Шпинтон. Назначение и условия эксплуатации

Список используемой литературы

Введение

Часто материалы работают под воздействием множества факторов: низкие или высокие температуры, различные агрессивные среды, знакопеременные циклические нагрузки, особые условия трения и т.д.

Разработчик в первую очередь руководствуется характером применения и конфигурацией изделия. Затем определяются внешние напряжения действующие на конструкцию в процессе транспортировки, хранения и эксплуатации. Наконец, разрабатывается всесторонняя материальная база включающая свойства, необходимые для оптимального срока службы детали при ожидаемых условиях эксплуатации.

Часто комплекс требуемых свойств материала, оформленных как техническое требование или техническое условие, составляется не на основе точного анализа и моделирования условий работы заданной детали, а на приблизительных качественных данных или на опыте работы схожих изделий по конструкции.

Конструктор должен ясно себе представлять причины использования данного материала, возможности замене, технологические особенности производства изделия из данного материала и метода контроля готовых изделий.

Использование при выборе материала, ранее хорошо зарекомендовавших себя в подобных конструкциях и изделиях из аналогичных материалов, вполне оправдано, но может привести, с одной стороны к отказу от совершенствования конструкции, с другой - к повторению совершённых ошибок.

Шпинтон. Назначение и условия эксплуатации

Шпинтон применяется в гасителях колебаний, предназначеных для гашения колебаний в рессорном подвешивании тележек грузовых и пассажирских вагонов. Работая одновременно с пружинами, гасители колебаний создают диссипативные (рассеивающие) силы, необходимые для гашения или ограничения амплитуд колебаний вагона или его частей при резонансе.

В процессе эксплуатации шпинтон воспринимает множество динамических и статических нагрузок.

Фрикционный гаситель колебаний пассажирских тележек

Изделие, также подвергается влиянию низких температур. Это осложняет условие работы детали так как способствует наступлению хрупкого разрушения.

Хрупкое разрушение наиболее опасный вид разрушения. Оно происходит путём скола или отрыва, когда плоскость разрушения перпендикулярна нормальным напряжениям. Под действием нормальных напряжений происходит упругая деформация кристаллической решётки, а по достижения предельной степени искажения - последовательный разрыв межатомных связей с отрывом одной атомной плоскости от другой, т.е. разрушение металла. Хрупкое разрушение харрактеризуется следующими признаками:

1. Малая затрата подводимой энергии. Разрушение является самопроизвольным процессом и осуществляется за счёт накопленной в системе упругой энергии.

2. Хрупкая трещина - острая, имеет малый угол раскрытия. Межзёренная граница при низких температурах прочнее самих зёрен, поэтому разрушение имеет транскристаллитный харрактер.

3. Высокая скорость распространения хрупкой трещины порядка 0.4 скорости звука в металле.

Исходя из выше перечисленных факторов можно сформулировать основные требования к материалу детали. Материал должен обладать высокой прочностью, но наряду с ней должен обеспечивать удовлетворительный комплекс пластических свойств.

Оценить гамму свойств можно по следующим механическим характеристикам:

Предел прочности ув. Величина определяется при статических испытаниях. Как правило она соответствует максимальным напряжениям которые материал может выдержать перед разрушениям.

Физический предел текучести уТ. Величина наименьших напряжений, когда образец начинает дефермироваться без увеличения нагрузки.

Относительное удлинение д или относительное сужение ш. Величины харрактеризующие пластическую деформацию образца к моменту разрушения.

Ударная вязкость. Работа разрушения затраченная на деформацию и разрушение образца ударным изгибом в месте надреза.

Механическая обработка

шпинтон колебание гаситель тележка

Механическая обработка представляет собой совокупность действий, направленных на обеспечение нужной формы и размеров заготовки путем снятия слоя металла, назначенного на припуски и напуски, режущим инструментами. При этом получают заданную точность и чистоту поверхности.

На последующих операциях происходит обработка остальных поверхностей и доведение их до нужной шероховатости и требований по точности. Наружные поверхности и отверстие обрабатывают на токарных, фрезерных и расточных универсальных станках.

Доводкой устраняются недостатки, возникающие в результате механической обработки: заусеницы, острые края. Доводка производится с помощью абразивного инструмента: наждачной бумаги различного номера и абразивным кругом.

После доводки все детали подвергают тщательному контролю. Выявленный брак отправляется на переплав.

Технология получения

При выборе материала требуется всестороннее рассмотрение и ранжирование факторов воздействующих на материал, по степени их влияния на надёжность машин и механизмов. Определяющие факторы должны быть учтены обязательно, менее определяющие по возможности.

Следующим этапом должен быть выбор свойств материала обеспечивающий надёжную и долговечную работу конструкции, машин и оборудования в данных условиях эксплуатации. Так как конструкционные материалы характеризуются механическими, физико-химическими и технологичными свойствами, то рассматривать надо всю гамму свойств

Рис. 1 Блок-схема процесса выбора материала

Схема технологического процесса.

Рис. 2 Схема получения детали

Выбор материала

Способ получения детали литьё, поэтому материал должен обладать достаточным комплексом литейных свойств (жидкотекучесть, линейная усадка, стойкость к образованию трещин и усадочной раковины).

Следует учесть способность материала поддаваться механической обработке. Учитывая выше перечисленное выбор материала следует осуществлять из сталей литейного класса.

В литой стали особое внимание стоит обращать на стойкость к образованию трещины и усадочной раковины. Так же в литой структуре очень выражена разнозернистость. Целесообразно выполнить нормализацию, которая приведет к измельчению структуры и выравниванию химического состава.

Рассмотрим и сравним марки низкоуглеродистой стали умеренного холода 20ФЛ, 25Л и 25Х2НМЛ.

Характеристика: Низкоуглеродистая микролегированная ванадием хладостойкая свариваемая некоррозионностойкая литейная сталь для подвижного железнодорожного состава.

20ФЛ

Назначение: крупногабаритные детали грузовых вагонов: корпус автосцепки, тяговый хомут, надрессорная балка и боковая рама тележки, а также детали металлургического и горнодобывающего оборудования.

Технологические свойства: Рекомендуемая термическая обработка: нормализация 920-960 °С, воздух; отпуск 600-650 °С, воздух.

Нечувствительна к образованию флокенов и не склонна к отпускной хрупкости.

Вид поставки: отливки ГОСТ 977-75, ТУ 24.00.001-79.

25Л

Характеристика: Низкоуглеродистая нелегированная умеренно хладостойкая свариваемая литейная сталь. Коррозионная стойкость низкая.

Назначение: станины прокатных станов, шкивы, траверсы, поршни, буксы, крышки цилиндров, плиты настильные, рамы рольгангов и тележек, мульды, корпусы подшипников, детали сварно-литых конструкций и другие детали, работающие при температуре от --40 до 450 °С под давлением.

Вид поставки: отливки ГОСТ 977-75.

Свариваемость: ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под газовой защитой, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

25Х2НМЛ

Характеристика: Конструкционная среднелегированная хладостойкая.

Назначение: отливки для деталей тяжелого и транспортного машиностроения, работающих в условиях низких температур и повышенных условиях нагружения.

Технологические свойства: Сталь мало флокеночувствительна и мало склонна к отпускной хрупкости.

Вид поставки: отливки ТУ 24.11.01.091-84.

По результатам анализа выбрана сталь марки 25Х2НМЛ.

Сталь 25Х2НМЛ обладает хорошей пластичностью, показывает наиболее высокие прочностные и технические характеристики. После термообработки повышаются прочностные свойства.

Предварительная и финишная термообработка 25Х2НМЛ

Для легированных сталей применяют изотермический отжиг, состоящий в нагреве выше верхней критической точки А3 область избыточного аустенита, выдержке, охлаждении до температуры ниже нижней критической точки А1, выдержке, достаточной для полного превращения аустенита в перлит, и охлаждении до комнатной температуры.

Нормализация дает такое упрочнение, при котором повышение прочностных свойств достигается без снижения пластичности и ударной вязкости. Определяющим фактором является надёжность, т.е. оптимальное сочетание свойств, которыми обладает литейная низкоуглеродистая сталь 20ГЛ.

Структурные изменения при таких температурах заключаются в укрупнении (коагуляции) частиц цементита. В результате этого образуется феррито-цементитная смесь, называемая сорбитом отпуска.

Также, как и тростит отпуска, эта структура характеризуется зернистым строением в отличии от пластинчатых структур тростита и сорбита закалки.

Твёрдость стали после высокого отпуска снижается до 25...35 HRC, Однако уровень прочности при этом ещё достаточно высок, в то же время обеспечивается повышенная пластичность и ударная вязкость, практически полностью снимаются внутренние напряжения.

Таким образом, высокий отпуск на сорбит обеспечивает наилучший комплекс механических свойств, позволяющий применять его для деталей, работающих в условиях динамических нагрузок. Такой же отпуск рекомендуется для деталей машин из легированных сталей, работающих при повышенных температурах.

Заключение

В данной курсовой работе выполнен выбор материала для детали шпинтон. Проанализировав область применения, условия эксплуатации, технологию производства, были выбраны марки стали 20ФЛ, 25Л, 25Х2НМЛ. Сопоставив механические и технологические свойства, выбор был сделан в пользу стали 25Х2НМЛ.

Список используемой литературы

1. Солнцев Ю.П. «Материалы для низких и криогенных температур». Энциклопедический справочник. Авторы: Ю.П. Солнцев, Б.С. Ермаков, О.И Слепцов. Под ред. Солнцева Ю.П.

2. Новиков И.И. «Теория термической обработки» 3-е издание [1978г.].

3. Афанасьева Л.Е., Давыденко Л.В. (сост.) «Атлас равновесных микроструктур углеродистых сталей и чугунов».

4. ГОСТ 977-88 Отливки стальные. Технические требования.

5. Гуляев А.П. «Материаловедение». Учебник. 5-е изд., перераб. - М.: Металлургия, 1977. - 650 с.

Размещено на Allbest.ru