Выбор материалов и режимов термообработки от условий работы деталей машин и элементов конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

термический обработка машина

Материаловедение - наука о связях между составом, строением и свойствами материалов и закономерностях их изменений при внешних физико-химических воздействиях.

Качеством материала называется совокупность его свойств, удовлетворяющих определенные потребности в соответствии с назначением. Уровень качества определяется соответствующими показателями, представляющими собой количественную характеристику одного или нескольких свойств материалов, которые определяют их качество применительно к конкретным условиям изготовления и использования. По количеству характеризуемых свойств показатели качества подразделяются на единичные и комплексные. Единичный показатель качества характеризуется только одним свойством (например, твердость стали). Комплексный показатель характеризуется несколькими свойствами продукции. При этом продукция считается качественной только в том случае, если весь комплекс оцениваемых свойств удовлетворяет установленным требованиям качества. Примером комплексного показателя качества стали могут служить оценка химического состава, механических свойств, микро- и макроструктуры. Комплексные показатели качества устанавливаются государственными стандартами.

Качество материала определяется главным образом его свойствами, химическим составом и структурой. Причем свойства материала зависят от структуры, которая, в свою очередь, зависит от химического состава. Поэтому при оценке качества могут определяться свойства, состав и оцениваться структура материала. Химический состав может определяться химическим анализом или спектральным анализом.

Механические свойства характеризуют способность материалов сопротивляться действию внешних сил. К основным механическим свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др. Прочность - это способность материала сопротивляться разрушающему воздействию внешних сил. Твердость - это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки. Вязкостью называется свойство материала сопротивляться разрушению под действием динамических нагрузок. Упругость - это свойство материала восстанавливать свои размеры и форму после прекращения действия нагрузки. Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом. Хрупкость - это свойство материалов разрушаться под действием внешних сил без остаточных деформаций.

1.Анализ приведенных в задании требований показал следующее

Довольно высокие значения прочностных характеристик (у_В?950 МПа) характерны для сталей в улучшенном состоянии, то есть после закалки с высоким отпуском. Стали с таким уровнем прочности искать следует в первую очередь среди конструкционных углеродистых и легированных сталей.

При нагрузке необходимо, чтобы заданный уровень свойств наблюдался по всей толщине кольца. Максимальная толщина равна 20 мм, следовательно, именно такой прокаливаемостью должен обладать выбранный материал, чтобы это условие было выполнено. Такая глубина прокаливаемости также характерна для легированных сталей.

2.Выбор способа формообразования

Горячая объемная штамповка - вид обработки металлов давлением, при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента - штампа. Различают штамповку в открытых и закрытых штампах. Штамповкой в открытых штампах можно получать поковки практически всех типов. Основное достоинство - универсальность. Штамповка в закрытых штампах требует строгого равенства объемов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемою или произойдет разрушение инструмента, если закрытая высота строго фиксирована. Следовательно, в этом случае процесс получения заготовки усложняется, т.к. отрезка заготовки должна обеспечивать высокую точность. Как правило, штамповкой в закрытых штампах получают поковки осесимметричной формы типа колес, втулок, стаканов и т.п. Существенное преимущество штамповки в закрытых штампах - уменьшение расхода металла. Структура поковок более благоприятная, т.к. волокна обтекают контур поковки. При штамповке в закрытых штампах металл деформируется в условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших сжимающих напряжениях, чем в открытых штампах. Это позволяет достигать большие степени деформации и штамповать мало-пластичные сплавы. Следовательно, наиболее приемлемым способом для изготовления опорного кольца, будет горячая объемная штамповка в закрытых штампах.

Выбрать способ формообразования, марку материала и режим термической или химико-термической обработки для опорного кольца корпуса топливного бака ракеты. Максимальная толщина b = 20 мм. Требуемые механические свойства в сечении вала: у_В?950 МПа.

Рис.1 Эскиз кольца

3.Выбор марки материала

Для выбора марки материала были проанализированы механические свойства группы легированных сталей повышенного качества [1, стр.180], предназначаемых для изготовлениявысоконагруженных деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности.

Полностью соответствует заданным требованиям сталь 12Х2НВФА.

Ниже приводятся химический состав, механические и технологические свойства стали 12Х2НВФА по данным справочника [1]. Назначение стали 12Х2НВФА(табл.51): применяется для изготовления высоконагруженных деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности.

Таблица. Химический состав по ТУ 14-1-195-73(табл. 552):

Механические свойства по ТУ 14-1-195-733 после закалки с нагревом на 920-930^oС в масло и отпуска при 450-550^oСс охлаждением на воздухе (таблица 553):

уВ?1000 МПа, уТ?900 МПа, д?12%, ш?55%, a_н ?80 Дж/см2.

4.Назначение вида и режима термической обработки

Оптимальным вариантом окончательной (упрочняющей) термообработки, обеспечивающей получение требуемых свойств, является, как это следует из предыдущего раздела, закалка с нагревом на температуру 920-930^oСс охлаждением в масле и отпуск при 450-550^oС и охлаждением на воздухе (табл. 553)

5.Описание структуры и свойств готовой детали

Кольцо опорное, изготовленное из стали12Х2НВФА методом горячей штамповки и подвергнутое упрочняющей термообработке, состоящей из закалки с высоким отпуском, имеет сорбитную структуру (рис. 2) и обладает следующими механическими свойствами, одинаковыми во всем объеме кольца:

у_В?950 МПа, у_Т?800 МПа, д?12%, ш?40%, а_н ?60 Дж/см²

Рис. 2. Сорбит

Заключение

Таким образом, выбор в качестве материала для кольца опорного стали 12Х2НВФА, изготовление его методом горячей штамповки и применение в качестве упрочняющей термообработки закалки с высоким отпуском обеспечивает выполнение заданных для этой детали требований.

1. Размещено на Allbest.ru