Глава 2 технологический раздел

Анализ исходных данных

Описание служебного назначения детали

 Шток используется в изделии «Компрессор двойного действия» и предназначен для передачи поступательного движения от кривошипно-шатунного механизма к поршню.

 

Рисунок 1 Схема работы компрессора двойного действия

 

Для обеспечения высокой износостойкости рабочей поверхности, применен соответствующий материал Сталь 40Х и  произведено азотирование поверхности детали. Для уменьшения нагрева и износа уплотнительных колец, а также для уменьшения усталостных разрушений (так как шток работает при знакопеременных нагрузках) шероховатость рабочей поверхности должна быть незначительной. Для уменьшения концентраторов напряжений и увеличения срока службы штока все переходы между диаметрами выполняются с округлениями и с небольшой шероховатостью, а резьба выполняется не нарезанием, а накатыванием.

 Надёжность и долговечность штоков зависит от способа формообразования заготовки, механических свойств металла, конфигурации, размеров, точности изготовления, чистоты поверхности, монтажа, способа упрочнения, условий эксплуатации и ряда других факторов.

На всех поверхностях штока не допускаются трещины, волосовины, забоины и другие дефекты, снижающие прочность детали. Резьба штока должна быть без забоин, трещин, задиров, сорванных ниток и других дефектов.

Деталь представляет собой тело вращения и не является жесткой, так как ее длина, более чем, в 11 раз больше диаметра, поэтому ее обработка требует использования специальных приспособлений. Это также учитывается во время термообработки, чтобы исключить коробления. На рис.1 показана деталь «Шток», цилиндрической формы, её габаритные размеры: длина-860мм, наибольший диаметр- 55мм.

Характеристика стали

Сталь 40Х - является конструкционной и легированной.

Сталь 40Х склонна к отпускной хрупкости, при отпуске в определенном диапазоне температур у стали понижается вязкость, а также сопротивляемость хрупкому разрушению. В основном сталь 40Х используется при производстве деталей машиностроения,  которые служат для передачи крутящего момента вращающихся элементов.

Свойства материала

-высокая механическая прочность;

-устойчивость к резким перепадам температур;

-пониженная чувствительность к коррозии; что позволяет использовать изделия из этой стали на открытом воздухе и в некоторых агрессивных средах.

Химический состав материала

В данном материале имеется 0,40 процента углерода и меньше полутора процентов хрома.

Таблица 1 Химический состав в % стали 40Х

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.36-0.44	0.17-0.37	0.5-0.8	до 0.3	до 0.035	до 0.035	0.8-1.1	до 0.3

Влияние углерода

Углерод влияет на вязкие свойства. Увеличение содержания углерода повышает порог хладоломкости и снижает ударную вязкость. Углерод оказывает влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.

Влияние хрома

Хром является элементом, влияющим эффективно на изменение механических и физических свойств стали. Растворяясь в феррите и образуя прочные карбиды, а также оказывая заметное влияние на дисперсность получаемой структуры и коагуляцию структурных составляющих, он повышает твердость и прочность стали, пределы упругости и текучести, не снижая пластических свойств.

Хром и молибден способствуют некоторому повышению коррозионной стойкости стали. Хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, кремний, марганец повышают прокаливаемость стали что дает возможность получить однородную структуру и повысить в результате термической обработки механические свойства деталей значительно большего сечения по сравнению с деталями из углеродистой стали.

Влияние хрома различно для разных структурных составляющих стали. Влияния, оказываемые хромом на твердость феррита невелики. Наиболее резко хром повышает твердость и прочность мартенсита.

Механические свойства

Данный материал применяется при изготовлении детали «Шток», работающего при температуре до 450 °С. Подбор марки стали осуществляется по ее механическим свойствам.

 

Таблица 2 Механические свойства стали 40Х

t°С	σТ (МПа)	σв(МПа)	НВ
400	610	690	217

Механические свойства – это свойства,определяющие способность металлов сопротивляться деформированию и разрушению. 

Пределом текучести  в данной стали составляет 610МПа и представляет механическую характеристику материала, характеризующую напряжение, при котором деформации продолжают расти без увеличения нагрузки.

Предел прочности находится в пределах 690МПа и показывает механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала.

Твердость стали всостоянии поставкиопределяю по методу Бринелля 217НВ. Он характеризует свойства металлов и сплавов оказывать сопротивление местной пластичной деформации или хрупкому разрушению в поверхностном слое в определенных условиях испытания.

 

Таблица 3 Технологические свойства материала сталь 40Х

Свариваемость	трудно свариваемая
Флокеночувствительность	чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости	склонна

 

Свариваемость материала относится к трудно свариваемым и определяет  свойства или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки неразъемное соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Флокеночувствительность стали очень чувствительна и поэтому склонность стали и некоторых сплавов ведет к поражению флокенами. Флокены – дефекты внутреннего строения стали в виде серебристо-белых пятен или волосовин.

Отпускная хрупкость это склонность материала к понижению вязкости и сопротивление хрупкому разрушению легированной стали при отпуске в определенном интервале температуры, а также при медленном охлаждении после отпуска или отжига в интервале 650—450°.

Сталь обладает повышенной прочностью и вязкостью. Поверхности штока, работающие в условиях трения и с большими нагрузками, требуют высокой твердости.

Данная сталь поддается ковке, так как температура начала ковки составляет 1240°С, а конца 800°С, после чего необходимо произвести охлаждение заготовки на воздухе.

Сталь марки 40Х требуется, если нужно произвести улучшаемые изделия, имеющие повышенную прочность.

Область применения этой стали довольно разнообразна, хоть и сводится в большинстве своем к созданию из неё детали «Шток» повышенной прочности, подвергающейся улучшению методом термообработки.

Для штоков из стали 40Х производится поверхностная закалка до твёрдости HV460 - 600. Разность твёрдости на одной поверхности не более HV90 - 120.