Деталей машин и механическим свойствам после закалки и высокого отпуска

Типовая глубина

упрочняемого слоя, мм

Упрочняющая обработка

Твердость поверхностного слоя

Типовые примеры марок

цементуемых сталей

Механические свойства сердцевины деталей

1. Малонагруженные детали машин (прокаливаемость при закалке малая);

 s_0,2 < 300 МПа

2. Средненагруженные детали машин (прокаливаемость при закалке в сечениях 10...20 мм); s_0,2 < 700 МПа

3. Высоконагруженные детали машин (прокаливаемость при закалке в зависимости от

марки стали от 20 до 100 мм); s_0,2 < 1080 МПа

Операции упрочняющей термической обработки

Типовая глубина упрочняемого слоя

Твердость

поверхностного слоя

Поперечное сечение детали, мм

Предел текучести сердцевины

s_0,2, МПа

Примеры типовых марок

сталей

Задачи к домашней работе:

«Выбор стали и термической обработки деталей машин»

Задача №1

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для изготовления валов диаметром 50 мм редуктора. По расчету сталь должна иметь пре-дел прочности при растяжении:

    а) не ниже 600 МПа, ударную вязкость не ниже 0,7 МДж/м²

    б) не ниже 800 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

    в) не ниже 900 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

Задача №2

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для вала двигателя. Вал должен иметь предел прочности при растяжении не ниже 700 МПа, ударную вязкость не ниже 0,7 МДж/м² . Диаметр вала:

    а) 35 мм; б) 50 мм; в) 120 мм.

Задача №3

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для вала диаметром 60 мм двигателя. Предел текучести стали должен быть:

    а) не ниже 600 МПа, ударная вязкость не ниже 0,7 МДж/м²

           б) не ниже 800 МПа, ударная вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

Задача №4

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для шатунов с поперечным сечением стержня 40 мм двигателя внутреннего сгорания. Сталь должна иметь предел прочности при растяжении:

    а) не ниже 600 МПа, ударную вязкость не ниже 0,7 МДж/м²

    б) не ниже 750 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

    в) не ниже 900 МПа, ударную вязкость не ниже 0,9 МДж/м²

Задача №5

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для изготовления коленчатых валов с диаметром шейки 60 мм двигателя. Предел текучести стали должен быть:

    а) не ниже 600 МПа, ударная вязкость не ниже 0,7 МДж/м²

    б) не ниже 750 МПа, ударная вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

    в) не ниже 850 МПа, ударная вязкость не ниже 0,9 МДж/м²

Задача №6

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для вала тяжелонагруженного прицепа. Вал должен иметь предел прочности не ниже               700 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м² .

Диаметр вала: а) 40 мм; б) 75 мм; в) 150 мм.

Задача №7

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для зубчатых колес редуктора диаметром 50 мм. Твердость поверхности зубьев должна быть не ниже HRC 58 … 60, толщина поверхностного твердого слоя 0,7 … 0,9 мм.

    Предел текучести в сердцевине должен быть:

    а) не ниже 500 МПа;

    б) не ниже 600 МПа;

    в) не ниже 800 МПа.

Задача №8

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для стаканов цилиндров мощных дизельных двигателей, которые должны обладать повышенной износостойкостью поверхностного слоя (HV 1000 … 1050); толщина поверхностного твердого слоя  0,30 … 0,35 мм; предел текучести в сердцевине должен быть не ниже 750 МПа.

Задача №9

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки поршневых пальцев диаметром 50 мм автомобильного двигателя внутреннего сгорания. Поршневые пальцы должны иметь высокую износостойкость поверхности (HRC 58 … 60), толщину поверхностного твердого слоя 1,5 … 1,8 мм. Предел текучести в сердцевине должен быть не ниже 600 МПа.

Задача №10

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для зубчатых колес редуктора диаметром 30 мм. Твердость поверхности зубьев должна быть HRC 58 … 60; толщина поверхностного твердого слоя 0,30 … 0,35 мм. Предел текучести в сердцевине должен быть не ниже 700 МПа.

Задача №11

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для поршневого пальца диаметром 15 мм двигателя мотоцикла. Поршневые пальцы должны иметь высокую износостойкость поверхности (HRC 58 … 60) и предел текучести в сердцевине не ниже 650 МПа. Толщина поверхностного твердого слоя 1,5 … 1,6 мм.

Задача №12

    Выбрать марку стали, вид и режим термическойобработки для зубчатых колес диаметром 60 мм коробки перемены передач. Твердость поверхности зубьев должна быть не ниже HRC 58; толщина поверхностного твердого слоя        0,6 … 0,8 мм. Предел текучести в сердцевине должен быть не ниже 600 МПа.

Список рекомендуемой литературы

Основная:

1. Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов: учеб. для студентов машиностр. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюшин; под ред. Г.П. Фетисова. – 5-е изд; стереотип. – М.: Высш. шк., 2007. – 862 с.

Дополнительная:

1. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: учеб. для вузов / Б.Н. Арзамасов  [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – 7-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 648 с.

2. Журавлев, В.Н. Машиностроительные стали: справ. – 4-е издание / В.Н. Журавлев, О.И. Николаева. – М.: Машиностроение, 1992. – 480 с.

3. Мальцев, И.М. Материаловедение. Выбор марки стали для машиностроительного изделия с применением базы данных: комплекс учебно-методических материалов / И.М. Мальцев; Нижегород. гос. техн. ун-т. Нижний Новгород, 2006. – 62 с.

Содержание

1. Общие сведения……..………..…………………………………………….4

2. Рекомендации по выбору марки среднеуглеродистой

улучшаемой стали, назначению режимов закалки и

высокого отпуска деталей машин….………………………………………...4

3. Рекомендации по выбору способа поверхностного

упрочнения деталей машин, марки стали

и режимов обработки………………………………………………………..10

Список рекомендуемой литературы………………………………………19

Общие сведения

Детали машин представляют собой отдельные составные части машин: валы, оси, зубчатые колеса, подшипники, муфты и др. В процессе работы в машине они испытывают различные механические нагрузки: растяжение, изгиб, кручение, сжатие, сочетание нескольких видов нагрузок и другие воздействия. Для обеспечения долговечности деталей машин, под которой понимается время сохранения их работоспособности, необходимо обоснованно выбрать марку материала и рациональную технологию упрочняющей термической обработки.

Работа выполняется в следующем порядке:

· выбор объемного или поверхностного упрочнения; конкретной термической обработки;

· выбор класса стали, разновидности по степени нагруженности детали, конкретной марки стали;

· назначение режимов операций термической обработки и выбор нагревательных устройств;

· составление маршрутной технологической карты.

Рекомендации по выбору марки среднеуглеродистой улучшаемой       

стали, назначению режимов закалки и высокого отпуска деталей машин

Выбор марки стали

Среднеуглеродистые стали с содержанием 0,3…0,5 % углерода выбирают в случае необходимости обеспечения объемного упрочнения детали по всему сечению или части сечения. Это достигается проведением полной закалки с последующим высокотемпературным отпуском (500…650 ⁰С). Далее необходимо выбрать группу стали по степени нагруженности заданной детали машины (табл. 1).

Таблица 1

Группы улучшаемых конструкционных сталей по степени нагруженности

деталей машин и механическим свойствам после закалки и высокого отпуска

Далее из этой группы выбрать разновидность стали по наличию легирующих элементов и конкретную марку стали в зависимости от заданного в условиях задачи численного значения предела текучести, других показателей и размеров детали. Детальные сведения о механических свойствах конкретных марок сталей приведены в соответствующей справочной литературе или базах данных.

Затем по справочнику проверяют, обеспечивается ли заданный предел текучести, ударная вязкость (или относительное удлинение) и другие показатели выбранной марки стали в том сечении, которое имеет деталь после проведения закалки и высокого отпуска. При необходимости проводят повторный выбор другой марки стали и ее проверку.

Для типовых сталей марок 40, 40Х, 40ХН2М можно использовать графики, приведенные на рис. 1. Пример по выбору марки стали рассмотрен ниже.

Пример 1. На деталь машины с поперечным сечением размером 30 мм действуют равномерно распределенные по сечению напряжения растяжения. Предел текучести материала - не ниже 700 МПа и ударная вязкость - не менее       0,5 МДж/м². Требуется выбрать марку стали для рассматриваемой детали.

Решение. Из технических условий задания следует, что необходимо объемное упрочнение по всему сечению детали. Используем группу улучшаемых конструкционных сталей, у которых прокаливаемость при закалке не менее         30 мм. Это разновидность улучшаемых сталей для средненагруженных деталей машин (прокаливаемость в сечениях 20…50 мм). Предварительно выбираем более дешевые хромистые стали. Далее назначаем конкретную марку улучшаемой хромистой стали. В качестве такой стали можно выбрать сталь 40Х           (табл. 2). Эта сталь предназначена для деталей с поперечным размером         25…35 мм, имеет критический диаметр с охлаждением в минеральном масле до 35 мм. При этом в центре детали формируется микроструктура их: 90 % мартенсита и 10 % троостита.

Таблица 2

Механические свойства некоторых типовых конструкционных