Выбор и обоснование материала для изготовления детали «звёздочка».

Введение

Из многообразия материалов, обладающих жёсткостью и прочностью, достаточными для ограничения упругой и пластической деформации, при гарантированной надёжности и долговечности является сталь.

Сталь – сплав железа с углеродом, содержащий от 0,02 до 2,14% углерода.

По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные, содержащие до 10% легирующих элементов (хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам и другие).

К конструкционным сталям, применяемым для изготовления разнообразных деталей машин и конструкций, предъявляют следующие требования: высокий комплекс механических свойств, обеспечивающих надёжную и длительную работу машин, эксплуатацию конструкций технологичность, т.е. хорошая обрабатываемость давлением, резанием, свариваемость и пр., низкая стоимость и доступность. Легированные стали должны содержать по возможности меньше дорогих и дефицитных легирующих элементов. Легирующие стали должны обладать высоким комплексом стандартных механических свойств, определяемых при разных способах нагружения.

Реферат

Данная курсовая работа содержит:

Стр.

Рис.

Табл.

Курсовая работа выполнена в соответствии с программой курса «Конструкционные стали в машиностроении».

Цель работы: выбор и обоснование конструкционного материала для изготовления детали «звёздочка». Описание химического состава и технологических свойств. Рассмотрено влияние химического состава на механические свойства, глубину прокаливаемости. Составление маршрутной технологии предварительной и окончательной термической обработки. Назначение режимов термической и химико-термической обработки. Проведение контроля качества изготовленной детали.

Ключевые слова: звёздочка, конструкционная сталь, химический состав, химико-термическая обработка, закалка, отжиг, цементация, отпуск, перлит, мартенсит, аустенит, структура, температура, наследственное зерно.

Выбор и обоснование материала для изготовления детали «звёздочка».

Деталь «звёздочка» при эксплуатации испытывает действие различных нагрузок: статических, динамических, поверхностных. Поэтому выбранный материал должен обладать высоким комплексом стандартных механических свойств, определяемых при разных способах нагружения. Однако эти свойства полностью не гарантируют надёжную и длительную работу изделия. Необходимо учитывать, что в реальных условиях эксплуатации действуют факторы, которые могут снижать пластичность и ударную вязкость и увеличивать опасность хрупкого разрушения.

Это подтверждается случаями, внезапного хрупкого разрушения изделий, изготовленных из сталей высокой пластичности.

К факторам, увеличивающим склонность сталей к хрупкому разрушению относятся, концентраторы напряжений, которые всегда имеются в реальных условиях эксплуатации.

Из всех известных в технике материалов лучшее сочетание конструктивной прочности, надёжности и долговечности имеет конструкционная сталь, поэтому она явилась основным материалом для изготовления детали звёздочка. Под конструктивной прочностью подразумевают такую прочность, которую сталь имеет в результате реальных условий её применения.

Надёжность – это свойство материала противостоять хрупкому разрушению. Для предупреждения внезапных хрупких поломок высоконагруженных деталей важно учитывать не только пластичность ( ) и ударную вязкость (КСИ) стали, но и параметры конструктивной прочности, характеризующие её надёжность: ударную вязкость КСИ и КСТ, температурный порог хладноломкости Тхл., вязкость разрушения  К1с.

Долговечность – это свойство материала сопротивляться развитию постоянного разрушения и потере работоспособности в течении заданного времени.

Потеря работоспособности может быть вызвана различными причинами: развитием процессов усталости, изнашиванием детали, коррозией и др.

Все эти процессы приводят к постепенному накоплению повреждений и разрушению материала. Для обеспечения долговечности важно уменьшить до допустимого уровня скорость развития процессов разрушения.

Высокая конструктивная прочность достигается путём рационального выбора химического состава, режимов термической и химико-термической обработки.

Решающая роль в составе конструкционной стали, отводится углероду. Углерод повышает прочность стали, но снижая хладноломкость, увеличивает чувствительность к хрупкому разрушению.

Большое влияние на конструктивную прочность стали оказывают легирующие элементы. Повышение конструктивной прочности при легировании связанно с обеспечением высокой прокаливаемости, уменьшением критической скорости закалки, уменьшением зерна, упрочнение дефекта и т. д.

Одним из наиболее важных факторов является повышение прокаливаемости.

Сопротивление усталости, износу и некоторые другие характеристики долговечности зависят от свойств поверхностного слоя изделия. Для получения требуемых свойств конструкционную сталь подвергают химико-термической обработке, которая приводит к поверхностному упрочнению и созданию на поверхности остаточных сжимающих напряжений, затрудняющих возникновение и развитие трещин.

При выборе марки стали для изготовления детали звёздочка необходимо, чтобы она сочетала в себе повышенную прочность:  850 Н/мм, вязкость КСU =80Дж/см , закалённый поверхностный слой 1,3—1,5 мм и сочетание твёрдой износостойкой поверхности HRC=60 –62 и мягкой сердцевины  HRC = 24 – 26.

Сталь 20ХН3А повышенной прочности, вязкости и глубокой прокаливаемости применяется в условиях износа при трении. Из неё изготавливают зубчатые колёса, звёздочки, шестерни, шлицевые валы, силовые шпильки и другие, особо ответственные детали, к которым предъявляются требования высокой прочности и поверхностной твёрдости в сочетании с пластичной и вязкой сердцевиной работающих в условиях статических и динамических нагрузок.