Обратная связь
|
Узагальнені параметри типових методів зміцнення УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ
Кафедра «Якість, стандартизація, сертифікація та
Технології виготовлення матеріалів»
Методичні вказівки та завдання до курсової роботи з курсу
«Матеріалознавство та технологія конструкційних матеріалів» розділ «Матеріалознавство»
для студентів механічного факультетів
Харків 2016
ВИБІР МАРКИ СТАЛІ І РЕЖИМІВ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ ТА ХТО ДЛЯ ТИПОВИХ ДЕТАЛЕЙ ТРАНСПОРТНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Мета роботи - навчити студента вирішувати інженерне завдання з вибору матеріалу конкретної деталі, виходячи з умов її конструктивних особливостей і експлуатації, обґрунтування раціональної технології її виготовлення і режимів термічної та хіміко-термічної обробки, що дозволяє досягти необхідного комплексу властивостей.
Зміст роботи
При виконанні курсової роботи слід проаналізувати умови роботи виробу, вияснити напружений стан, який виникає в ньому під час роботи, можливі види зруйнувань і інші причини виходу з ладу, оскільки від цього залежить вибір матеріалу і спосіб обробки. Далі треба визначити групу сталей (наприклад конструкційні сталі загального призначення, жароміцні, ресорно-пружинні, різальні сталі та ін.), що мають властивості, близькі до потрібних. Класифікація, склад і призначення основних марок сталей, що застосовуються у транспорті, наведені у табл. 1.1.
Обираючи марку сталі для виготовлення виробу, треба орієнтуватися на використання менш дорогих матеріалів, у той ж час ці матеріали повинні мати достатньо високий рівень потрібних властивостей, щоб забезпечити тривалий строк служби деталей.
Раціональний вибір матеріалу дозволяє знизити матеріаломісткість виробів без збільшення їх вартості, що має велике техніко-економічне значення. Крім того, необхідно враховувати технологічні властивості матеріалу, щоб використовувати при виготовленні деталей більш економічні технологічні процеси, що дозволяють поряд з покращенням характеристик цих виробів знизити їх трудомісткість, собівартість і витрати матеріалів.
При виборі марки сталі слід враховувати можливість її про-гартовуваності відповідно до даного перерізу.
Таблиця 1.1
| Марка сталі
| Хімічний склад, %
| Крит.темп., 0С
| Призначення
| | С
| Mn
| Si
| Cr
| Ni
| Інші елементи
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| | 1. Сталі, що зміцнюються у поверхневому шарі. Сталі, що цементуються.
| |
| 0,12-0,19
| 0,35-0,65
| 0,17-0,36
| 0,25
| 0.25
| -
|
|
| Деталі, що цементуються та цінуються, такі, які не вимагають високої міцності серцевини.
| |
| 0,17-0,24
| 0,35-0,65
| 0,17-0,37
| 0,25
| 0,25
| -
|
|
| Такі ж деталі з дещо більшою міцністю серцевини (поршневі пальці, кільця, розподільні вали, штовхачі клапанів і т.п.)
| | 15Х
| 0,12-0,18
| 0,40-0.70
| 0,17-1,0
| 0,7-1,0
| 0,30
| -
|
|
| | 20Х
| 0,17-0,23
| 0,50-0,80
| 0,17-0,37
| 0,7-1,0
| 0,30
| -
|
|
| | 15ХФ
| 0,12-0,18
| 0,40-0,70
| 0,17-0,37
| 0,8-1,1
| 0,30
| 0,06-0,12
|
|
| Такі ж деталі, але нечутливі до перегрівання при цементації.
| | 12ХНЗА
| 0,09-0,16
| 0,3-0,6
| 0,17-0,37
| 0,6-0,9
| 2,75-3,15
| -
|
|
| Такі ж деталі з високою міцністю і в’язкістю серцевини.
| | 20ХГНР
| 0,16-0,23
| 0,7-1,0
| 0,17-0,37
| 0,7-1,1
| 0,8-1,1
| До 0,06 Ti
|
|
| Великі деталі, що працюють в ударних умовах навантажень (зубчасті колеса, черв’яки, шестеренчасті вали, кулачкові муфти, пальці, втулки та ін.)
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| | 18ХГТ
| 0,18-0,23
| 0,8-1,1
| 0,17-0,7-37
| 1,0-1,3
| -
| 0,03-0,09 Ti
|
|
| Те ж, але при меншій в’язкості серцевини, складові секції розподільних валів.
| | Сталі, що зміцнюються поверхневим гартуванням при індукційному нагріванні
| |
| 0,42-0,50
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,25
| 0,20
| -
|
|
| Вали, осі, шестерні, шатуни та ін.
| |
| 0,52-0,60
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,25
| 0,20
| -
|
|
| Вали, осі, шестерні та ін.
| |
| 0,57-0,65
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,25
| 0,20
| -
|
|
| Те ж, при більшій міцності серцевини.
| | 45Х
| 0,41-0,49
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,8-1,1
| 0,30
| -
|
|
| Те ж, для великих деталей складної форми.
| | 50Х
| 0,46-0,54
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,8-1,1
| 0,30
| -
|
|
| | Сталі зі зниженою прогартовуваністю, що зміцнюються поверхневим гартуванням при глибинному індукційному нагріванні
| | 55ПП
| 0,55-0,63
| 0,2
| 0,1-0,3
| 0,15,
| -
| -
|
|
| Вали. Осі, шестерні, що працюють в умовах високих напруг (хрестовини кардану, шестерні заднього мосту).
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| | 47ГТ
| 0,44-0,51
| 0,9-1,2
| 0,10-0,22
| 0,25
| 0,25
| 0,06-0,12 Ti;
0,3 Cu
|
|
| Вали, осі, шестерні, але для ще більш великих деталей, що працюють при ще більш великих напругах.
| | Сталі, що азотуються
| | 38Х2МЮА
| 0,35-0,42
| 0,3-0,6
| 0,2-0,45
| 1,35-1,65
| -
| 0,15-0,25 Mо;
0,7-1,1 Al
|
|
| Гільзи циліндрів, ресори, втулки, штовхачі голок
форсунок, пальці, розподільні валики, зубчасті колеса, шестерні.
| | 40ХН2МА
| 0,37-0,44
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,6-0,9
| 1,25-1,65
| 0,15-0,25 Мо
|
|
| | 2. Сталі, що підлягають покращенню
Сталі, що прогартовуються в деталях діаметром до 10-12 мм.
| |
| 0,32-0,40
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,25
| 0,25
| -
|
|
| Осі, колінчаті вали ротори, які не відчувають великої напруги.
| |
| 0,37-0,45
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,25
| 0,25
| -
|
|
| Осі, вали, штоки, шестерні, зубчасті колеса, болти відповідального призначення.
| |
| 0,47-0,55
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,25
| 0,25
| -
|
|
| Те ж
| |
| 0,52-0,60
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,25
| 0,25
| -
|
|
| Осі, вали, які використовують частіше у нормалізованому стані
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| | Сталі, що прогартовуються в деталях діаметром до 25-35 мм
Марганцевисті сталі
| | 35Г2
| 0,31-0,39
| 1,4-1,8
| 0,17-0,37
| 0,30
| 0,30
| -
|
|
| Колін вали, осі, цапфи
| | 45Г2
| 0,41-0,49
| 1,4-1,8
| 0,17-0,37
| 0,30
| 0,30
| -
|
|
| Карданні вали, шатуни, вагонні осі
| | Хромисті сталі
| | 35Х
| 0,31-0,39
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,8-1,1
| 0,30
| -
|
|
| Осі, вали, шестерні
| | 40Х
| 0,36-0,44
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,8-1,1
| 0,30
| -
|
|
| Те ж, але більшої міцності
| | 45Х
| 0,41-0,49
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,8-1,1
| 0,30
| -
|
|
| Те ж, але більш навантажені деталі
| | Хромокремністі сталі
| | 33ХС
| 0,29-0,37
| 0,3-0,6
| 1,0-1,4
| 1,3-1,6
| 0,30
| -
|
|
| Тонкостінні труби, вали, осі
| | 40ХС
| 0,37-0,45
| 0,3-0,6
| 1,2-1,6
| 1,3-1,6
| 0,30
| -
|
|
| Шестерні, вали високої міцності
| | Хромованадієві сталі
| | 40ХФА
| 0,37-0,44
| 0,5-0,84
| 0,17-0,37
| 0,8-1,1
| 0,30
| 0,10-0,18 V
|
|
| Те ж, колінчасті вали, малочутливі до перегріву при гартуванні
| | Сталі, що прогартовуються в деталях діаметром до 50-70 мм
| | 40ХН
| 0,36-0,44
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,45-0,75
| 1,0-1,4
| -
|
|
| Вали, шестерні, болти, шпильки відповід. призначення
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| | Хромомарганцевокремнисті сталі (хромансил)
| | 25ХГСА
| 0,22-0,28
| 0,8-1,1
| 0,9-1,2
| 0,8-1,1
| 0,30
| -
|
|
| Валики, осі, деталі зварних конструкцій
підвищеної міцності при помірній в’язкості
і пластичності
| | 30ХГС
| 0,28-0,35
| 0,8-1,1
| 0,9-1,2
| 0,8-1,1
| 0,30
| -
|
|
| | 30ХГСА
| 0,32-0,39
| 0,8-1,1
| 1,1-1,4
| 1,1-1,4
| 0,30
| -
|
|
| | Хромомолібденова сталь
| | 35ХМ
| 0,32-0,40
| 0,4-0,7
| 0,17-0,37
| 0,8-1,1
| 0,30
| 0,15-0,25 Mo
|
|
| Ротори, вали, шестерні
| | Сталі, що прогартовуються в деталях діаметром 75-120 мм
Хромонікелева сталь
| | 35ХМ
| 0,27-0,33
| 0,3-0,37
| 0,17-0,37
| 0,6-0,9
| 2,75-3,15
| -
|
|
| Вали, штоки, кривошипи високої міцності
| | Хромонікельмолібденова сталь
| | 40ХН2МА
| 0,37-0,44
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,6-0,9
| 1,25-1,65
| 0,15-0,25 Mo
|
|
| Важко навантажені вали, шестерні
| |
| 3. Жаростійкі, жароміцні сталі
| | 40Х9С2
| 0,35-0,45
| -
| 2,0-3,0
| 0,8-1,1
| -
| -
|
|
| Впускні і випускні клапани(температ.початку інтенсивного окалиноутворення-8500С)
| | 40Х1002М
| 0,35-0,45
| -
| 1,9-2,6
| 9,0-10,5
| 0,20
| 0,7-0,9 Мо
|
|
| Те ж
| | 30Х13Н7С2
| 0,25-0,34
| -
| 2,0-3,0
| 12,0-14,0
| 6,0-7,5
| -
| -
| -
| Те ж (температ.початку інтенсивного окалиноутворення-9500С)
| | 4. Ресорно-пружинні сталі
| | 50ХГ
| 0,46-0,54
| 0,7-1,0
| 0,17-0,37
| 0,9-1,2
| 0,25
| -
|
|
| Ресори автомашин пружини залізничного
транспорту
| | 55ХГР
| 0,52-0,60
| 0,9-1,2
| 0,17-0,37
| 0,9-1,2
| 0,25
| -
|
|
| | 55С2
| 0,52-0,60
| 0,6-0,9
| 1,5-2,0
| 0,30
| 0,25
| -
|
|
| Те ж
| | 60С2
| 0,52-0,65
| 0,6-0,9
| 1,5-2,0
| 0,30
| 0,25
| -
|
|
| Пружини клапанів двигунів
| | 50ХФА
| 0,46-0,54
| 0,5-0,8
| 0,17-0,37
| 0,8-1,1
| 0,25
| 0,1-0,2 V
|
|
| Пружини, особливо відповідального призначення, ресори
| | 60С2ХФА
| 0,56-0,64
| 0,40-0,70
| 1,40-1,80
| 0,9-1,2
| 0,25
| 0,1-0,2 V
|
|
| Те ж, при нагріванні до 200-2500С
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| | 65С2ВА
| 0,61-0,69
| 0,70-1,00
| 1,50-2,00
| 0,30
| 0,25
| 0,8-1,2 W
|
|
| Те ж
| | 45ХН2МФА
| 0,42-0,50
| 0,50-0,80
| 0,17-0,37
| 0,80-1,10
| 1,30-1,80
| 0,10-0,18 V,
0,20-0,30 Мо
| -
|
| Великі клапанні пружини, торсіонні вали
| | Інструментальні леговані сталі
| Тем-ри під гартування, 0С
| Призначення
| | Марки сталі
| С
| Mn
| Si
| Cr
| Ni
| Інші елементи
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
| | 11ХФ
| 1,05-1,14
| -
| -
| 0,4-0,7
| -
| 0,4-0,7 Мn
| 810-830
| Для ручного інструменту малого перерізу до 15 мм (свердло, метчик та ін)
| | ХФ4
| 1,25-1,45
| -
| -
| 0,4-0,7
| -
| 3,5-4,3 W
0,15-0,3V
| 830-850
| Для різців та фрез з невеликою швидкістю різання
| | 9ХС
| 0,85-0,95
| -
| -
| 0,95-1,25
| -
| 1,2-1,6 Si
0,3-0,6 Mn
| 840-860
| Свердла, розгортки, метчики, плашки, для гребінок, фрез
| | ХГС
| 0,95-1,05
| -
| -
| 1,3-1,65
| -
| 0,4-0,7 Si
0,85-1,25 Mn
| 820-860
| | ХВГ
| 0,9-1,05
| -
| -
| 0,9-1,2
| -
| 1,2-1,6 W
0,8-1,1 Mn
| 830-870
| Для довгих вимірювальних та ручних інструментів
| | ХВСГ
| 0,95-1,05
| -
| -
| 0,6-1,1
| -
| 0,5-0,8 W
0,05-0,15 V
0,65-1,0 Si
0,6-0,9 Si
| 840-860
| Для свердл, плашок та ін.
| | Швидкорізальні сталі
| | Р18
| 0,73-0,83
| -
| -
| 3,8-4,4
| -
| 17,0-18,0 W
³1,0 Мо
1,0-1,4 V
| 1270-1290
| Для обробки конструкційних сталей і сплавів міцністю
sв£ 1000 мПа (свердла, метчики, фрези, протяжки, різці)
| | Р12
| 0,8-0,9
| -
| -
| 3,1-3,6
| -
| 12,0-13,0 W
£ 1,0Мо
1,5-1,9 V
| 1240-1260
| | Р9
| 0,85-0,95
| -
| -
| 3,8-4,4
| -
| 8,5-9,5
£ 1,0 Мо
2.3-2,7 V
| 1220-1240
| Те ж саме, але для чистової або напівчистої обробки (зінкера, розгортки)
| | Р6М5
| 0,82-0,9
| -
| -
| 3,8-4,4
| -
| 5,5-6,5W 4,8-5,3 Мо
1,7-2,1 V
| 1210-1230
| Для різбонарізаного інструменту
(метчики, плошки,сверла)
| | Р18К5Ф2
| 0,85-0,92
| -
| -
| 3,8-4,4
| -
| 17,0-18,5W 1,0 Мо
1,8-2,2 V
5,0-6,0 Со
| 1270-1290
| Для обробки конструкційних сталей з sв³ 1000 мПа, у тому числі нержавіючих, жаростійких та ін. Трудно оброблюваних матеріалів, кінцевий інструмент (свердла, зенкери, розгортки, метчики, плашки, фрези).
| | Р18К5Ф3
| 0,95-1,05
| -
| -
| 3,8-4,3
| -
| 5,7-6,7W
4,8-5,3 Мо
2,3-2,7 Со
| 1210-1230
| | Р6М5К5
| 0,84-0,92
| -
| -
| 3,8-4,4
| -
| 5,7-6,7W
4,8-5,3 Мо
1,7-2,1 V
4,7-5,2 Со
| 1210-1240
| | Р9К5
| 0,9-1,0
| -
| -
| 3,8-4,4
| -
| 0,9-1,0W
1,0 Мо
2,3-2,7 V
5,0-6,0 Со
| 1220-1240
| | Р9М4К8
| 1,0-1,1
| -
| -
| 3,0-3,6
| -
| 8,5-9,5W
3,8-4,3 Мо
2,3-2,7 V
7,5-8,5 Со
| 1210-1240
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
Та б л и-ц я 2
Узагальнені параметри типових методів зміцнення
| Метод зміцнення
| Ефективність використання
методу
| Типові вироби, які
підлягають даному виду зміцнення
| | Гартування об’ємне, відпуск середній, твердість по всьому перерізу 40-45HRC.
| Одержання високої втомної міцності, високих пружних властивостей
| Пружини, ресори
| | Гартування об’ємне, відпуск високий, твердість по всьому перерізу 24-40HRC .
| Підвищення границі витривалості від двох до п’яти разів, границі контактної витривалості на 20-50 %, ударної в’язкості, пластичності.
| Вали, осі, шатуни, деталі ходової частини
| | Поверхневе гартування сталі струмами високої частоти (глибина шару 2-5 мм), низький відпуск, твердість поверхневого шару 56-60HRC, твердість серцевини 28-40 HRC.
| Підвищення границі витривалості на 40-60 %, довговічності від 2 до 5 разів, границі контактної витривалості і зносостійкості.
| Колінчасті вали, півосі, розподіл вали, зубчасті колеса, карданні вали, пальці (поршневі, ресорні, кульові)
| | Цементація (глибина шару 0.5-2 мм) або нітроцементація (глибина шару 0.4-1 мм), гартування та низький відпуск, твердість шару 58-62 HRC.
| Підвищення границі витривалості на 50-80 %, границі контактної витривалості на 60-100%, зносостійкості у 3-10 разів, довговічності у 5-10 разів.
| Зубчасті колеса, великі підшипники кочення
| | Наклеп поверхні (глибина шару 0,1-0,2 мм) після зміцнюючої термічної обробки.
| Підвищення границі витривалості на 30-50 %, довговічності від 3 до 10 разів.
| Пружини, ресори, торсійні вали, півосі, поворотні кулаки. Зубчасті колеса, шатуни
|
|
|