Введення
З різноманіття матеріалів, що володіють жорсткістю і міцністю, достатніми для обмеження пружною і пластичної деформації, при гарантованій надійності і довговічності є сталь.
Сталь - сплав заліза з вуглецем, що містить від 0,02 до 2,14% вуглецю.
За хімічним складом стали класифікують на вуглецеві і леговані, що містять до 10% легуючих елементів (хром, нікель, молібден, ванадій, вольфрам та інші).
До конструкційних сталей, застосовуваним для виготовлення різноманітних деталей машин і конструкцій, висувають такі вимоги: високий комплекс механічних властивостей, забезпечують надійну і тривалу роботу машин, експлуатацію конструкцій технологічність, тобто хороша оброблюваність тиском, різанням, зварюваність і пр., низька вартість і доступність. Леговані сталі повинні містити по можливості менше дорогих і дефіцитних легуючих елементів. Легуючі стали повинні володіти високим комплексом стандартних механічних властивостей, визначених при різних способах вантаження.
Реферат
Ця курсова робота містить:
Стор.
Рис.
Табл.
Курсова робота виконана відповідно до програми курсу В«Конструкційні сталі в машинобудуванніВ».
Мета роботи: вибір і обгрунтування конструкційного матеріалу для виготовлення деталі В«зірочкаВ». Опис хімічного складу і технологічних властивостей. Розглянуто вплив хімічного складу на механічні властивості, глибину прокаливаемости. Складання маршрутної технології попередньої і остаточної термічної обробки. Призначення режимів термічної і хіміко-термічної обробки. Проведення контролю якості виготовленої деталі.
Ключові слова: зірочка, конструкційна сталь, хімічний склад, хіміко-термічна обробка, загартування, отжиг, цементація, відпустка, перліт, мартенсит, аустеніт, структура, температура, спадкове зерно.
1. Вибір та обгрунтування матеріалу для виготовлення деталі В«зірочкаВ».
Деталь В«зірочкаВ» при експлуатації випробовує дію різних навантажень: статичних, динамічних, поверхневих. Тому вибраний матеріал повинен володіти високим комплексом стандартних механічних властивостей, визначених при різних способах вантаження. Однак ці властивості повністю не гарантують надійну і тривалу роботу вироби. Необхідно враховувати, що в реальних умовах експлуатації діють фактори, які можуть знижувати пластичність і ударну в'язкість і збільшувати небезпека крихкого руйнування.
Це підтверджується випадками, раптового крихкого руйнування виробів, виготовлених із сталей високої пластичності.
До факторів, що збільшує схильність сталей до крихкого руйнування відносяться, концентратори напружень, які завжди є в реальних умовах експлуатації.
З усіх відомих в техніці матеріалів найкраще поєднання конструктивної міцності, надійності та довговічності має конструкційна сталь, тому вона стала основним матеріалом для виготовлення деталі зірочка. Під конструктивною міцністю подразумевают таку міцність, яку сталь має в результаті реальних умов її застосування.
Надійність - це властивість матеріалу протистояти крихкому руйнуванню. Для попередження раптових тендітних поломок високонавантажених деталей важливо враховувати не тільки пластичність () і ударну в'язкість (КСІ) стали, але і параметри конструктивної міцності, що характеризують її надійність: ударну в'язкість КСІ і КСТ, температурний порігхладноломкості Тхл., в'язкість руйнування К1с.
Довговічність - це властивість матеріалу опиратися розвитку постійного руйнування і втрати працездатності в плині заданого часу.
Втрата працездатності може бути викликана різними причинами: розвитком процесів втоми, зношуванням деталі, корозією та ін
Всі ці процеси приводять до поступового накопичення пошкоджень і руйнування матеріалу. Для забезпечення довговічності важливо зменшити до допустимого рівня швидкість розвитку процесів руйнування.
Висока конструктивна міцність досягається шляхом раціонального вибору хімічного складу, режимів термічної і хіміко-термічної обробки.
Вирішальна роль у складі конструкційної сталі, відводиться углероду. Вуглець підвищує міцність сталі, але знижуючи хладноломкость, збільшує чутливість до крихкого руйнування.
Великий вплив на конструктивну міцність сталі надають легуючі елементи. Підвищення конструктивної міцності при легуванні пов'язане із забезпеченням високої прокаливаемости, зменшенням критичної швидкості гарту, зменшенням зерна, зміцнення дефекту і т. д.
Одним з найбільш важливих чинників є підвищення прокаливаемости.
Опір втоми, зносу і деякі інші характеристики довговічності залежать від властивостей поверхневого шару виробу. Для отримання необхідних властивостей конструкційну сталь піддають хіміко-термічній обробці, яка призводить до поверхневому зміцненню та створення на поверхні залишкових стискаючих напруг, що ускладнюють виникнення і розвиток тріщин.
При виборі марки стали для виготовлення деталі зірочка необхідно, щоб вона поєднала в собі підвищену міцність: 850 Н/мм, в'язкість КСU = 80Дж/см, загартований поверхневий шар 1,3-1,5 мм і поєднання твердої зносостійкої поверхні HRC = 60 -62 і м'якою серцевини HRC = 24 - 26.
Сталь 20ХН3А підвищеної міцності, в'язкості та глибокої прокаливаемости застосовується в умовах зносу при терті. З неї виготовляють зубчасті колеса, зірочки, шестерні, шліцьові вали, силові шпильки і інші, особливо відповідальні деталі, до яких пред'являються вимоги високої міцності і поверхневої твердості в поєднанні з пластичною і в'язкою серцевиною працюють в умовах статичних і динамічних навантажень.
2. Хімічний склад стали 20ХН3А.
Сталь 20ХН3А - легована конструкційна.
Класифікація стали 20ХН3А:
1) категорія - високоякісна (S);
2) група - хромонікелева;
3) по виду обробки - кована;
4) середньовуглецевих;
Хімічний склад сталі 20ХН3А наведено в таблиці 1.
Таблиця1
Хімічний склад сталі 20ХН3А
Група сталі
Марка сталі
Масова частка елементів,%
З
Mn
Cr
Ni
Хромонікелева
20ХН3А
0,17-0,24
0,3-0,6
0,6-0,9
2,75-3,15
Основними легуючими елементами стали 20ХН3А є хром і нікель. Хром утворює з вуглецем карбіди різного складу. Всі карбіди є твердими структурними складовими. Тому при наявності хрому в сталі її твердість і зносостійкість збільшується. Хром сприяє збільшенню прокаливаемости стали. Нікель підвищує межу міцності, і межа плинності стали. Нікель збільшує глибину прокаливаемости стали. Він впливає на структуру, змінюючи зерно і збільшує в'язкість сталі.
Як зазначено вище і хром, і нікель сприяють збільшенню прокаливаемости стали.
Під прокаливаемостью мається на увазі здатність стали закалікаваться на певну глибину. Прокаліваемость безпосередньо пов'язана зі стійкістю переохолодженого аустеніту.
Прокаліваемость визначається критичною швидкістю охолодження. При даному режимі охолодження Прокаліваемость тим вище, чим менше критична швидкість загартування, тобто ніж вище стійкість переохолодженого аустеніту.
Легована сталь 20ХН3А завдяки більш високій стійкості переохолодженого аустеніту і меншою критичної швидкості охолодження прожарюється ...
