Выбор марки стали и упрочняющей обработки деталей машин

Исходные данные для выполнения задания: название детали и технические требования к ней.

Выбор конструкционного материала и упрочняющей обработки деталей машин необходимо проводить в следующей последовательности:

1. проанализировать условия работы и характер нагружения детали;

2. установить возможные виды дефектов и причины выхода из строя;

3. по справочным данным определить возможные материалы и при необходимости их упрочняющую обработку, отвечающую требуемым свойствам;

4. из материалов, удовлетворяющих эксплуатационным требованиям, выбрать наиболее дешевый и недефицитный;

5. для выбранного материала указать химический состав согласно ГОСТу;

6. выбрать и обосновать последовательность и режимы операций предварительной и окончательной термообработки детали; указать микроструктуру стали на различных этапах термической обработки (после нагрева под закалку, после отпуска, после цементации и т.д.);

7. описать микроструктуру стали после окончательной термической обработки и указать её механические свойства.

Анализ условий работы детали

При выборе материала детали и способа её упрочнения анализируют условия работы деталей и основные виды дефектов, так называемых «отказов», проявляющиеся в процессе эксплуатации.

По характеру приложения нагрузка бывает статической, циклической и динамической. Она может отличаться по величине и продолжительности воздействия, по характеру распределения (равномерное, неравномерное, одноосевое, многоосевое) и по типу приложения нагрузки (механический, химический, термический, физический и т.д.). Каждый тип нагружения имеет свои разновидности. Например, механическое воздействие может получиться в результате растяжения, сжатия, кручения, изгиба и т.д.

В таблице 1 представлены виды и причины разрушения стальных деталей машин в процессе эксплуатации.

Таблица 1

Виды и причины разрушения стальных деталей в процессе эксплуатации

Виды дефектов	Примеры деталей машин, склонных к данному дефекту	Возможные причины появления дефектов
1	2	3
Деформация: искажение формы детали (изгиб, сжатие, удлинение, вмятины)	Тяги, рычаги, зубья шестерен, штанги, стержни клапанов, поверхности катания бандажей, подшипники скольжения	- длительное воздействие переменных контактных растягивающих напряжений; - недостаточно жесткая конструкция; - повышение температуры.
Хрупкое разрушение	Сварные конструкции, шатуны, валы деталей ходовой части строительных и дорожных машин	- низкая пластичность материала; - наличие дефектов и концентраторов напряжений; - статическая и динамическая перегрузка; - эксплуатация при низких температурах.
Вязкое разрушение	Пространственные конструкции, анкерные болты, валы, шатуны, штанги.	- значительные перегрузки вследствие нарушений условий эксплуатации; - низкое качество материала.
Усталостное разрушение	Валы, коленчатые валы, зубчатые колеса, пальцы, листовые рессоры, пружины, шатуны и др.	- циклические напряжения выше предела выносливости; - растягивающие напряжения в поверхностном слое; - наличие концентраторов напряжений (малые радиусы закруглений, надрезы и т.д.).
Абразивное изнашивание	Тормозные колодки, детали трансмиссии, рессорные пальцы, цилиндры; рабочие органы экскаваторов, бульдозеров, гусениц тракторов; детали, работающие без смазки или при граничной смазке в пыльной атмосфере.	- воздействие абразивных частиц, попадающих в зону трения.
Эрозионное изнашивание	Детали гидронасосов, плунжерные пары, глушители, клапаны, сопла и лопатки реактивных двигателей.	- воздействие потоков газов, жидкости, твердых частиц (в жидкости или газовых потоках).
Усталостное изнашивание	Зубчатые колеса, подшипники качения, бандажи, железнодорожные рельсы, пальцы и др.	- пульсирующее действие высоких контактных напряжений в результате переменного давления на поверхность трения.

1	2	3
Окислительное изнашивание	Валы, оси, пальцы, подшипники скольжения, кулисы, поршневые кольца, втулки и другие детали, работающие как при трении без смазки так и при граничной смазке в условиях трения скольжения и трения качения.	- длительное трение сопряженных поверхностей.
Фреттинг-коррозия	Болтовые и заклепочные соединения, посадочные поверхности подшипников качения, втулки, муфты, детали, находящиеся в подвижном контакте.	- малые взаимные перемещения колебательного характера в сопряженных соединениях в условиях окислительной среды.
Схватывание 1 рода	Клапанные детали гидравлических машин, подшипники скольжения, зубчатые колеса и др.	- трение скольжения с малыми скоростями, но высокими удельными давлениями; - отсутствие разделяющего слоя смазочного материала (выдавливание масляной пленки).
Схватывание 2 рода	Детали поршневой группы, втулки, направляющие и др.	- недопустимое повышение температуры на поверхности трения; - большие скорости трения и высокое удельное давление.

Итак: детали машин при эксплуатации испытывают различные виды напряжений, оценить которые достаточно сложно. Поэтому, приступая к выбору материала для конкретных деталей, необходимо выделить основные, главные направления, ответственные за работоспособность.