Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет
«Военмех» им. Д Ф.Устинова
Кафедра материаловедения
Курсовая работа Тема: «Выбор конструкционных материалов и способов получения заготовок для изготовления деталей машин»
Вариант I-09692
Студент: Виноградова М. В. Группа: Р-482 Научный руководитель:
Ефимов А. Н.
Санкт-Петербург
2011
Содержание
Техническое задание………………………………………………………………………………………….3
Порядок выполнения работы:
1-й этап. Анализ условий и составление профиля требований………………4
2-й этап. Подбор альтернатив………………………………………………………………….5
3-й этап. Выбор марки стали…………………………………………………………………….5
4-й этап. Выбор режима термической обработки…………………………………..8
5-й этап. Выбор альтернативной марки стали для отливок и способа литья………………………………………………………………………………………….9
6-й этап. Зарубежные аналоги выбранной марки стали……………………….10
Заключение…………………………………………………………..………………………………………...11 Техническое задание
Для деталей машин, вращающихся в опорах (вал) с минимальным диаметром d=45 мм, максимальным диаметром 1,2d, длиной 2d и работающих при действии динамических и циклических нагрузок, требуется выбрать марку стали. Материал должен обладать максимальной прочностью. Производство – мелкосерийное.
Составить профиль требований к материалу. Выбрать марку материала из рекомендованных в соответствии с данной категорией прочности для поковок. Обосновать выбор марки. Найти альтернативную марку стали для отливок. Выбрать способ литья в соответствии с условиями задания. Подобрать зарубежные аналоги, указав механические характеристики аналогов.
Эскиз детали
Порядок выполнения работы
1-й этап. Анализ условий и составление профиля требований
По условию находим категорию прочности для поковок КП 590 (ГОСТ 8479-70). Руководствуясь требованиями КП 590, в профиль требований включаем свойства:
При заданном условии , согласно КП 590, предприятия обеспечивают поставку заготовок в термообработанном состоянии со следующими свойствами:
не менее 590 МПа;
не менее 14% (с учетом диаметра поковки 45 мм);
не менее 45 (с учетом диаметра поковки 45 мм);
KCU не менее 0,59 МДж/м2 (с учетом диаметра поковки 45 мм);
твердость НВ 235-277 кгс/мм2 (2305-2717 МПа).
Чем выше значения , тем выше работоспособность, следовательно, эти показатели имеют направленность « ». Значение твердости можно трактовать либо как , либо , либо как среднее значение: кгс/мм2 (2511 МПа). Поскольку требования по твердости не оговорены в условии задачи, будем считать, что требуется материал со средним значением твердости, но допустимы отклонения, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. Направленность свойства твердости будем считать положительной. Прочность максимальная.
Профиль требований
Свойство |
, МПа |
, МПа |
, % |
, % |
KCU, МДж/м2 |
, МПа |
HB |
|
|
||||
Не менее |
|||||||||||||
Значение |
|
|
|
|
|
Max |
2305-2717 |
Min |
Min |
2-й этап. Подбор альтернатив
По условию, диаметр поковок равен 45 мм. По диаметру поковок и по требуемой категории прочности КП 590 подбираем альтернативы. Такими альтернативами являются стали марок 45Х, 38ХС, 35ХГСА, 35ХМ, 40ХН, 45ХН, 30ХН3А, 30ХГСА
3-й этап. Выбор марки стали
Проводим анализ соответствия показателей механических свойств рекомендованных марок сталей профилю требований
Марка стали и термическая обработка |
, МПа |
, МПа |
, % |
, % |
KCU, МДж/м2 |
, МПа |
HB, МПа |
, 0С не выше |
|
|||
Не менее |
||||||||||||
45Х закалка и отпуск |
1030 |
835 |
9 |
45 |
0,49 |
410 |
2260-3435 |
-50 |
1,06 |
|||
38ХС закалка и отпуск |
930 |
735 |
12 |
50 |
0,69 |
380 |
2500 |
-25 |
1,1 |
|||
35ХГСА закалка и отпуск |
1620 |
1275 |
9 |
40 |
0,39 |
690 |
2365 |
-25 |
1,3 |
|||
35ХМ закалка и отпуск |
930 |
835 |
12 |
45 |
0,78 |
370 |
2365 |
-60 |
1,3 |
|||
40ХН закалка и отпуск |
980 |
785 |
11 |
45 |
0,69 |
390 |
2130-2500 |
-60 |
1,6 |
|||
45ХН закалка и отпуск |
1030 |
835 |
10 |
45 |
0,69 |
410 |
2130-2500 |
-60 |
1,6 |
|||
30ХН3А закалка и отпуск |
980 |
785 |
10 |
50 |
0,78 |
390 |
2365 |
-100 |
2,8 |
|||
30ХГСА закалка и отпуск |
1080 |
835 |
10 |
45 |
0,49 |
430 |
2620 |
-25 |
1,3 |
Учитывая дополнительное условие – максимальная прочность, среди альтернатив выбираем удовлетворяющую марку стали. Такой маркой является конструкционная легированная сталь 35ХГСА.
Свойства стали 35ХГСА:
Предел прочности |
1620 МПа |
Условный предел текучести , |
1275 МПа |
Относительное удлинение |
9% |
Относительное сужение |
40% |
Ударная вязкость KCU |
0,39 МДж/м2 |
Предел выносливости |
690 МПа |
Твердость НВ |
2365 |
Температура полухрупкости |
не выше -25 |
Коэффициент стоимости |
1,3 |
Путем расчета весовой функции Q проверяем правильность выбора данной марки стали. По условию, особо значимым свойством является прочность (3 балла); весьма значимыми – KCU и (по 2 балла); остальные – значимыми (по 1 баллу). Таким образом:
Оцениваем вес каждого свойства:
Раcсчитаем для каждой марки стали:
Сталь 45Х
Сталь 38ХС
Сталь 35ХГСА
Сталь 35ХМ
Сталь 40ХН
Сталь 45ХН
Сталь 30ХН3А
Сталь 30ХГСА
По данным расчетам выбираем сталь 35ХГСА, т.к. она имеет минимальное значение весовой функции ( )